Магмата минава по неочакван път под вулканите (видео)

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