Γιατί κάποια ηφαίστεια δεν εκρήγνυνται
Το όρος Ōmuro στη χερσόνησο Ίζου της Ιαπωνίας είναι ένα σχεδόν τέλειο αδρανές ηφαίστειο που σχηματίστηκε πριν από περίπου 4.000 χρόνια.
Η εκρηκτικότητα μιας ηφαιστειακής έκρηξης εξαρτάται από το πόσες φυσαλίδες αερίου σχηματίζονται στο μάγμα - και πότε. Μέχρι τώρα, πιστευόταν ότι οι φυσαλίδες αερίου σχηματίζονταν κυρίως όταν η ατμοσφαιρική πίεση έπεφτε ενώ το μάγμα ανέβαινε.
Τα αέρια που ήταν διαλυμένα στο μάγμα στα χαμηλότερα στρώματα - λόγω της υψηλότερης πίεσης- διαφεύγουν όταν η πίεση πέφτει και σχηματίζουν φυσαλίδες. Όσο περισσότερες φυσαλίδες υπάρχουν στο μάγμα, τόσο ελαφρύτερο γίνεται και τόσο πιο γρήγορα ανεβαίνει. Αυτό μπορεί να προκαλέσει τη διάσπαση του μάγματος, οδηγώντας σε εκρηκτική έκρηξη.
Αριθμός Poiseuille σε ηφαιστειακά συστήματα,μια αρχή στη ρευστοδυναμική που περιγράφει την πτώση πίεσης σε ένα ρευστό. Από: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw8543.
Ωστόσο, αυτή η εξήγηση είναι ελλιπής - επειδή η λάβα από ορισμένα ηφαίστεια, όπως το όρος Αγία Ελένη στην πολιτεία της Ουάσινγκτον, στις ΗΠΑ, ή το χιλιανό ηφαίστειο Quizapu, μερικές φορές ρέει απαλά παρά την παρουσία εξαιρετικά εκρηκτικού μάγματος με υψηλή περιεκτικότητα σε αέριο. Τώρα, μια διεθνής ερευνητική ομάδα, στην οποία συμμετέχει ένας επιστήμονας από το ETH Zurich, έδωσε μια νέα εξήγηση για αυτό το αίνιγμα, το οποίο απασχολεί τους ηφαιστειολόγους εδώ και πολύ καιρό.
Διάτμηση ως νέος παράγοντας
Σε άρθρο στο περιοδικό Science , οι ερευνητές δείχνουν ότι οι φυσαλίδες αερίου μπορούν να σχηματιστούν στο ανερχόμενο μάγμα όχι μόνο λόγω πτώσης της πίεσης αλλά και λόγω διατμητικών δυνάμεων. Εάν αυτές οι φυσαλίδες αερίου αναπτυχθούν βαθιά στον ηφαιστειακό αγωγό, μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους και επομένως να σχηματίσουν κανάλια απαέρωσης. Το αέριο μπορεί στη συνέχεια να διαφύγει σε πρώιμο στάδιο και το μάγμα να ρέει προς τα έξω ήρεμα.
Μπορούμε να φανταστούμε τις διατμητικές δυνάμεις στο μάγμα σαν να ανακατεύουμε ένα βάζο με μέλι: το μέλι κινείται πιο γρήγορα εκεί που ανακατεύεται με το κουτάλι.
Στην άκρη του βάζου, όπου η τριβή είναι υψηλότερη, κινείται πιο αργά. Μια παρόμοια διαδικασία λαμβάνει χώρα στους ηφαιστειακούς αγωγούς: το μάγμα κινείται πιο αργά στην άκρη του αγωγού, όπου η τριβή είναι μεγαλύτερη, από ό,τι στο εσωτερικό. Αυτό ουσιαστικά «ζυμώνει» το λιωμένο πέτρωμα, παράγοντας φυσαλίδες αερίου.
«Τα πειράματά μας έδειξαν ότι η κίνηση στο μάγμα λόγω των δυνάμεων διάτμησης είναι επαρκής για να σχηματίσει φυσαλίδες αερίου - ακόμη και χωρίς πτώση της πίεσης», εξηγεί ο Olivier Bachmann, καθηγητής Ηφαιστειολογίας και Μαγματικής Πετρολογίας στο ETH Zurich και ένας από τους συν-συγγραφείς.
Τα πειράματα των ερευνητών δείχνουν ότι οι φυσαλίδες σχηματίζονται κυρίως κοντά στις άκρες του αγωγού, όπου οι διατμητικές δυνάμεις είναι ισχυρότερες. Οι υπάρχουσες φυσαλίδες ενισχύουν περαιτέρω αυτό το φαινόμενο.
