Ένα νέο είδος ηφαιστειακής έκρηξης

Το ηφαίστειο Kīlauea εξερράγη σαν πύραυλος το 2018, δείχνει νέα έρευνα.

Δεν υπάρχουν δύο ηφαιστειακές εκρήξεις που να είναι ακριβώς όμοιες, αλλά οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μια σειρά εκρηκτικών εκρήξεων στο ηφαίστειο Kīlauea εντάσσεται σε μια εντελώς νέα κατηγορία.

Αναλύοντας τη δυναμική 12 διαδοχικών εκρήξεων που συνέβησαν το 2018, οι ερευνητές περιγράφουν έναν νέο τύπο μηχανισμού ηφαιστειακής έκρηξης. Οι εκρήξεις προκλήθηκαν από ξαφνικές αυξήσεις της πίεσης καθώς κατέρρευσε το έδαφος, το οποίο εκτόξευσε λοφία από θραύσματα βράχου και ζεστό αέριο στον αέρα, σαν ένα κλασικό παιχνίδι πυραύλων.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Όρεγκον, το Γεωλογικό Ινστιτούτο των Ηνωμένων Πολιτειών και το Πανεπιστήμιο Σιτσουάν της Κίνας αναφέρουν τα ευρήματά τους σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στις 27 Μαΐου στο Nature Geoscience .

Η συγκεκριμένη σειρά εκρήξεων στην κορυφή της Κιλαουέα ήταν μέρος μιας ακολουθίας γεγονότων που περιελάμβαναν ροές λάβας που εκρήγνυνται από χαμηλότερα στην πλευρά του ηφαιστείου. Αυτές οι ροές λάβας κατέστρεψαν χιλιάδες σπίτια και εκτόπισαν κατοίκους στο νησί της Χαβάης για μήνες.

Η κατανόηση του τι ακριβώς συνέβη σε προηγούμενες ηφαιστειακές εκρήξεις, που στην καθομιλουμένη ονομάζονται «hindcasting», επιτρέπει στους ηφαιστειολόγους να κάνουν καλύτερες προβλέψεις για μελλοντικές εκρήξεις και να δίνουν πιο ακριβείς προειδοποιήσεις στους ανθρώπους που βρίσκονται στην πορεία μιας έκρηξης.

Ως επί το πλείστον, οι εκρηκτικές ηφαιστειακές εκρήξεις είτε οφείλονται κυρίως στην αύξηση του μάγματος, στα ατμοποιημένα υπόγεια ύδατα ή σε συνδυασμό των δύο, σύμφωνα με τον Josh Crozier, ο οποίος έκανε αυτή την έρευνα ως διδακτορικός φοιτητής στο UO. Αλλά αυτές οι εκρήξεις δεν ταίριαζαν πολύ στο καλούπι.

«Αυτές οι εκρήξεις είναι αρκετά ενδιαφέρουσες καθώς δεν φαίνεται να περιλαμβάνουν κανένα από αυτά», είπε ο Crozier. «Το εκρηκτικό υλικό περιείχε πολύ λίγο που έμοιαζε με φρέσκο ​​μάγμα που είχε εκτοξευθεί, αλλά δεν υπάρχουν στοιχεία για τη συμμετοχή σημαντικών υπόγειων υδάτων».

Το Παρατηρητήριο Ηφαιστείων της Χαβάης, μέρος του Γεωλογικού Ινστιτούτου των ΗΠΑ, παρακολουθεί στενά το Κιλαουέα. Το ηφαίστειο καλύπτεται με επιστημονικά όργανα, από αισθητήρες εδάφους που μετρούν το τράνταγμα της γης μέχρι εργαλεία που αναλύουν τα αέρια που απελευθερώνονται από το ηφαίστειο.

«Ένα ωραίο πράγμα σχετικά με αυτές τις εκρήξεις είναι ότι υπήρχαν πολλές από αυτές στη σειρά που ήταν εντυπωσιακά παρόμοιες, αυτό είναι σχετικά ασυνήθιστο», είπε ο Leif Karlstrom, ηφαιστειολόγος στο UO. «Τυπικά, οι ηφαιστειακές εκρήξεις δεν συμβαίνουν με τόση κανονικότητα».

Έτσι, η ομάδα είχε περισσότερα δεδομένα από ό,τι συνήθως για να δουλέψει και μπορούσε να σκάψει βαθύτερα στη συγκεκριμένη δυναμική των εκρήξεων.

