Obiektem badań była sycylijska Etna, a w szczególności dwa historyczne kataklizmy, które miały całkowicie różny przebieg, choć nastąpiły w obrębie tego samego systemu wulkanicznego. Wyniki przeprowadzonych analiz mogą znacząco poprawić ocenę zagrożenia wulkanicznego i zwiększyć skuteczność prognozowania przyszłych erupcji.
Rezultaty badań są dostępne na łamach Geochemistry, Geophysics, Geosystems. O ile przez długie lata geolodzy byli przekonani, że najważniejszym czynnikiem odpowiadającym za gwałtowność erupcji jest zawartość wody rozpuszczonej w magmie, tak najnowsze badania pokazują coś zupełnie innego. Najwyraźniej równie istotną, a czasem nawet dominującą rolę może odgrywać dwutlenek węgla. Już w 2023 roku wyszło na jaw, że właśnie CO2 może być bezpośrednim czynnikiem wyzwalającym wyjątkowo gwałtowne erupcje. Obecne badania pozwoliły jeszcze lepiej zrozumieć ten mechanizm.
Czytaj też: Wulkan na Antarktydzie wyrzuca w powietrze złoto. Tysiące dolarów fruwają tam każdego dnia
Naukowcy posłużyli się nowatorską metodą wykorzystującą spektroskopię Ramana. Technika ta umożliwia analizę mikroskopijnych pęcherzyków gazu zamkniętych wewnątrz kryształów powstających podczas krystalizacji magmy. Pęcherzyki mają zaledwie od jednego do dziesięciu procent grubości ludzkiego włosa, jednak zawierają niezwykle cenne informacje o warunkach panujących głęboko pod powierzchnią Ziemi.
Pomiar gęstości dwutlenku węgla uwięzionego w tych mikroskopijnych inkluzjach pozwala obliczyć ciśnienie, w jakim powstały kryształy. Następnie, korzystając z modeli fizycznych opisujących zachowanie gazów, badacze mogą określić głębokość, z której pochodziła magma. Dzięki temu możliwe jest odtworzenie całego systemu kanałów transportujących magmę z wnętrza Ziemi z niespotykaną dotąd dokładnością.
Etna okazała się idealnym obiektem badań. Choć obecnie należy do stosunkowo spokojnych wulkanów, historia pokazuje, że w przeszłości dochodziło tam również do wyjątkowo potężnych eksplozji. Jedną z nich była erupcja z 122 roku p.n.e., uznawana za jedną z największych w przypadku tego obiektu. Była to erupcja typu pliniańskiego, czyli najbardziej gwałtownej kategorii wybuchów wulkanicznych, charakteryzującej się wyrzucaniem ogromnych ilości popiołu i materiału piroklastycznego na wysokość wielu kilometrów.
Aby zrekonstruować przebieg tego wydarzenia, uczeni przeprowadzili szczegółowe badania terenowe na stokach Etny. Zebrane próbki skał poddali analizom laboratoryjnym, obejmującym sekwencjonowanie i pomiary kryształów magmowych. Wyniki pokazały, że podczas erupcji ze 122 roku p.n.e. magma rozpoczęła swoją drogę z głębokości około 22 kilometrów. Jej wędrówka ku powierzchni przebiegała jednak stosunkowo powoli. Na głębokości od dwóch do pięciu kilometrów magma zatrzymała się nawet na kilka tygodni. W tym czasie stopniowo uwalniała zgromadzone gazy, po czym doszło do potężnej erupcji.
Czytaj też: Pod Antarktydą coś się rusza i hałasuje. Lodowy kontynent kryje zjawiska, o jakich geolodzy nawet nie śnili
Badacze porównali te wyniki z jeszcze starszą erupcją Etny, do której doszło blisko cztery tysiące lat temu. Okazało się, że tym razem cały proces przebiegał zupełnie inaczej. Magma pochodziła z większej głębokości, sięgającej od 24 do 30 kilometrów, i praktycznie bez zatrzymywania się przemieszczała się ku powierzchni. Erupcja nastąpiła zaledwie kilka godzin po rozpoczęciu migracji magmy. Kluczową rolę odegrało znacznie wyższe stężenie dwutlenku węgla, który zapewnił odpowiednio wysokie ciśnienie i umożliwił błyskawiczny transport materiału magmowego przez cały system wulkaniczny.
Wniosek? Nawet jeden wulkan może funkcjonować według dwóch odmiennych scenariuszy. Gdy dominującą rolę odgrywa dwutlenek węgla, magma może błyskawicznie wydostać się z dużych głębokości i doprowadzić do nagłej, niezwykle gwałtownej erupcji. Jeżeli natomiast większe znaczenie ma zawartość wody, magma zatrzymuje się bliżej powierzchni, stopniowo odgazowuje i dopiero później dochodzi do wybuchu. Zrozumienie tych różnic powinno być kluczowe dla rozwoju nowoczesnych modeli prognozowania aktywności wulkanicznej.
