Что может привести к мощному взрыву, а что — наоборот снижает риски.
Долгое время считалось, что характер извержения вулкана зависит только от количества газов в магме и давления. Процесс сравнивали с открытием бутылки шампанского: пока пробка закупорена, газ остается внутри, но стоит ей открыться — давление падает, и жидкость вырывается наружу вместе с пузырьками.
Однако это объяснение оказалось неполным. Некоторые вулканы, например, Сент-Хеленс в США или Кизапу в Чили, периодически подбрасывают сюрпризы: их магма богата газами и должна бы взрываться, но вместо этого лава спокойно вытекает из жерла. Разгадку этой многолетней тайны нашла международная группа ученых.
Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Science, газовые пузырьки в магме образуются не только из-за падения давления, но и из-за сил сдвига — проще говоря, трения.
«Представьте, что вы перемешиваете ложкой банку с медом, — приводит сравнение профессор Оливье Бахманн. — У стенок банки мед движется медленнее из-за трения, а в центре — быстрее. Точно так же магма в жерле вулкана движется с разной скоростью: у стенок канала она испытывает сильное трение, а в центре течет свободнее».
Ученые провели эксперименты, которые доказали: одного лишь трения достаточно, чтобы запустить процесс образования пузырьков, даже без снижения давления. Это открытие помогло объяснить парадоксальное поведение вулканов — спокойное извержение при богатой газами магме.
Если трение вызывает образование пузырьков глубоко в жерле, они успевают объединиться и создать своеобразные «газовые трубы». Через них газ спокойно уходит на ранней стадии, сбрасывая давление. В результате магма, которая могла бы взорваться, вытекает на поверхность относительно мирно. И наоборот — магма с малым содержанием газа может привести к мощному взрыву, если сильное трение вызовет лавинообразное образование пузырьков и резко ускорит ее подъем.
Классическим примером является извержение вулкана Сент-Хеленс (США) в 1980 году. Оно началось с медленного вытекания лавы, и лишь потом последовал колоссальный взрыв. Ученые полагают, что сначала трение помогло газам высвободиться, а затем обвал пород резко снизил давление, что и привело к катастрофе.
Чтобы подтвердить свою теорию, исследователи создали лабораторную модель вулкана. Они взяли вязкую жидкость, насыщенную углекислым газом, и создали в ней условия сильного трения. Как только трение превышало определенный порог, в жидкости моментально начинали появляться пузырьки. Чем больше был исходный объем газа, тем меньше требовалось усилий для их образования. Это открытие — важный шаг к более точному прогнозированию извержений.