«Όσο περισσότερο αέριο περιέχει το μάγμα, τόσο λιγότερη διάτμηση απαιτείται για τον σχηματισμό και την ανάπτυξη φυσαλίδων», λέει ο Bachmann.
Γιατί τα εκρηκτικά ηφαίστεια μερικές φορές δεν εκρήγνυνται
Σύμφωνα με τα νέα ευρήματα, ένα μάγμα με χαμηλή περιεκτικότητα σε αέριο που φαίνεται να μην είναι εκρηκτικό θα μπορούσε παρόλα αυτά να οδηγήσει σε μια ισχυρή έκρηξη εάν σχηματιστεί μεγάλος αριθμός φυσαλίδων λόγω έντονης διάτμησης και το μάγμα εκτοξευθεί γρήγορα προς τα πάνω.
Αντίθετα, οι δυνάμεις διάτμησης μπορούν επίσης να προκαλέσουν την ανάπτυξη και τον συνδυασμό φυσαλίδων σε πρώιμο στάδιο σε πλούσιο σε αέριο και δυνητικά εκρηκτικό μάγμα, οδηγώντας στον σχηματισμό καναλιών απαέρωσης στο μάγμα που μειώνουν την πίεση του αερίου.
«Μπορούμε επομένως να εξηγήσουμε γιατί ορισμένα ιξώδη μάγματα ρέουν απαλά αντί να εκρήγνυνται, παρά την υψηλή περιεκτικότητά τους σε αέρια - ένα αίνιγμα που μας βασανίζει εδώ και πολύ καιρό», λέει ο Μπάχμαν.
Ένα παράδειγμα είναι η έκρηξη του όρους Αγίας Ελένης το 1980. Αν και το μάγμα ήταν πλούσιο σε αέριο και επομένως δυνητικά εκρηκτικό, η έκρηξη ξεκίνησε με την τοποθέτηση μιας πολύ αργής ροής λάβας μέσα στον ηφαιστειακό κώνο. Οι ισχυρές δυνάμεις διάτμησης που ασκούνταν στο μάγμα παρήγαγαν επιπλέον φυσαλίδες αερίου που αρχικά επέτρεψαν την απελευθέρωση αερίου.
Μόνο όταν μια κατολίσθηση άνοιξε περαιτέρω την ηφαιστειακή οπή και υπήρξε μια απότομη πτώση της πίεσης, εξερράγη το ηφαίστειο. Τα αποτελέσματα της μελέτης υποδηλώνουν ότι πολλά ηφαίστεια με ιξώδες μάγμα επιτρέπουν στα αέρια να διαφύγουν πιο αποτελεσματικά από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Ειδικό εργαστηριακό πείραμα
Προκειμένου να απεικονίσουν τις διεργασίες μέσα σε ένα ηφαίστειο, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα ειδικό πείραμα: πήραν ένα ιξώδες υγρό που έμοιαζε με λιωμένο βράχο και το πληρώσανε με αέριο διοξείδιο του άνθρακα.
Όσο υψηλότερος ήταν ο αρχικός υπερκορεσμός αερίου, τόσο λιγότερη διάτμηση χρειαζόταν για να σχηματιστούν περαιτέρω φυσαλίδες αερίου. Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι η παρουσία υπαρχουσών φυσαλίδων ευνοούσε τον σχηματισμό περαιτέρω φυσαλίδων στο άμεσο περιβάλλον τους.
Οι ερευνητές συνδύασαν αυτές τις παρατηρήσεις με προσομοιώσεις ηφαιστειακών εκρήξεων σε υπολογιστή. Με αυτόν τον τρόπο, έδειξαν ότι το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα πιθανό να συμβεί σε περιοχές όπου το ιξώδες μάγμα ρέει κατά μήκος των τοιχωμάτων ενός αγωγού και ως εκ τούτου υφίσταται ισχυρές διατμητικές δυνάμεις.
Με την εργασία τους, οι ερευνητές παρέχουν ένα ζωτικό νέο κομμάτι του παζλ όσον αφορά την καλύτερη κατανόηση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα μέσα στα ενεργά ηφαίστεια και την ακριβέστερη αξιολόγηση του τρόπου με τον οποίο θα εκραγούν τα ηφαίστεια.
«Προκειμένου να προβλέψουμε καλύτερα την πιθανότητα κινδύνου από τα ηφαίστεια, πρέπει να ενημερώσουμε τα μοντέλα ηφαιστείων μας και να λάβουμε υπόψη τις διατμητικές δυνάμεις στους αγωγούς», λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Bachmann.
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα phys.org
περισσότερα
Olivier Roche et al, Shear-induced bubble nucleation in magmas, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw8543
ETH Zurich , Science
https://ethz.ch/de.html
https://phys.org/news/2025-11-volcanoes-dont.html