Нови наблюдения, че магмата поема по неочакван път под вулканите, хвърлят светлина върху процесите, предизвикващи вулканичните изригвания.

Откритията на изследователи от Имперския колеж в Лондон се основават на данни от границата на тектоничните плочи в района на Източните Кариби.

Резултатите помагат да се разбере какво определя вида и скоростта на вулканичните изригвания, както и състава на изригващата магма. Те могат да помогнат да се разбере и защо някои вулкани са по-активни от други и защо вулканичната активност се променя с течение на времето.

Когато се сблъскат две огромни тектонски плочи, едната може да потъне под другата, да се потопи в земната мантия, за да освободи вода и да се разтопи. Явлението се нарича субдукция. Тъй като плочите се трият една в друга и разтопеният материал се издига, за да образува магма, тези субдукционни зони са причина за някои от най-опасните земетресения и експлозивни вулканични изригвания на Земята.

Въпреки това все още не е напълно изяснено как се образува магмата под земята и какво контролира точното положение на вулканите върху горната част на лежащата плоча.

Сега ново проучване, публикувано в Science Advances, показва как издигащата се магма, която в крайна сметка изригва, невинаги избира най-краткия и пряк път, за да достигне до вулканите на повърхността.

_{Кредит: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.add2143}

"Научните възгледи по тази много дискутирана тема традиционно се разделят на две групи. Едните смятат, че субдуциращата плоча контролира най-вече местоположението на вулканите, а другите - че най-голяма роля играе покриващата плоча. Но в нашето изследване показваме, че взаимодействието на тези две движещи сили в продължение на стотици милиони години е от ключово значение за контрола на местата, където днес се случват изригвания", заявява водещият автор д-р Стивън Хикс (Stephen Hicks), който е работил в катедрата по науки за Земята и инженерство на Имперския колеж в Лондон.

Под натиск

Подвижните океански плочи действат като гигантски резервоари, пренасящи вода в земните дълбини. Тези течности навлизат в плочата през пукнатини и разломи, образувани по време на нейното раждане и там, където по-късно тя се огъва под дълбоките океански ровове на Земята. Водата се задържа в пукнатините и се свързва с минерали в плочата.

Субдуциращите плочи са подложени на високи налягания и температури, докато се спускат на дълбочина между 10 и 100 км. Тези екстремни условия водят до изтласкване на блокираната вода и други летливи елементи. Тези течни материали, които разтопяват топлата мантия отгоре, са основната съставка на магмата, която в крайна сметка изригва по вулканични дъги по краищата на земните океани като например Тихоокеанския огнен пръстен. И все пак пътищата, по които течните материали и стопилката преминават дълбоко в земята - от субдуциращата плоча до вулканичната дъга - не могат да се видят пряко, нито да се изведат лесно след изригването.

За да проведат изследването, изследователите използват данни от земетресения, за да картографират сеизмичното поглъщане в 3D, подобно на начина, по който компютърната томография картографира вътрешната структура на човешкото тяло. Когато сеизмичната енергия от земетресенията преминава през различни материали, вълните или се забавят, или се ускоряват. Наред с тези промени в скоростта, енергията на вълните също се разсейва. Горещата и разтопена скала е особено слаба: тя поглъща енергията на сеизмичните вълни, докато те преминават през нея.

Екипът събира сеизмични данни от зона на субдукция в източната част на Карибския басейн, в резултат на която са се появили вулканичните острови Малки Антили, с помощта на сеизмометри на океанското дъно, за да изгради точна 3D картина на земните недра.

Необичайно за проучването е, че зоната на най-силно сеизмично затихване в дълбочина е изместена встрани от подножието на вулканите. Тези изображения карат авторите да заключат, че след като водата се вкара от субдуциращата плоча, тя се пренася още по-надолу, което води до топене на мантията зад вулканичния фронт. След това стопилката се натрупва в основата на надигащата се плоча, преди вероятно да бъде пренесена обратно към вулканичната дъга.

"Познанията ни за пътищата на течните материали и стопилката традиционно са съсредоточени върху субдукционните зони около Тихия океан. Вместо това решихме да изследваме субдукцията на Атлантическия океан, тъй като океанската плоча там се е формирала много по-бавно, съпроводена е с повече разломи и се субдуцира по-бавно, отколкото в Тихия океан. Смятахме, че тези по-екстремни условия ще направят пътищата на течните материали и стопилката по-лесно за изобразяване с помощта на сеизмичните вълни.

"Нашите открития ни дават важни сведения за процесите, които стоят зад вулканичните изригвания, и биха могли да ни помогнат да разберем по-добре къде се образуват и попълват магмените резервоари под вулканите", заявява съавторът на изследването професор Саския Гос (Saskia Goes), също от катедрата по науки за Земята и инженерство в Имперския колеж в Лондон.

Справка: Stephen P. Hicks et al, Slab to back-arc to arc: Fluid and melt pathways through the mantle wedge beneath the Lesser Antilles, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.add2143

Източник: Magma observed taking an unexpected route beneath volcanoes
Caroline Brogan, Imperial College London