Soll einen Vulkan explodieren? Fügen Sie einfach Wärme

Jeffrey Johnson, Associate Professor für Geowissenschaften an der Boise State University, trug dieses Artikels Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Erkenntnisse .

Das nächste Mal Sie eine flache Cola serviert beeindrucken Sie Ihre Freunde mit Vulkan-Jargon. Beschweren Sie sich der Kellner, dass Ihr Getränk "von Volatiles erschöpft ist." Dann empfehlen Sie, wenn die Cola waren beheizt werden, seine Löslichkeit fallen könnte, katalysieren Blase Wachstum, was zu verbesserten Geschmack und/oder eine "paroxysmale Eruption." führen würde

Wenn sie immer noch hören, sagen Sie ihnen, dass dies ist, was geschieht in Vulkane. Ein neuer Artikel in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht vor kurzem gezeigt, den "kritischen Einfluss der Hitze Variationen in steigenden Magmen" – was bedeutet bisher verkannte Temperaturänderungen erscheinen, das auftreten und die Explosivität der Eruption zu kontrollieren.

Kaboom

Vulkane brechen explosiv, wenn Gas Rechnung Magma die Erdoberfläche erreicht. Vulkanologen bezeichnen magmatische Gase als flüchtige da die Höhe dieser Gase innerhalb der steigenden Magma bestimmt, ob ein Vulkan (in einer flüchtigen Mode explodiert) oder faul effuses.

Die Bildung und das Wachstum von Gasblasen sind komplexe Prozesse, die fast jeder Vulkanologe faszinieren. Gibt es Vulkanologen, die peer in winzige Kristalle, winzige Mengen an gelöstem Gas zu messen, und es gibt Vulkanologen, die Spektroskopie zu verwenden — insbesondere Studien wie Mineralien ultraviolettes Licht absorbieren —, die reichlich Gase aus einer Öffnung wogenden zu messen. Experimentelle Vulkanologen Vulkan Felsen schmelzen und Tränken sie mit Gasen. Und es gibt numerische Modellierung Vulkanologen, wer nie vielleicht Wagen Sie sich in dem Gebiet, sondern entwickeln anspruchsvolle Code Entgasung zu simulieren und Eruptionen. [50 erstaunliche Vulkan Tatsachen]

Aber sie alle überlegen, was passiert mit einer Parzelle von Magma, wie es in Richtung erhebt sich und bricht auseinander, ein Vulkan-Schlot.

Magma tief im Inneren eines Vulkans beginnt der Aufstieg langsam, aber schließlich, es beschleunigt in Richtung der Erdoberfläche. Dies geschieht, weil Magma steigt es entkommt der Zerkleinerung Überdruck und Bläschen wachsen. Das Magma Umwelt ändert sich dramatisch, und so auch den Charakter des geschmolzenen Gesteins, einschließlich — meist äußerst — der vulkanischen Gasmenge, die Explosivität Brennstoffe.

Stellen wir uns der Magma-Reise ab etwa 2 Meilen oder etwa 3 Kilometer, unter einem Vulkanschlot. Dies ist etwa die Tiefe eines großen Vulkans Basis, und der Druck dort sind intensiv: Magma in dieser Tiefe unterliegt fast tausendmal den Druck in der Atmosphäre vorhanden ist. Dadurch fährt das Magma durch lange Frakturen oder blattförmigen "Deiche," anstatt pipelike Conduits, die nahe der Oberfläche herrschen. Da das Magma fließt, ist das umgebende Gestein kältere auseinander mehrere Zoll oder vielleicht ein paar Füße, ermöglicht das Magma passieren geknackt.

In solchen tiefen, das Magma ist eine extrem zähe Flüssigkeit, oft (aber nicht immer) schwimmen mit Kristallen, aber es ist weitgehend frei von Luftblasen. Das Fehlen von Luftblasen bedeutet nicht, dass kein Gas gibt, aber, dass es meistens gefesselt oder, in dem Magma aufgelöst. Mindestens 1 Prozent (und potenziell mehr als 5 Prozent) der Masse des Magma in dieser Tiefe werden unsichtbar, gesperrt in Gas.

