Hogyan maradnak néha csendben a tűzhányók?
A vulkánkitörések ereje szorosan összefügg a magmában keletkező gázbuborékok számával és azok kialakulásának ütemével. Hosszú ideig úgy vélték a szakemberek, hogy ezek a buborékok főként akkor jelennek meg, amikor a magma felszín felé emelkedik, és a nyomás csökken. A mélyebb rétegekben a nagy nyomás miatt a gáz az olvadékban marad, a felszínhez közeledve azonban kiszabadul, és buborékokat alkot. Ha elég buborék gyűlik össze, a magma gyorsabban tör a felszín felé, akár robbanásszerű kitöréseket okozva.
A helyzetet gyakran egy pezsgősüveg felnyitásához hasonlítják: amíg zárva van, a szén-dioxid oldott marad, de a dugó eltávolításakor a csökkenő nyomás miatt hirtelen buborékká válik, felpezsdítve az italt.
Mindezek dacára akadnak olyan vulkánok – például a washingtoni Mount St. Helens vagy a chilei Quizapu –, amelyek olykor gázban gazdag, mégis lassú, szelíd lávafolyamokat engednek a felszínre. Egy nemzetközi kutatócsoport, köztük az ETH Zürich szakértője, most kimutatta, hogy van egy eddig figyelmen kívül hagyott, kulcsfontosságú tényező: a nyíróerő.
Nyíróerő: a buborékok titkos forrása
A Science folyóiratban publikált vizsgálat szerint a gázbuborékok nemcsak a nyomás esése miatt jelennek meg, hanem akkor is, amikor a magmában jelentős a belső nyírás. A keletkező buborékok összeolvadva szélesebb gázjáratokat hozhatnak létre, amelyek lehetővé teszik a gáz korai eltávozását – így a magma szinte hangtalanul törhet a felszínre.
A kutatók magyarázata szerint ez a folyamat olyan, mint amikor egy sűrű mézet kavarsz: a kanál mellett gyorsabb, a falnál lassabb az áramlás. Ez a különbség a vulkáni kürtőben is fennáll: a falnál lassabb, középen gyorsabb a magma, emiatt folyamatos a nyírás, ami a buborékképződést elősegíti.
Olivier Bachmann professzor úgy fogalmazott: már önmagában a mozgás is elegendő új gázbuborékok létrehozásához, még ha a nyomás nem is csökken. Ráadásul minél több gázt tartalmaz eredetileg a magma, annál kevésbé kell „megdolgozni”, hogy elkezdődjenek a folyamatok.
Szelíd lávafolyam vagy pusztító kitörés?
Ebből adódóan még az alacsony gáztartalmú magma is válhat robbanékonyabbá a nyíróerő miatt, hiszen a hirtelen sok buborék felszabadulása gyorsítja az emelkedést. Ugyanakkor a gázban gazdag, de nagy viszkozitású magmában a nyírás hatására a buborékok idő előtt összeolvadnak, szélesebb csatornákon át megszökhet a gáz, és a felszínen csupán lávaként folyik szét – elkerülve a robbanást. A Mount St. Helens 1980-as példája tipikus: elsőként szelíd lávafolyam jött létre, csak egy későbbi földcsuszamlás okozta a nagy, robbanásszerű kitörést.
Valószínűsíthető, hogy sok, hasonlóan viszkózus vulkán képes hatékonyabban megszabadulni a gázoktól, mint azt korábban gondolták.
Kísérletek és vulkáni előrejelzések
A kutatók egy laboratóriumi elrendezéssel modellezték a folyamatokat: őrölt sziklának megfelelő, sűrű folyadékot szén-dioxiddal telítettek, majd forgómozgással nyíróerőt fejtettek ki. Ha a nyírás elérte a kritikus szintet, hirtelen megjelentek a buborékok, méghozzá annál kisebb erőhatásra, minél több gáz volt eredetileg a folyadékban. Az újonnan létrejött buborékok ráadásul tovább erősítették a buborékképződést a közelükben.
A laboreredményeket számítógépes modellekkel is összevetették, amelyek igazolták: a legintenzívebb buborékképződés ott van, ahol a magma a kürtő falával súrlódik – vagyis ahol a nyírás a legerősebb.
Új irány: hogyan jelezhető előre egy kitörés?
Mindezek dacára az eredmények alaposan átalakíthatják a vulkánmodelleket: a kürtőkben fellépő nyíróerő figyelembevétele nélkülözhetetlen lesz a kitörések pontos előrejelzéséhez. Ha sikerül az új mechanizmust beépíteni az előrejelzésekbe, pontosabban megkülönböztethetővé válik, mely vulkán tör ki pusztítóan, és melyik szelíden enged utat a lávának.