Τοποθετώντας όλα αυτά τα δεδομένα σε μια ποικιλία ατμοσφαιρικών και υπόγειων μοντέλων, οι επιστήμονες συγκέντρωσαν μια νέα ιστορία για το τι συνέβη στην Κιλαουέα κατά τη διάρκεια της σειράς γεγονότων το 2018.

Πριν από κάθε έκρηξη στην κορυφή, το μάγμα αποστραγγιζόταν αργά από μια υπόγεια δεξαμενή. (Αυτό το μάγμα τροφοδοτούσε ροές λάβας 40 χιλιόμετρα μακριά, στην ανατολική πλευρά του ηφαιστείου.) Καθώς η δεξαμενή εξαντλήθηκε, το έδαφος πάνω από αυτό - ο κρατήρας μέσα στην καλντέρα στην κορυφή του ηφαιστείου - κατέρρευσε ξαφνικά.

Αυτό αύξησε γρήγορα την πίεση στη δεξαμενή. Και επειδή υπήρχε ένας θύλακας συσσωρευμένου μαγματικού αερίου που καθόταν στην κορυφή αυτής της δεξαμενής, η αύξηση της πίεσης συμπίεσε το μαγματικό αέριο και κομμάτια ερειπίων μέσω ενός αγωγού και τα εκτόξευσε από μια οπή στον κρατήρα της Κιλαουέα.

Οι ερευνητές συγκρίνουν τη δυναμική της έκρηξης με ένα παιχνίδι stomp-rocket, όπου πατώντας έναν αερόσακο συνδεδεμένο με έναν εύκαμπτο σωλήνα εκτοξεύει ένα βλήμα στον αέρα.

Το «stomp» είναι αυτό το κομμάτι βράχου πάχους χιλιομέτρου που πέφτει κάτω, πιέζει την τσέπη και στη συνέχεια αναγκάζει το υλικό απευθείας προς τα πάνω", είπε ο Crozier. Και ο «πύραυλος» είναι, φυσικά, το αέριο και οι βράχοι που εκρήγνυνται από το ηφαίστειο.

Η κατάρρευση της καλντέρας είναι αρκετά συνηθισμένη, σημειώνει ο Crozier. Έτσι, ενώ αυτή είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες περιγράφουν συγκεκριμένα αυτόν τον συγκεκριμένο μηχανισμό πυραύλων, μάλλον δεν είναι η μόνη φορά που συμβαίνει.

Η μελέτη μπόρεσε να συνδέσει τις γεωφυσικές παρατηρήσεις με τις ιδιότητες της ηφαιστειακής στήλης στην ατμόσφαιρα.

«Αυτός ο σύνδεσμος είναι πολύ σπάνιος», είπε ο Joe Dufek, ηφαιστειολόγος στο UO. «Υποδεικνύει νέους τρόπους για μας να παρατηρούμε εκρήξεις και  συνδυάζουμε μετρήσεις αισθητήρων με προσομοιώσεις υπολογιστή για καλύτερη αξιολόγηση των κινδύνων από εκρήξεις».

Το γεγονός ότι επρόκειτο για μια σειρά από μικρότερες εκρήξεις μπορεί να διευκόλυνε να δούμε τον υποκείμενο μηχανισμό, είπε ο Dufek. Άλλες πολύπλοκες διαδικασίες δεν επισκίαζαν το στοιχείο stomp-rocket.

Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι το Kīlauea είναι απλό. Ένα τυπικό σχέδιο βιβλίου ενός ηφαιστείου δείχνει το μάγμα να κινείται προς τα πάνω μέσα από θαλάμους σε διαφορετικά βάθη. Αλλά σπάνια είναι τόσο απλό, και ένα ηφαίστειο όπως το Kīlauea, στολισμένο με επιστημονικά όργανα, παρέχει την ευκαιρία να σκάψουμε στις λεπτομέρειες.  

«Αυτό είναι ένα παράδειγμα, και υπάρχει ένας αυξανόμενος αριθμός από αυτούς, όπου τα μονοπάτια της ανόδου του μάγματος είναι αρκετά περίπλοκα γεωμετρικά», είπε ο Karlstrom. «Μας δίνει μια πολύ πιο λεπτή εικόνα για το πώς μοιάζουν τα ηφαιστειακά υδραυλικά συστήματα».

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα eurekalert.org

https://www.eurekalert.org/news-releases/1045686

Explosive 2018 eruptions at Kīlauea driven by a collapse-induced stomp-rocket mechanism

Josh Crozier, Josef Dufek, Leif Karlstrom, Kyle R. Anderson, Ryan Cahalan, Weston Thelen, Mary Benage & Chao Liang 

https://www.nature.com/articles/s41561-024-01442-0