Während diese Gas-Mengen nicht zu groß erscheinen mag, denken Sie an, z. B. wenn Magma wurden um 1 Prozent der Masse von einem kleinen Whirlpool Inhalt zu füllen. Es enthält mehr als 50 lbs (etwa 20 Kilogramm) von gas, die, wenn katastrophal erweitert — wie ist typisch bei vulkanischen Eruptionen — entspricht der Energie von etwa 50 kg TNT explodiert, oder über 100 Megajoule Energie veröffentlicht.

Magma, steigt sogar Luftblasen, wegen Auftrieb. Weil es etwas weniger dicht als der kälteren Felsen umgeben ist, schwimmt es irgendwie seinen Weg nach oben.

Am Anfang es kann ansteigen, träge, aber als das Magma flachere Ebenen erreicht, kann es zu beschleunigen. Wichtige Änderungen auftreten in der Schmelze wie der einengenden Druck vermindert. Mehr Bläschen beginnen zu erscheinen, und sie dienen dazu, die gesamte Dichte der Flüssigkeit zu verringern. Diese Bläschen zu erweitern, verringert sich die Dichte weiter. Auftrieb steigt dann ein schneller Aufstieg, verstärkte Blase auf- und Ausbau zu erleichtern. Dieses Feedback bewirkt, dass die Dichte zu Tropfen und den Auftrieb zu erhöhen.

Dieser Zyklus wird fortgesetzt, bis das Magma zerrissen ist. Diese einmal-unsichtbare Luftblasen reißen die umliegenden Magma in Fetzen, und jedes Stück des Vulkans in der Weise, Gas und Asche aus dem Krater geblasen.

Versteckte Rolle der Wärme

Diese Druck-kontrollierten Entgasung wurde das wissenschaftliche Standardmodell für explosive Eruptionen. Aber jetzt, Yan Lavallée, Professor in School of Environmental Sciences an der University of Liverpool in England, führte eine große zwicken zu diesem Modell. In einem neuen Papier im Journal Natur unter dem Titel "Thermische Vesiculation bei Vulkanausbrüchen."

Harmonielehre hat gezeigt, dass zwar dekomprimieren Magma anfällig zu entgasen, es weiter degasses wenn es sich erwärmt. Und es wahrscheinlich erwärmt und degasses viel mehr als Wissenschaftler gedacht.

Wissenschaftler sind sich einig, dass für Magma in geschmolzener Form gibt, anstatt wie ein Fels, es heiß sein muss. Magma ist im Durchschnitt ca. 2.000 Grad Celsius oder rund 1.000 Grad Celsius.

Kleiner allgemein anerkannt, ist jedoch, dass Magma ganz ein bisschen wärmer über zwei Prozesse erhalten kann, die in den meisten Vulkan Leerrohre vorhanden sind.

Erstens gibt Magma Wärme ab, wenn Teile davon zu frierenbeginnen. Genau wie abgeben im Wasser, die eiskalten produziert Kristalle, sowie die Kristalle bilden sie Wärme. Einem Kubikzentimeter (etwa 0,06 Kubikzoll) "Einfrieren" Kristalle, wie Quarz, heizt ein Kilogramm (ca. 2.2. lbs.) der umliegenden Magma von 5 Grad C (9 ° F). Das hinzugefügte Hitze Gas kommen aus dem flüssigen Magma veranlassen kann.

Zweitens wird Magma aufgeheizt, wie es durch verengte Leitungen fließt. Wie viskose Flüssigkeiten durch Risse oder engen Rohren gezwungen sind, gibt der fließende Fels Wärme durch Reibung. Supersticky Magma fließt in ein Riss ist irgendwie wie Toffee verdrängt durch die KK Nadel einer Spritze. Die Taffy würde auch erhitzen und zu mehr flüssig.

Harmonielehre, der leitende Forscher auf die Studie und seine Kollegen war, empfehlen signifikante Erwärmung Ursachen dieser Prozesse zusammenführen Geologen bereits vorhandene Verständnis von geophysikalischen Einschränkungen mit Analysen von Gesteinsproben und Labor-Simulationen der Prozesse.

