Ηφαιστειακή ανατομία, χαρτογράφηση καθώς εκρήγνυται

Οι δοκιμές κατά τη διάρκεια της έκρηξης Tajogaite του 2021 στη Λα Πάλμα κατέδειξαν την αξία των πετρολογικών αναλύσεων σχεδόν σε πραγματικό χρόνο ως συμπλήρωμα σε σεισμικά και γεωχημικά δεδομένα για την παρακολούθηση της έκρηξης.

Το 2021, ο ηφαιστειακός κώνος Tajogaite σχηματίστηκε στο νησί Λα Πάλμα στο αρχιπέλαγος των Καναρίων Νήσων της Ισπανίας ως αποτέλεσμα περίπου 3 μηνών συνεχών εκρήξεων τέφρας και λάβας. Ήταν η πρώτη ηφαιστειακή δραστηριότητα στη Λα Πάλμα από την έκρηξη της Teneguía το 1971. Από Instituto Volcanológico de Canarias

Στις 19 Σεπτεμβρίου 2021, το νησί Λα Πάλμα, ένα από τα Κανάρια νησιά στα ανοιχτά της βορειοδυτικής ακτής της Αφρικής, είδε την πρώτη του ηφαιστειακή δραστηριότητα μετά από περίπου 50 χρόνια λήθαργου.

Η έκρηξη διήρκεσε περίπου 3 μήνες και δημιούργησε έναν νέο ηφαιστειακό κώνο, που ονομάστηκε Tajogaite , ανάμεσα στην ηφαιστειακή κορυφογραμμή Cumbre Vieja του νησιού. Απελευθέρωσε μεγάλα νέφη τέφρας και αερίου, καθώς και περίπου 200 εκατομμύρια κυβικά μέτρα λάβας που απλώθηκαν σε 12 τετραγωνικά χιλιόμετρα του νησιού, θάβοντας ή καταστρέφοντας σοβαρά αστικούς οικισμούς και δρόμους. Το γεγονός ανάγκασε την εκκένωση περίπου 7.000 ανθρώπων και προκάλεσε ζημιές άνω των 842 εκατομμυρίων ευρώ .

Δεδομένα που αναφέρθηκαν από γεωχημικούς και γεωφυσικούς σταθμούς αερίου είχαν προβλέψει μια πιθανή έκρηξη (αν και ο πιθανός χρόνος της ήταν αβέβαιος) από το 2017. Η έρευνα εντόπισε μια ανώμαλη σύνθεση αερίου σε ένα ελατήριο που χρησιμοποιείται ως τοποθεσία παρακολούθησης, καθώς και διάσπαρτη σεισμική δραστηριότητα που προκαλείται από τη μαγματική επανενεργοποίηση το ηφαίστειο (Εικόνα 1). Ωστόσο, πραγματικοί πρόδρομοι λόγοι ηφαιστείων, όπως η καλά εντοπισμένη παραμόρφωση του εδάφους, η σεισμικότητα και οι εκπομπές αερίων, εντοπίστηκαν μόνο 8 ημέρες πριν από την έκρηξη [ D'Auria et al. , 2022].

Εικ. 1. Οι περιοχές που καλύπτονται από εκρηκτικό υλικό κατά τη διάρκεια διαφόρων μεγάλων εκρήξεων στο νησί Λα Πάλμα (αριστερά), το οποίο έχει καταγραφή ηφαιστειακών εκρήξεων που χρονολογούνται από το 1500 περίπου, υποδεικνύονται εδώ με διαφορετικά χρώματα. Η σεισμική δραστηριότητα που καταγράφηκε πριν (μέση) και κατά τη διάρκεια (δεξιά) των εκρήξεων του 2021 ελήφθη από τον ανοιχτό κατάλογο: Προσαρμογή από Zanon et al. [2024], CC BY 4.0 και D'Auria et al. [2022].

