Некоторый вулканы Они яростно выбрасывают магму, в то время как другие, несмотря на то, что содержат огромное количество газа, выделяют ее, но процесс не превращается в разрушительный взрыв. Разница зависит от того, каким образом магма движется внутри канала и как быстро выходят газы прежде чем достичь поверхности.
Когда внутренний поток магмы позволяет газу постепенно высвобождаться, гора ведет себя гораздо более стабильно. Этот внутренний баланс объясняет, почему одно извержение может трансформироваться в простой поток лавы, а другое, похожего по составу, — разрушает все вокруг себя.
Различия в способах выделения газа объясняют поведение вулканов
Исследование, опубликованное в журнале Наука определил физический механизм, регулирующий этот контраст. По данным международной команды под руководством Оливье Бахманниз Федерального технологического института Цюриха (ETH Zurich), поперечные силы внутри вулканических каналов, которые представляют собой внутреннее трение, возникающее, когда разные слои магмы движутся с разными скоростями, вызывая раннее образование пузырьков газа которые снимают давление магмы до того, как она достигнет взрывного уровня.
Бахманн заявил, что «мы можем объяснить, почему некоторые вязкие магмы текут плавно, а не взрываются, несмотря на высокое содержание газа». Это открытие проясняет феномен, который десятилетиями озадачивал современную вулканологию.
Исследователи продемонстрировали этот процесс в лаборатории, используя вязкую жидкость, насыщенную углекислым газом, имитирующую поведение лавы. Когда его привели в движение, они заметили, что напряжение сдвига приводит к образованию пузырьков без необходимости снижения давления. Бахманн объяснил, что «движения магмы за счет сдвиговых сил достаточно для образования газовых пузырей даже без падения давления».
На краях материала, где трение было наибольшим, пузырьки появились цепочкойа начальная плотность газа определяла легкость процесса. Исследователь добавил, что «чем больше газа содержится в магме, тем меньшее напряжение сдвига необходимо для появления и роста пузырьков». Компьютерное моделирование подтвердило, что явление повторяется в настоящих вулканахособенно в местах, где вязкая магма интенсивно трется о стенки канала.
Сравнение с медом помогает понять, как образуются газовые каналы
Работу этого механизма можно сравнить с тем, что происходит, когда в емкости перемешивают густую жидкость, например мед. Центр течет более свободно, а края замедляются и создают трение. Внутри вулкана магма ведет себя аналогичным образом: Он быстро движется через центральную часть и останавливается возле стен.что создает разницу скоростей, вызывающую сдвиг.
Это внутреннее трение действует как дополнительный источник энергии, способствующий зарождению газов на глубине. Пузырьки группируются вместе и образуют каналы, по которым газ постепенно поднимается и выходит.что снижает возможность бурного выброса энергии.
Открытие имеет важные последствия для оценки вулканического риска. Традиционные модели почти полностью фокусировались на потере давления во время подъема магмы, и этот подход не объяснял, почему некоторые вулканы с очень газообразной магмой производят тихие извержения.
Благодаря новым данным исследователи рекомендуют учитывать влияние поперечных сил в расчетах опасности. Бахманн утверждал, что «чтобы лучше предсказать потенциальную опасность вулканов, мы должны обновить модели и учитывать поперечные силы в воздуховодах». Это улучшение позволит нам понять, почему горы со схожими характеристиками могут вести себя по-разному, и предложит более надежные инструменты для прогнозирования того, когда вулкан высвободит свою энергию спокойно, а когда он может сделать это резко.
