Rozpuszczalność gazów wulkanicznych

Zrozumienie procesów, które wpływają na aktywność wulkaniczną, jest ważne dla modelowania i prognozowania potencjalnie niszczących erupcji wulkanicznych. Ważną kwestią jest skład gazów wulkanicznych, które mogą wydzielać się bezpośrednio z lawy, zostać uwięzione we wnękach skalnych lub rozpuszczone przez magmę.

Rozpuszczalność gazów w magmie (głównie para wodna i dwutlenek węgla w roztopach krzemianu) zależy od ciśnienia, temperatury i składu magmy. Aby opracować modele procesów wulkanicznych, w ramach finansowanego przez UE projektu "Solubility of volatiles in magmas" (SOLVOM) starano się zrozumieć, jak parametry składu wpływają na rozpuszczalność mieszanki gazów.

Gazy ulegają rozpuszczeniu w magmie pod wpływem wysokiego ciśnienia, jednak wraz z unoszeniem się magmy, ciśnienie spada, zmniejsza się rozpuszczalność gazu, formują się bąbelki i ostatecznie, gaz jest uwalniany. Na "odgazowanie" wpływa lepkość magmy — wysoka lepkość często powoduje wybuchowe erupcje, podczas gdy niska sprawia, że łagodnie ulatnia się wraz z fontanną lawy.

W projekcie SOLVOM opracowano modele i zaprojektowano eksperymenty laboratoryjne, aby zrozumieć dynamikę systemów magmowych w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury w głębi Ziemi. Ponieważ gazy odgrywają fundamentalną rolę w unoszeniu i erupcjach magmy, naukowcy przyjrzeli się także podziałowi pary wodnej/dwutlenku węgla i rozpuszczalności w roztopach krzemianu.

Stworzyli model na bazie równania do prognozowania maksymalnej rozpuszczalności dwutlenku węgla w roztopach krzemianu o różnym składzie w określonych warunkach ciśnienia i temperatury. Przeprowadzili także ponad 100 doświadczeń umożliwiających prognozowanie rozpuszczalności chloru w magmie i określenie, że siarka zwiększa jej lepkość, powodując wybuchowe erupcje.

Na koniec projekt SOLVOM wykorzystał model matematyczny do prognozowania wulkanicznego "odrodzenia", który ukazuje reaktywację wulkanów po okresie uśpienia dowolnej długości, od 20 dni do setek lat. Te nowe informacje mogą pomóc naukowcom lepiej przewidywać różne aspekty erupcji wulkanicznych.