Οι σεισμικές μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο, οι δορυφορικές αναλύσεις και άλλα δεδομένα που συλλέχθηκαν επί τόπου κατά την έκρηξη του Tajogaite παρείχαν ζωτικής σημασίας πληροφορίες όχι μόνο για τη διατήρηση της ασφάλειας των γύρω κοινοτήτων αλλά και για την καθοδήγηση και τη διαχείριση σχετικών επιστημονικών προσπαθειών. Συγκριτικά, οι πρώτες πετρογραφικές και γεωχημικές αναλύσεις λάβας Tajogaite, που έγιναν με χρήση πετρωμάτων που συλλέχθηκαν μόνο την πρώτη εβδομάδα της έκρηξης, δημοσιεύθηκαν στις αρχές του 2022 με σκοπό την περιγραφή του υλικού έκρηξης. Μήνες αργότερα, δημοσιεύθηκαν άλλες πετρολογικές και γεωχημικές μελέτες της έκρηξης, που περιγράφουν τις συνθήκες προέλευσης των μάγματος , τις ρεολογικές τους ιδιότητες και τη δυναμική τους κατά τη διάρκεια της έκρηξης .

Το έργο των πετρολόγων σε σχέση με τα ηφαίστεια μπορεί να παρομοιαστεί με τη διενέργεια αυτοψιών, παρέχοντας πληροφορίες για τα αίτια και τη συμπεριφορά των εκρήξεων μετά το γεγονός. Αυτές οι πληροφορίες είναι εξαιρετικά πολύτιμες, αλλά οι τυπικά μεγάλες χρονικές καθυστερήσεις πριν είναι διαθέσιμες μειώνουν τη χρησιμότητα της πετρολογικής παρακολούθησης ως αποτελεσματικού επιστημονικού εργαλείου κατά τις ηφαιστειακές εκρήξεις.

Τα τελευταία χρόνια, ωστόσο, ορισμένοι επιστήμονες -συμπεριλαμβανομένου κι εμάς- διερευνούν πιθανές εφαρμογές πετρολογικών προσεγγίσεων σε ηφαιστειακή παρακολούθηση σχεδόν σε πραγματικό χρόνο για να βοηθήσουν στην κατανόηση του τι συμβαίνει υπόγεια και στη διαχείριση των αποκρίσεων εκρήξεων. Τα ερωτήματα που εξετάσαμε περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, εάν η πετρολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη παραλλαγών στα μονοπάτια ανάβασης μάγματος κατά τη διάρκεια εκρήξεων και ποιες πρόσθετες πληροφορίες μπορούν να συλλεχθούν συνδυάζοντας συχνές πετρολογικές αναλύσεις του υλικού που εκρήγνυται με την παρακολούθηση της συνεκρηκτικής σεισμικότητας (σεισμική δραστηριότητα που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια έκρηξη).

Η έκρηξη Tajogaite ήταν μια εξαιρετική ευκαιρία να δοκιμάσουμε την προσέγγισή μας [ Zanon et al. , 2024]. Για να γίνει αυτό, συλλέγαμε καθημερινά δείγματα από την περιοχή έκρηξης και τα στέλναμε σε εργαστήριο για ταχεία ανάλυση των εγκλεισμάτων υγρών μέσα στα δείγματα (Εικόνα 2).

Εικ. 2. Τα μαύρα βέλη σε αυτό το χρονογράφημα της έκρηξης Tajogaite  υποδεικνύουν την έναρξη της εκρηκτικής δραστηριότητας στις 19 Σεπτεμβρίου καθώς και τους χρόνους συλλογής δειγμάτων λάβας (κόκκινες ετικέτες) και τέφρα (μπλε ετικέτες). Δείχνονται επίσης αλλαγές στη σύνθεση του μάγματος από βασανίτη σε τραχυβασάλτη (αμφι = αμφίβολο, cpx = κλινοπυροξένιο, ol = ολιβίνη, οξ = οξείδια). Η κόκκινη κατακόρυφη διακεκομμένη γραμμή σηματοδοτεί τη χρονική στιγμή μιας προσωρινής διακοπής των μαγματικών εκπομπών και της σεισμικότητας στις 27 Σεπτεμβρίου. Το κόκκινο βέλος υποδεικνύει την έναρξη της ανάβασης μάγματος από τη ρηχή προεκρηκτική θέση λιμνάζουσας μάγματος σε βάθος 9–10 χιλιομέτρων. Από: Zanon et al. [2024].

Οπτικοποίηση του εσωτερικού ενός ηφαιστείου

Οι πετρολογικές μελέτες, με τη βοήθεια της γεωχημείας, της πετρογραφίας, της ορυκτολογίας και της θερμοδυναμικής, επιτρέπουν στους επιστήμονες να αποκτήσουν βαθιά κατανόηση των συνθηκών στις οποίες σχηματίζονται και μετασχηματίζονται τα πετρώματα. Για παράδειγμα, μπορούν να αποκρυπτογραφήσουν τις συνθήκες σχηματισμού μάγματος και να αναπτύξουν πολύπλοκα, ακριβή γενετικά μοντέλα για ηφαίστεια. Και μπορούν να ανακατασκευάσουν μονοπάτια ανάβασης μάγματος και να απεικονίσουν με ακρίβεια την ηφαιστειακή ανατομία.

