Manchester Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, İspanya’nın La Palma kentindeki 2021 Tajogaite volkanik patlamasından elde edilen volkanik malzemeyi inceledi. Bulguları, “süper ısınma” olarak bilinen bir sürecin, magma Dünya yüzeyine doğru yükselirken içindeki kristallerin oluşumunu önemli ölçüde yavaşlatabileceğini ortaya koyuyor.

Magmanın kristallerinin normalde kararlı kalacağı sıcaklıkların üzerine çıkması durumunda aşırı ısınma meydana gelir. Araştırmacılar, bu ekstra ısının magmayı beklenenden çok daha uzun süre nispeten akışkan halde tutabileceğini ve potansiyel olarak hızla yükselmesine ve muhteşem lav fıskiyeleri oluşturmasına olanak sağlayabileceğini buldular.

Nature Communications dergisinde yayınlanan bu keşif , volkanolojide uzun zamandır tartışılan bir soruya yeni bir bakış açısı sunuyor: Magmanın sıcaklık geçmişi, bir volkanın patlama şeklini nasıl etkiliyor?

Aşırı Sıcaklık Volkanların Derinliklerindeki Magmayı Nasıl Değiştiriyor?

Magma, Dünya yüzeyinin altında erimiş kaya, gazlar ve bazen de katı kristallerden oluşan bir karışımdır. Bir volkandan çıktığında lav olarak adlandırılır. Magmanın davranışını belirlemede sıcaklık ve kimyasal bileşim önemli olsa da, yeni araştırmalar, patlamadan önce maruz kaldığı ısınmanın da büyük bir fark yaratabileceğini öne sürüyor.

Normal şartlar altında, magma soğudukça kristaller oluşmaya başlar. Bu süreç genellikle “tohum” görevi gören ve ek kristallerin büyüyebileceği yüzeyler sağlayan küçük mevcut kristallerin etrafında başlar.

Aşırı ısıtma bu süreci iki önemli şekilde bozabilir. Birincisi, yeterince yüksek sıcaklıklar, aksi takdirde yeni kristallerin oluşmasını teşvik edecek olan mikroskobik kristal çekirdeklerini çözebilir. İkincisi, ısı erimiş malzemenin iç yapısını değiştirerek onu daha homojen hale getirir ve yeni kristal oluşumu için daha az elverişli kılar.

Bu değişiklikler önemlidir çünkü kristaller, bir maddenin ne kadar kolay aktığını tanımlayan magmanın viskozitesini etkiler. Daha fazla kristal geliştikçe, magma genellikle daha kalın ve harekete karşı daha dirençli hale gelir. Bu, hem yükselme hızını hem de hapsolmuş volkanik gazların çıkış şeklini etkileyebilir.

Çalışmanın baş yazarı, Manchester Üniversitesi Araştırma Görevlisi Dr. Barbara Bonechi şunları açıkladı:

“Kristal ve kabarcık büyümesinin tarihi, bir magmanın nasıl püsküreceğini önemli ölçüde kontrol edebilir; özellikle daha fazla kristal büyüdükçe, sonunda magmanın viskozitesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olurlar. Şimdiye kadar, yükselişten hemen önce aşırı ısı enjeksiyonu alan magmalar için kristal büyümesinin dinamiklerini tam olarak anlamamıştık. Ancak heyecan verici ve yeni geliştirdiğimiz X-ışını geçirgen basınçlı kabımızı senkrotron X-ışını mikrotomografisiyle birleştirerek, bu süreçleri ‘yerinde’ gözlemleyebiliyoruz.”

Bilim insanları kristal oluşumunda sekiz saatlik bir gecikme keşfetti.

Aşırı ısınmış magmanın içinde neler olduğunu araştırmak için, araştırmacılar Tajogaite volkanik patlamasından toplanan materyali kullanarak laboratuvarda volkanik koşulları yeniden oluşturdular. Bu patlamada yer alan magmanın, yüzeye ulaşmadan önce ve Dünya kabuğundan yükselirken aşırı ısınmaya maruz kalmış olabileceği düşünülüyor.

Ekip, yer altındaki magmanın karşılaştığı koşulları yeniden oluşturmak üzere tasarlanmış, dikkatlice kontrol edilen sıcaklık ve basınç altında deneyler gerçekleştirdi.

Önemli bir bilimsel araştırma tesisi olan Diamond Light Source’da araştırmacılar, kristallerin gerçek zamanlı olarak gelişimini izlemek için senkrotron X-ışını mikrotomografisi kullandılar. Bu gelişmiş görüntüleme tekniği, malzemeleri kesmeye gerek kalmadan, iç yapılarını üç boyutlu olarak incelemek için son derece güçlü X-ışınları kullanır.

X ışınlarının geçmesine izin veren özel olarak geliştirilmiş bir basınçlı kap, magmanın volkanik koşullara maruz kaldığı sırada bu gözlemlerin yapılmasını mümkün kıldı.

Ekip ayrıca Prag’da, örneklerin gerçek zamanlı görüntüleme düzeneğinin dışında daha uzun süreler boyunca incelenebileceği tamamlayıcı deneyler gerçekleştirdi. Bu yaklaşımlar birlikte, araştırmacıların farklı ısıtma koşullarının kristal oluşumunun zamanlamasını nasıl etkilediğini gözlemlemelerini sağladı.

