Накопление микроскопических кристаллов в жидкой магме вулкана препятствует выходу газов, что приводит к увеличению давления и может вызвать разрушительное взрывное извержение.
«Причины внезапных, взрывных извержений у вулканов, ранее характеризовавшихся спокойным поведением, долгое время оставались неразгаданной тайной для геологов», — говорит Данило Ди Генова, сотрудник Баварского института экспериментальной геохимии. Обычно предполагается, что некоторая доля магмы должна остыть и образовать кристаллы на поверхности. Когда объем этого слоя превышает определенный критический порог (30 процентов), он начинает препятствовать поднимающиеся с глубины газы. Газы накапливаются, и давление в вулкане увеличивается — пока не разрядится бурным извержением.
Ди Генова и его соавторы выдвинули альтернативную гипотезу, исключающую необходимость масштабного затвердевания магмы. Согласно этой модели, началом цепи процессов, трансформирующих спокойный вулкан в активный, служат микроскопические кристаллы, невидимые невооруженным глазом. Эти «нанолиты», размеры которых в десятки тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса, могут осаждаться и скапливаться в магме, увеличивая ее вязкость. Это усложняет высвобождение газов и приводит к повышению давления – до критического уровня. Новый механизм развития событий был детально изучен учеными и описан в их недавней работе статье, опубликованной в журнале Science Advances.
С использованием спектроскопии и электронной микроскопии исследователи проанализировали нанолиты, присутствующие в образцах застывшей лавы и пепла действующих вулканов. Полученные данные показали, что эти нанокристаллы, состоящие из кремния, алюминия и железа, способны изменять вязкость расплава. В ходе экспериментов было установлено, что добавление даже небольшого количества (несколько объемных процентов) таких наночастиц в магму с низким содержанием силикатов приводит к снижению ее текучести и способствует накоплению газов.
В настоящем действующем вулкане слой вязкой лавы должен быть малопроницаемым для газовых потоков и способен выполнять функцию «крышки», под которой накапливается давление, приводящее к разрушительному взрыву. «Постоянное задымление над вулканическим конусом не всегда является признаком скорого и опасного извержения, — отмечает Ди Генова. — Однако кажущееся спокойствие и инертность вулкана могут оказаться иллюзорными».