Αν και αυτού του είδους οι μελέτες μπορούν να εφαρμοστούν μόνο μετά την έκρηξη υλικών, παρέχουν ένα επίπεδο λεπτομέρειας που δεν μπορεί να επιτευχθεί με άλλες μεθόδους. Μπορούν επίσης να συμπληρώσουν το έργο των γεωφυσικών και των γεωχημικών, οι οποίοι βασίζονται σε δίκτυα αισθητήρων υψηλής ποιότητας που διανέμονται στα ηφαίστεια για ενδείξεις επικείμενων εκρήξεων. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν, για παράδειγμα, να παρατηρήσουν τη διάδοση ηφαιστειακών αναχωμάτων παρακολουθώντας τη μετανάστευση υποκέντρων σεισμών σμήνους, να παρατηρήσουν παραμόρφωση του εδάφους που προκαλείται από ηφαιστειακή δραστηριότητα και να ανιχνεύσουν άλλα είδη ανωμαλιών .

Κατά τη διάρκεια των εκρήξεων, η απόκτηση και η ερμηνεία πετρολογικών δεδομένων σε πραγματικό χρόνο μπορεί να παρέχει πληροφορίες που λείπουν.

Μόλις ξεκινήσει μια έκρηξη, ωστόσο, η ανάλυση ορισμένων γεωφυσικών και γεωχημικών σημάτων γίνεται πιο δύσκολη. Όταν το μάγμα αρχίζει να ρέει γρήγορα μέσα από το μαγματικό σύστημα, αυτά τα σήματα ενδέχεται να μην καταγράφουν πλέον πλήρως εσωτερικές διεργασίες με επαρκή ταχύτητα. Για παράδειγμα, ο σεισμικός «θόρυβος» που προκαλείται από την κίνηση των φυσαλίδων αερίου μέσα από το μαγματικό σύστημα και από το αέριο που απελευθερώνεται από αυτό κρύβει τα σήματα χαμηλής έντασης σεισμικότητας. Επιπλέον, οι αισθητήρες μπορεί να καταστραφούν  από εκρήξεις ή να θαφτούν από ροές λάβας και ηφαιστειακή τέφρα, περιορίζοντας περαιτέρω τη διαθεσιμότητα αυτών των σημάτων. Κατά τη διάρκεια των εκρήξεων, η απόκτηση και η ερμηνεία πετρολογικών δεδομένων σε πραγματικό χρόνο μπορεί να παρέχει πληροφορίες που λείπουν.

Το επιστημονικό προσωπικό των ηφαιστειολογικών παρατηρητηρίων παγκοσμίως κατανοεί τη σημασία της αποτελεσματικής και ταχείας πετρολογικής παρακολούθησης . Αυτή η παρακολούθηση συνδυάζει επί του παρόντος πολλαπλές αναλυτικές τεχνικές, συμπεριλαμβανομένων βασικών πετρογραφικών παρατηρήσεων με χρήση οπτικού μικροσκοπίου και άλλες αναλύσεις για την παρακολούθηση διακυμάνσεων στη χημική σύνθεση του μάγματος και στην ορυκτολογική σύσταση κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης. Αυτή η προσέγγιση εφαρμόστηκε για τη μελέτη πολλών εκρήξεων τα τελευταία 25 χρόνια, συμπεριλαμβανομένων των εκρήξεων της Αίτνας το 2001 και 2002–2003, της υποβρύχιας έκρηξης 2011–2012 στο El Hierro και των βίαιων περιοδικών εκρήξεων του Stromboli [ Corsaro et al. , 2007; Από Andronico et al. , 2009; Martí et al. , 2013].