Von Vulkanen und Beweise

Zurück im Jahr 2013 skaliert Harmonielehre die Kuppel des Santiaguito, ein aktiver Vulkan in Guatemala, nach Felsen suchen, das Testament zu Reibungswärme zu tragen.

Graue Fläche der Kuppel ist eine ungeordnete Sammlung von Größe des Hauses Rock Stacheln, in den letzten Jahrzehnten extrudiert und — in einigen Orten – noch extrudieren. Riesige Blöcke haben in Richtung zur Oberfläche als eine unglaublich klebrige, zähflüssige Magma zusammengedrückt worden. In dem Prozess diese Gesteine brach und rissig vor später fortgesetzten Exposition gegenüber Hitze (ca. 1000 Grad C) im Inneren des Vulkans glühen.

Harmonielehre durchsucht die Kuppel Laven für diese vernarbte Risse, die er die Hypothese würde fossilen gänge der austretendes Gas darstellen. Als er in seinem Labor zurückkehrte, fand er seine Beweise: unter dem Elektronenmikroskop ergab die Texturen dieser geglühten Risse Asche Scherben im Anschluss an ihren Transports durch Strömungen aus heißem Gas, die ihren Ursprung auf die Risse Margen eingefroren.

Spektakuläre lAboratory Experimente unterstützt auch die Theorie. Harmonielehre und seine Kollegen nahm faustgrosse Gesteinsproben aus Lava und schob sie zusammen mit ungeheurer Kraft, dann gedreht, eine Rock-Probe langsam gegen ein anderes. Dies erzeugt starke Reibung und Hitze – genug, um Felsen zu schmelzen und lassen reichlich, zuvor gesperrt-in Gas.

Das letzte Stück des Puzzles verbindet die ganze Geschichte: Harmonielehres Geophysiker Partner untersucht einen nahe gelegenen Teil des Santiaguitos Kuppel, ein Viertel Meile (ca. 0,4 km) entfernt, wo die Proben entnommen wurden. Diese Kuppel war aktiv ausbricht, wenn das Team besucht, und etwa einmal pro Stunde, die Kuppel-Oberfläche und seinem Inneren nach oben, Stich würde zwingen die Viskose Rock zu fließen und intern verformen.

Von einem sicheren Blickwinkel betrachtet war die periodische Aktivität spektakulär. Innerhalb von Sekunden eine Eruption auftreten Spalten von Asche und Gas Federn steigen um Hunderte von Metern und schließlich erreichen Sie mehr als einen Kilometer hoch. Glühenden Blöcke die Größe von Mikrowellen sind himmelwärts und dann zum Absturz auf den Vulkan Flanken, aufbrechen und Kaskadierung nach unten geblasen.

Die Geophysiker eingefangen verbunden, subtilen, unterirdischen Bewegungen Santiaguito mit einem Array von Instrumenten, einschließlich Seismometer (die Bewegungen im Boden zu messen) und Tiltmeters (die messen die Neigung der Oberfläche der Erde). Diese Sensoren zu offenbaren, die Tiefe und das Ausmaß der Rock-Bewegung – Daten der Forscher verwendet, um die Menge des Gases zu schätzen, die während der eruptive Zyklen ansammelt.

Harmonielehres Theorie zufolge können seine Gestein und Magma Bewegungen auslösen Temperatur Gewinne von Hunderten von Grad, Verflüchtigung der zuvor "flach" Magma und anschließenden heftigen Entgasung zu fördern. Die Kuppel Felsen und Ausbrüche am Santiaguito dienen als verlockende Hinweise auf wie Reibungswärme zu vulkanischen Explosionen führen kann.

In den meisten Arten sind Santiaguito Lava und flache Cola schrecklich Analoga. Dennoch Santiaguitos Verhalten bietet Einblicke zum Verständnis der Lebensvorgänge, die vulkanischen Explosivität auf andere analog Vulkane beeinflussen – Erkenntnisse Laboratory Vulkan Santiaguito sind aufschlußreich, die Dynamik von gefährlichen, Kuppel Vulkane auf der ganzen Welt.

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