Новое исследование, основанное на отборе проб и анализе вулканического пепла на вулкане Кумбре Вьеха на Канарских островах, расположенных у северо-западного побережья Африки, предполагает, что состав магмы может вызывать толчки во время вулканических извержений. Результаты, которые подробно изложены в журнале Nature Geoscience в статье, подготовленной учеными Американского музея естественной истории и Городского университета Нью-Йорка (CUNY), подчеркивают потенциал анализа вулканического пепла как инструмента мониторинга и прогнозирования.
«В последние годы сообщество исследователей вулканов стало намного лучше прогнозировать начало извержения вулкана, но все еще сложно предсказать стиль и продолжительность извержения», — сказала соавтор исследования Саманта Трамонтано. «Если наши выводы верны для других вулканов, мы могли бы контролировать внутренние свойства магмы с поверхности извержения, и это может быть очень важно для оценки опасности».
В сентябре 2021 года, после 50 лет бездействия, вулкан Кумбре Вьеха на острове Ла-Пальма, на Канарских островах Испании, начал извергаться, что привело к эвакуации тысяч жителей. За следующие 85 дней он уничтожил более 3000 зданий и сотни акров сельскохозяйственных угодий. Трамонтано и ее тогдашний научный руководитель Марк-Антуан Лонгпре из CUNY создали систему для сбора почти ежедневных образцов пеплопада во время трехмесячного извержения с помощью коллег из Instituto Volcanológico de Canarias и Instituto Geográfico Nacional.
Образцы, которые охватывают 94 процента хронологии извержения, были отправлены обратно в Музей для химического анализа стекла в пепле, который возник из быстро остывшей магмы, выброшенной вулканом, с использованием электронного микрозонда. Полученный набор данных представлял собой ежедневный временной ряд состава жидкой части магмы, первый в своем роде.
Исследование выявило изменения в количестве кремнезема в образцах, соединения, которое делает магму более вязкой. Более вязкая магма обычно связана с более взрывными извержениями. Исследователи обнаружили, что содержание кремнезема было высоким в первую неделю извержения, затем постепенно снижалось до резкого изменения за две недели до конца извержения, что, вероятно, ознаменовало прекращение поступления мантийной магмы.
Затем исследователи сравнили эту химическую запись с физическими наблюдениями, которые проводились в то же время, обнаружив корреляцию между содержанием кремния и силой толчков вулкана, сейсмического «грохота», связанного с движением жидкости и газа под поверхностью. На основе моделирования и дальнейшего анализа исследовательская группа предполагает, что присутствие более вязкой магмы с высоким содержанием кремния вызывает повышенную амплитуду толчков вулкана, хотя для подтверждения этого механизма необходимы дополнительные исследования.
Помимо предоставления новых сведений о причинах вулканического дрожания, которое является ключевым параметром мониторинга извержений, исследование демонстрирует преимущества объединения сбора петрологических данных (например, данных о выпадении пепла) с геофизическими данными для улучшения прогнозирования извержений, оценки опасности и принятия решений во время вулканических кризисов.
«Большой проблемой для петрологического мониторинга является координация полевых работ и переноса образцов во время извержений, чтобы обеспечить быстрый анализ», — объясняет Лонгпре. «Тщательное предварительное планирование и технологические разработки должны сделать возможным эффективный анализ образцов вблизи места в будущем, лучше поддерживая своевременную интерпретацию геофизических данных».