Ωστόσο, αρκετά εμπόδια στην πετρολογική παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο είναι δύσκολο να επιλυθούν. Η συλλογή, η προετοιμασία και η ανάλυση δειγμάτων, καθώς και η επεξεργασία δεδομένων, είναι χρονοβόρα. Ορισμένα παρατηρητήρια δεν διαθέτουν τα απαραίτητα όργανα για την εκτέλεση αναλύσεων από μόνα τους και ως εκ τούτου πρέπει να βασίζονται σε προϋπάρχουσες επιστημονικές συνεργασίες ή εμπορικά αναλυτικά εργαστήρια, τα οποία μπορεί να είναι μακριά από την τοποθεσία, να έχουν δεσμευτεί για άλλη έρευνα ή να είναι ακριβά στη χρήση τους. Επιπλέον, η ανάλυση μεμονωμένων δειγμάτων σε καθημερινή (ή συχνή) βάση για εκτεταμένη περίοδο -όπως απαιτείται για την πετρολογική παρακολούθηση κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης- δεν είναι ποτέ οικονομικά αποδοτική.

Επιπλέον, η αρχιτεκτονική των μαγματικών συστημάτων μπορεί να είναι εξαιρετικά περίπλοκη [ Cashman et al. , 2017; Sparks et al. , 2019], και οι πληροφορίες που συλλέγονται από προσεγγίσεις παρακολούθησης μπορεί να μην είναι χρήσιμες αμέσως χωρίς την υπάρχουσα ενδελεχή κατανόηση της διαδρομής του μάγματος προς την επιφάνεια.

Τα ρευστά εγκλείσματα παρέχουν μια πορεία προς τα εμπρός

Η μικροθερμομετρική ανάλυση πολλών κρυστάλλων μας επιτρέπει να περιορίσουμε τα βάθη όπου λιμνάζει το μάγμα και να αποκαλύπτουμε την υπόγεια αρχιτεκτονική των ηφαιστείων.

Η έκρηξη του 2021 στη Λα Πάλμα συνέβη κατά μήκος μιας μικρής εκρηκτικής σχισμής της ηφαιστειακής κορυφογραμμής Cumbre Vieja. Αυτή η κορυφογραμμή αποτελείται από μια σειρά μονογενετικών κώνων με σχεδόν βορρά-νότο προσανατολισμό (ο καθένας που δημιουργείται κατά τη διάρκεια ενός μεμονωμένου επεισοδίου έκρηξης) κατά μήκος του κυρίαρχου ηφαιστειοτεκτονικού συστήματος στο νησί.

Οι κρύσταλλοι ολιβίνης και πυροξενίου στις λάβες αυτού του ηφαιστείου περιέχουν συχνά υγρά εγκλείσματα - μικρές ποσότητες υγρών (κυρίως διοξείδιο του άνθρακα και νερό) παγιδευμένα σε ορυκτά καθώς σχηματίζονται ή ως αποτέλεσμα ανακρυστάλλωσης (Εικόνα 3).

Αυτά τα υγρά εγκλείσματα προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες που μπορούν να αποκαλυφθούν χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται μικροθερμομετρία. Μια μικροθερμομετρική μελέτη περιλαμβάνει θέρμανση και ψύξη ορυκτών κρυστάλλων κάτω από ένα μικροσκόπιο για τον προσδιορισμό των θερμοκρασιών των μεταβολών φάσης στα εγκλείσματα ρευστών. Αυτές οι θερμοκρασίες παρέχουν πληροφορίες για τις βαρομετρικές συνθήκες κρυστάλλωσης ή/και επαναεξισορρόπησης ειδικές για τον κρύσταλλο ξενιστή - δηλαδή τις πιέσεις κάτω από τις οποίες συνέβησαν αυτές οι διεργασίες, οι οποίες σχετίζονται με το βάθος κάτω από την επιφάνεια. Η μικροθερμομετρική ανάλυση πολλών κρυστάλλων μάς επιτρέπει έτσι να περιορίσουμε τα βάθη όπου λιμνάζει το μάγμα και να αποκαλύπτουμε την υπόγεια αρχιτεκτονική των ηφαιστείων.

Εικ. 3. Πολυάριθμα εγκλείσματα ρευστού παγιδευμένα κατά μήκος μιας ρωγμής σε έναν κρύσταλλο ολιβίνης που εξερράγη στις 24 Νοεμβρίου 2021 μπορούν να φανούν σε αυτή τη μικρογραφία. Από: Vittorio Zanon.