Sonuçlar dikkat çekici bir farkı ortaya koydu.

Aşırı ısınmaya maruz kalmamış magma yaklaşık 20 dakika sonra kristal üretmeye başladı. Ancak magma güçlü bir aşırı ısınmaya maruz kaldığında, kristalleşmenin başlangıcı sekiz saatten fazla gecikti.

Bu önemli gecikme, yoğun ısınmanın magmayı, bilim insanlarının normalde beklediğinden çok daha uzun süre yeni kristaller oluşturmadan bırakabileceğini ve bunun volkanik patlamalar için potansiyel olarak önemli sonuçlar doğurabileceğini göstermektedir.

Aşırı Isınmış Magmanın Neden Yüksek Lav Fıskiyeleri Oluşturabileceği

Araştırmacılar daha sonra bu laboratuvar bulgularının gerçek volkanları nasıl etkileyebileceğini incelediler.

Kristal oluşumundaki ölçülen gecikmeleri, magmanın Dünya kabuğundan nasıl yükseldiğini simüle eden bilgisayar modellerine dahil ettiler. Bu modeller, erimiş malzemenin yüzeye doğru hareket ederken magma özelliklerindeki değişiklikleri hesaba katıyor.

Simülasyonlar birbirinden çok farklı iki olasılığı ortaya çıkardı.

Aşırı ısınma kristalleşmeyi geciktirdiğinde, magma yükselirken nispeten akışkan kalabilir. Akışa karşı daha az dirençle karşılaştığı için daha hızlı bir şekilde yukarı doğru hareket edebilir ve bu da dramatik lav fışkırmalarını destekleyen koşullar yaratabilir.

Bu muhteşem patlamalar, volkanik gazların dışarı çıkmasıyla erimiş kayaların bir havalandırma deliğinin çok yukarısına doğru fırlatılması ve akkor halindeki lav jetleri ve fıskiyeleri oluşmasıyla meydana gelir.

Buna karşılık, daha erken kristalleşmeye başlayan magma daha viskoz hale gelir ve daha yavaş yükselme eğilimindedir. Bu daha yavaş hareket, volkanik gazların kaçması için ek zaman sağlar ve lavın havaya fırlatılması yerine yüzeye aktığı daha yumuşak püskürmeleri destekler.

Bu tür davranışlar, esas olarak lav akışıyla karakterize edilen bir volkanik aktivite türü olan püskürme patlaması olarak bilinir.

Bulgular, volkanik sistemlerin benzer özelliklere sahip olsalar bile, önceki ısınma geçmişlerindeki farklılıkların, patlamalarının neden bu kadar farklı göründüğünü ve davrandığını açıklamaya yardımcı olabileceğini göstermektedir.

Volkanik Patlamaları Tahmin Etmek İçin Yeni Bir İpucu

Magmanın yüzeye ulaşmadan önce başına gelenleri anlamak, volkanik tehlikeleri değerlendirmek için çok önemlidir. Bilim insanları, aktif volkanlardaki değişiklikleri belirlemek için depremler, yer deformasyonu ve volkanik gaz emisyonları gibi sinyalleri izlerler.

Ancak, bir volkanik patlamanın tam olarak nasıl gerçekleşeceğini tahmin etmek hala zordur. Görünüşte benzer magma bileşimine ve gaz koşullarına sahip iki volkan, yine de belirgin şekilde farklı patlama davranışları sergileyebilir.

Yeni araştırmalar, aşırı ısınmanın etkilerine ve kristal oluşumunun zamanlamasına volkanik tahmin modellerinde daha fazla dikkat edilmesi gerektiğini öne sürüyor.

Daha önce yeterince değerlendirilmemiş bu süreçleri hesaba katarak, araştırmacılar sonunda volkanik izleme verilerini daha iyi yorumlayabilir ve yükselen magmanın daha çok güçlü lav fışkırmaları mı yoksa daha yumuşak lav akıntıları mı üretme olasılığının daha yüksek olduğunu değerlendirebilirler.

Sonuçlar, magmanın sıcaklığının tek başına bir patlamanın ne kadar şiddetli olacağını belirlediği anlamına gelmez. Bunun yerine, volkanik aktiviteyi şekillendiren karmaşık fiziksel süreçlerin bir diğer önemli parçasını ortaya koymaktadırlar.

Çalışmanın ortak yazarlarından, Manchester Üniversitesi Volkanoloji Bölümü Kıdemli Öğretim Üyesi Dr. Margherita Polacci, bulguların volkanik tehlikeleri anlamak açısından potansiyel önemini vurguladı:

“Güncel volkanik tehlike modelleri tipik olarak magma kimyası, gaz içeriği ve basınç değişikliklerine odaklanmaktadır. Bu çalışma, patlama öncesi termal geçmişin ve kristalleşme kinetiğinin de magma yükselişini ve patlama davranışını kontrol etmede önemli bir rol oynayabileceğini ve bunun volkanik tehlike değerlendirmesi açısından önemli sonuçlar doğurabileceğini öne sürmektedir.”