Когда магма нагревается выше температуры, при которой в ней могут сохраняться собственные кристаллы, она растворяет кристаллы-зародыши — мельчайшие частицы, с которых обычно начинается кристаллизация. Из-за этого расплав дольше остается жидким и не густеет по пути к поверхности. По данным команды Манчестерского университета, именно это влияет на то, будет ли вулкан извергаться мощным лавовым фонтаном высотой с многоэтажный дом или спокойно потечет по склону.

Команда во главе с исследовательницей Барбарой Бонекки изучила образцы магмы извержения вулкана Тахогайте на острове Ла-Пальма (Канарские острова, Испания) — того самого, что осенью 2021 года почти три месяца заливал лавой южную часть острова и разрушил около трех тысяч зданий. Извержение началось плавными потоками, а затем несколько раз без предупреждения переходило в мощные лавовые фонтаны. Ученые давно искали причину этих скачков, и теперь на этот вопрос есть ответ.

Чтобы разглядеть процесс изнутри, команда собрала специальную камеру высокого давления с прозрачными для рентгена стенками и просветила образцы синхротронным микротомографом (прибор, который вместо обычного рентгена использует ускоритель частиц и собирает трехмерную картинку внутренней структуры вещества слой за слоем). Так исследователи впервые увидели вживую, как ведут себя кристаллы-зародыши при разных температурах магмы, а не реконструировали процесс по застывшей породе.

Выяснилось, что стабильность кристаллов зависит не только от химического состава магмы, но и от того, насколько сильно ее температура превышает порог, при котором кристаллы вообще способны формироваться. Если магма поднимается перегретой, зародыши растворяются раньше, чем успевают вырасти, расплав остается жидким, а вязкость почти не растет. Тогда магма поднимается к поверхности почти без сопротивления, унося с собой растворенные газы, которые вырываются наружу единым мощным импульсом и создают лавовый фонтан. Магма, которая успевает остыть до нужной температуры пораньше, начинает кристаллизоваться заранее: расплав густеет, газы успевают просочиться сквозь вязкую массу, и извержение получается более плавным и предсказуемым.

Практическая ценность открытия не в предсказании самого извержения (это по-прежнему задача сейсмологов и геодезистов, которые следят за движением магмы под землей), а в оценке того, насколько опасным оно способно оказаться, если уже началось. Два вулкана с одинаковым химическим составом и похожей историей могут вести себя совершенно по-разному только из-за разницы в несколько десятков градусов внутри магматического очага, и именно эту разницу вулканологи раньше не умели измерять напрямую. Теперь у них есть лабораторный метод, который переводит температурный перегрев в конкретную вероятность фонтанирования.

Для служб мониторинга, которые следят за действующими вулканами вроде Канарских островов, Этны или гавайской Килауэа, следующий шаг — научиться отслеживать степень перегрева магмы дистанционно, по косвенным признакам вроде состава выделяемых газов, еще до того, как расплав покажется на поверхности.