Τα υγρά εγκλείσματα έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για την ανακατασκευή των συστημάτων αποθήκευσης μάγματος των ηφαιστείων σε διάφορες τοποθεσίες, συμπεριλαμβανομένων των Αιολίδων Νήσων, των Αζορών, των Καναρίων Νήσων, του Πράσινου Ακρωτηρίου και του Piton de La Fournaise [π.χ., Boudoire et al. , 2019; Οι Hildner et al. , 2012; Οι Klügel et al. , 2000; Zanon et al. , 2003 , 2020 ]. Αυτές οι μελέτες χρησιμοποίησαν δείγματα πετρωμάτων από διαφορετικές εκρήξεις που συνέβησαν σε στενά χρονικά διαστήματα και τα στιγμιότυπα που προέκυψαν οριοθετούσαν ξεκάθαρα μονοπάτια ανάβασης μάγματος, συμπεριλαμβανομένων αναχωμάτων και ζωνών λιμνών, κατά τη διάρκεια αυτών των διαστημάτων.

Στη μελέτη [ Zanon et al. , 2024], τα αποτελέσματα των πετρολογικών αναλύσεων των εγκλεισμάτων ρευστών σε δείγματα Tajogaite ήταν πολλά υποσχόμενα: Οι εκτιμήσεις του βάθους στα οποία το μάγμα είχε λιμνάσει κάτω από την επιφάνεια πριν από την έκρηξη ήταν σύμφωνες με τα βάθη των δύο σεισμικά ενεργών ζωνών που είχαν καθοριστεί μέσω γεωφυσικής παρακολούθησης .

Η αντίδρασή μας στις δυνατότητες της μεθόδου μετά την επιτυχή δοκιμή ήταν σχεδόν ίδια με τον Δρ Frederick Frankenstein του Gene Wilder στο Young Frankenstein : "Θα μπορούσε να λειτουργήσει!"

Μικροσκοπία και Σεισμολογία ίσον Επιτυχία

Ο συνδυασμός υψηλής ακρίβειας μικροθερμομετρικών δεδομένων από φρέσκες λάβες και πυροκλαστικές καταρροές που ελήφθησαν συχνά κατά τη διάρκεια της έκρηξης με ταυτόχρονα δεδομένα για τις θέσεις των σεισμικών υποκέντρων ήταν το μυστικό της επιτυχίας.

Οι τεχνικές σεισμολογικής απεικόνισης μας επιτρέπουν να εντοπίσουμε λιθολογικές ασυνέχειες και την παρουσία μερικώς λιωμένων πετρωμάτων κάτω από ένα ηφαίστειο. Οι μικροθερμομετρικές αναλύσεις πολλών εγκλεισμάτων ρευστών αποκαλύπτουν τις πιέσεις (δηλ. τα βάθη) στα οποία έχουν λιμνάσει τα μάγματα. Επιπλέον, η παρακολούθηση των χαρακτηριστικών της σεισμικότητας κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης, συμπεριλαμβανομένων των θέσεων υποκέντρων, της απελευθέρωσης ενέργειας και της συχνότητας σεισμικών κυμάτων, είναι σημαντική για τον χαρακτηρισμό της λιθολογίας των ζωνών συγκέντρωσης μάγματος (τόσο οι ζώνες προσωρινής όσο και μακράς διάρκειας συσσώρευσης, π.χ. θαλάμοι μάγματος) και ο τρόπος εκχύλισης μάγματος. Πράγματι, οι αναλύσεις σεισμικών κυμάτων μπορούν ακόμη και να αποκαλύψουν επεισόδια συμπίεσης πορωδών λιθολογιών, όπως στρώματα χυλού που αποτελούνται από κρυσταλλικά συσσωματώματα, τα οποία συχνά φιλοξενούν μάγμα.

Η συλλογή και η διασταύρωση πληροφοριών σχετικά με τα βάθη της λίμνης μάγματος που ελήφθησαν από σεισμικά δεδομένα για ασυνέχειες στο υπόγειο και δεδομένα συμπερίληψης ρευστών από υλικά που εξερράγησαν από τον Tajogaite, μας επέτρεψαν να ορίσουμε την αρχιτεκτονική του μαγματικού συστήματος με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι θα μπορούσαμε να έχουμε χρησιμοποιώντας κάθε τεχνική ξεχωριστά. Η προσέγγιση μας επέτρεψε επίσης να δείξουμε τη διαδρομή της ανόδου του μάγματος σε σχεδόν πραγματικό χρόνο και να χρησιμοποιήσουμε αλλαγές στην περιεκτικότητα σε ορυκτά και στη σύνθεση των παγιδευμένων υγρών για να διακρίνουμε τις διαφορετικές παρτίδες μάγματος και τους διακριτούς ρυθμούς ανόδου τους (Εικόνα 4).

Εικ. 4. Αυτό το εννοιολογικό μοντέλο δείχνει τη διαδρομή που ακολούθησαν διαφορετικές παρτίδες μάγματος (που αντιπροσωπεύονται με διαφορετικά χρώματα) κατά τη διάρκεια της έκρηξης. Δύο κύριες περιοχές βάθους όπου το μάγμα σταμάτησε κατά τη διάρκεια της έκρηξης ήταν 22–31 και 11–16 χιλιόμετρα, σε συμφωνία με την καταγεγραμμένη σεισμικότητα. Παρατηρήθηκε επίσης περιοδική λιμνούλα μάγματος σε βάθος περίπου 4 χιλιομέτρων. Τα χαρακτηριστικά του φλοιού φαίνονται με γκρι σχέδια και ο λιθοσφαιρικός μανδύας είναι σε ανοιχτό κόκκινο χρώμα. Αυτό το μοντέλο δείχνει επίσης πώς συνέβησαν οι φυσικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διαφόρων παρτίδων μάγματος. Από: Zanon et al. [2024].

Χρησιμοποιώντας αυτήν την προσέγγιση, εντοπίσαμε πέντε παρτίδες μάγματος που προέκυψαν από μια κύρια ζώνη συσσώρευσης βάθους 27-31 χιλιομέτρων, που εκτείνεται στο όριο στον λιθοσφαιρικό μανδύα. Αυτή η βαθιά τοποθεσία καθορίζεται από υγρά εγκλείσματα που φιλοξενούν άζωτο και μονοξείδιο του άνθρακα, δείκτες της απαέρωσης του μανδύα.

Το μάγμα συσσωρεύτηκε επίσης σε διαφορετικές χρονικές περιόδους σε βάθη 22–27 και 4–16 χιλιομέτρων. Το βαθύτερο από αυτά τα πεδία περιλαμβάνει στρώματα πορωδών πετρωμάτων από κλινοπυροξένια και ολιβίνες σε διαφορετικές αναλογίες. Η περιοχή μικρότερου βάθους περιέχει μια σειρά από στρώματα χυλών που φέρουν αμφίβολους και κρυσταλλωμένα σώματα μάγματος από πολύ παλαιότερες εισβολές.

Αυτή η μελέτη δείχνει πώς η ενοποίηση αυτών των δύο θεμελιωδώς διαφορετικών μεθοδολογιών μπορεί να θέσει ένα νέο πρότυπο για την παρακολούθηση της ηφαιστειακής δραστηριότητας.

Οι ταχύτητες ανόδου μάγματος που είναι ενσωματωμένες στο χρόνο (συμπεριλαμβανομένων των χρόνων συλλογής) υπολογίστηκαν με τον υπολογισμό του χρόνου μεταξύ των κορυφών βαθιάς και αβαθούς σεισμικότητας σε συστάδες σεισμών. Αυτά τα δεδομένα έδειξαν ότι οι ταχύτητες ήταν μεταξύ 0,01 και 0,1 μέτρο ανά δευτερόλεπτο. Οι διαφορές στις ταχύτητες καθόρισαν τη μερική ανάμειξη των παρτίδων μάγματος και, στην επιφάνεια, την εμφάνιση αλλαγών στον ρυθμό ροής του μάγματος που σχετίζονται με την ταχύτητα, την κινητικότητα και το μέγεθος των εκρηγμένων όγκων. Οι διαφορές στις ταχύτητες ανόδου του μάγματος επηρέασαν επίσης τον σχηματισμό νέων εκρηκτικών ρωγμών και την εμφάνιση κυκλικής εκρηκτικότητας κατά τη διάρκεια της έκρηξης. Νέες εκρηκτικές ρωγμές σηματοδοτούσαν αλλαγές στις τοποθεσίες εκρήξεων στις απειλούμενες περιοχές και οι αλλαγές στην εκρηκτικότητα σήμαιναν πιθανούς κινδύνους για την εναέρια κυκλοφορία, την ανθρώπινη υγεία (π.χ. αναπνευστικά προβλήματα) και τις υποδομές (π.χ. πιθανές καταρρεύσεις στέγης).

Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις συνέπειες, η έγκαιρη αναγνώριση της εμφάνισης νέων παρτίδων μάγματος θα ήταν πολύ σημαντική για τις αρχές πολιτικής άμυνας-προστασίας.

Αυτή η μελέτη αντιπροσωπεύει την πρώτη φορά που έχει ληφθεί ένα τέτοιο αποτέλεσμα που συνδυάζει σεισμολογικά και πετρολογικά δεδομένα και δείχνει πώς η ενοποίηση αυτών των δύο θεμελιωδώς διαφορετικών μεθοδολογιών μπορεί να θέσει ένα νέο πρότυπο για την παρακολούθηση της ηφαιστειακής δραστηριότητας.

Βελτίωση και Ολοκλήρωση Πετρολογικής Παρακολούθησης

Δυστυχώς, αυτή η νέα μεθοδολογία δεν είναι εφαρμόσιμη για την παρακολούθηση όλων των ηφαιστείων, επειδή δεν περιέχουν όλα τα μάγματα κρυστάλλους με εγκλείσματα παγιδευμένου υγρού. Σε μεγάλες δεξαμενές ενεργού μάγματος κάτω από ορισμένα ηφαίστεια, οι διαδικασίες κλασμάτωσης (π.χ. βαρυτική καθίζηση ορυκτών που περιέχονται στα μάγματα) φιλτράρουν τους βαρύτερους κρυστάλλους που σχηματίζονται πρώτα και που παγιδεύουν ως επί το πλείστον υγρά εγκλείσματα.

Για παράδειγμα, είναι απίθανο να λειτουργήσει για πυριτικά ηφαίστεια, στα οποία τα παχύρρευστα μάγματα είναι πλούσια σε πυρίτιο και αέριο-καθιστώντας τα επιρρεπή σε επικίνδυνες εκρηκτικές εκρήξεις- αλλά χωρίς πρώιμους κρυστάλλους που ενδέχεται να φιλοξενήσουν υγρά εγκλείσματα. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε ηφαίστειο που εκρήγνυται μαφικά (πλούσια σε ολιβίνη και πυροξένη) μάγματα, τα οποία συνήθως ανεβαίνουν γρήγορα μέσω του φλοιού χωρίς να σταματούν για πολύ σε ζώνες συλλογής, περιορίζοντας έτσι τον αριθμό των κρυστάλλων που φέρουν εγκλεισμό να εγκατασταθούν.

Η βελτίωση της μεθόδου μας θα περιλαμβάνει την επιτάχυνση της ροής εργασιών, από τη συλλογή και την προετοιμασία δειγμάτων έως την ερμηνεία των δεδομένων. Εάν ένα ηφαίστειο εκραγεί σε μια τοποθεσία χωρίς ερευνητική υποδομή, τα logistics μπορεί να γίνουν προβληματικά και να χαθούν μέρες για τη μεταφορά δειγμάτων. Η καλύτερη λύση σε τέτοιες περιπτώσεις θα μπορούσε να είναι η ανάπτυξη ενός κινητού εργαστηρίου εξοπλισμένου με τα απαραίτητα όργανα για μικροθερμομετρική ανάλυση και ερμηνεία συμπερίληψης υγρών.

Επιπλέον, καθώς περισσότεροι άνθρωποι συνεργάζονται, εξοικονομείται περισσότερος χρόνος κατά την προετοιμασία και την ανάλυση του δείγματος. Στην καλύτερη περίπτωση, θα χρειαστεί πάντα τουλάχιστον μία ημέρα για να γίνουν οι απαραίτητες πετρολογικές αναλύσεις σε ένα μόνο δείγμα. Ωστόσο, αυτή η χρονική καθυστέρηση είναι αρκετά μικρή ώστε να επιτρέψει την εφαρμογή της προσέγγισης κατά την επιστημονική διαχείριση μιας ηφαιστειακής έκρηξης.

Πέρα από τις προκλήσεις, είμαστε βέβαιοι ότι οι εξελίξεις στις τεχνικές πετρολογικής ανάλυσης που αποδείχθηκαν πρόσφατα προσθέτουν την  πετρολογία στους κλάδους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση εκρήξεων σχεδόν σε πραγματικό χρόνο, ενισχύοντας σημαντικά την ικανότητά μας να κατανοούμε την εσωτερική ηφαιστειακή δυναμική ενώ είναι ακόμη σε δράση.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα eos

https://eos.org/science-updates/volcanic-anatomy-mapped-as-it-erupts