Skąd pochodzi lawa Mauna Loa – i dlaczego wulkany na Hawajach różnią się od większości / Gabi Laske

Hawajski Mauna Loa, największy aktywny wulkan na świecie, zaczął wyrzucać fontanny świecących skał i wylewać lawę ze szczelin, gdy jego pierwsza erupcja od prawie czterech dekad rozpoczęła się 27 listopada 2022 r.

Skąd pochodzi ta stopiona skała?

Poprosiliśmy Gabi Laske, geofizyka z University of California-San Diego, który kierował jednym z pierwszych projektów mapowania głębokiej kanalizacji, która zasila wulkany na Hawajach, o wyjaśnienie.

Skąd pochodzi magma wypływająca na powierzchnię Mauna Loa?

Magma wydobywająca się z Mauna Loa pochodzi z serii komór magmowych znajdujących się od około 1 do 25 mil (2 do 40 km) pod powierzchnią. Te komory magmy są tylko tymczasowymi miejscami przechowywania magmy i gazów i nie są miejscem, z którego pierwotnie pochodziła magma. Prawdopodobnie znajduje się ona znacznie głębiej w płaszczu Ziemi, być może na głębokości ponad 620 mil (1000 km). Niektórzy naukowcy postulują nawet, że magma pochodzi z głębokości 1800 mil (2900 km), gdzie płaszcz styka się z jądrem Ziemi.

Skorupa ziemska składa się z płyt tektonicznych, które poruszają się powoli, mniej więcej z taką samą prędkością, z jaką rośnie paznokieć. Wulkany zwykle występują tam, gdzie te płyty albo oddalają się od siebie, albo tam, gdzie jedna napiera pod drugą. Ale wulkany mogą również znajdować się pośrodku płyt, tak jak wulkany na Hawajach znajdują się na płycie Pacyfiku.

Skorupa i płaszcz, z których składa się płyta Pacyfiku, pękają w różnych miejscach, gdy porusza się na północny zachód. Pod Hawajami magma może przemieszczać się w górę przez pęknięcia, zasilając różne wulkany na powierzchni. To samo dzieje się w Haleakala na Maui, która ostatnio wybuchła około 250 lat temu.

W jaki sposób stopiona skała przemieszcza się z głębi płaszcza Ziemi i czym dokładnie jest pióropusz płaszcza?

Naukowcy stawiają hipotezę, że płaszcz Ziemi nie jest zbudowany z jednolitej skały. Zamiast tego różnice w rodzaju skały płaszcza powodują, że topnieje ona w różnych temperaturach. Skała płaszczowa jest w niektórych miejscach twarda, a w innych zaczyna się topić.

Częściowo stopiona skała staje się pływająca i unosi się w kierunku powierzchni. Wznosząca się skała płaszcza jest tym, co tworzy pióropusz płaszcza. Ponieważ otaczające ciśnienie zmniejsza się, gdy skała się wznosi, topi się coraz bardziej i ostatecznie gromadzi się w komorze magmy. Jeśli na powierzchni istnieje wystarczająco duży otwór, aw komorze magmowej zgromadziła się wystarczająca ilość gazów wulkanicznych, magma jest wypychana na powierzchnię w wyniku erupcji wulkanu.

Obrazowanie sejsmiczne wykonane przez zespoły badawcze, w których jestem zaangażowana, wykazało, że pióropusz płaszcza Hawajów pochodzi z głębi płaszcza.

Ale pióropusz nie jest prostą rurą, jak sugerują niektóre rysunki koncepcyjne. Zamiast tego ma skręty i zakręty, pierwotnie nadchodzące z południowego wschodu, ale następnie skręcające w kierunku zachodnim Hawajów, gdy pióropusz dociera do płytszego płaszcza. Pęknięcia w płycie Pacyfiku następnie kierują magmę w górę w kierunku komory magmy pod wyspą Hawaje.

Dlaczego na Hawajach zazwyczaj dochodzi do mniej dramatycznych erupcji niż w innych miejscach?

Hawaje leżą pośrodku płyty oceanicznej. W rzeczywistości jest to najbardziej odizolowane gorące miejsce wulkaniczne na Ziemi, daleko od granic płyt.

Magma oceaniczna bardzo różni się od magmy kontynentalnej. Ma inny skład chemiczny i znacznie łatwiej się rozpływa. Tak więc magma jest mniej podatna na zatykanie wulkanicznych otworów wentylacyjnych podczas wznoszenia się, co ostatecznie doprowadziłoby do bardziej wybuchowego wulkanizmu.

Skąd naukowcy wiedzą, co dzieje się pod powierzchnią?

Aktywność wulkaniczna jest monitorowana za pomocą wielu różnych instrumentów.

Być może najprostszym do zrozumienia jest GPS. Sposób, w jaki naukowcy korzystają z GPS, różni się od tego w życiu codziennym. Potrafi wykrywać drobne ruchy rzędu kilku centymetrów. W przypadku wulkanów każdy ruch w górę na powierzchni wykryty przez GPS wskazuje, że coś pcha od spodu.

Jeszcze bardziej czułe są przechyłomierze, które w istocie są takie same jak poziomnice, których ludzie używają do wieszania obrazów na ścianie. Każda zmiana nachylenia zbocza wulkanu wskazuje, że wulkan „oddycha”, ponownie z powodu przemieszczania się magmy.

Bardzo ważnym narzędziem jest obserwacja aktywności sejsmicznej. Wulkany, takie jak te na Hawajach, są monitorowane za pomocą dużej sieci sejsmografów. Każdy ruch magmy poniżej spowoduje wstrząsy, które są wykrywane przez sejsmometry. Kilka tygodni przed erupcją Mauna Loa naukowcy zauważyli, że wstrząsy pochodziły z coraz płytszych głębin, co wskazuje, że magma się podnosi i erupcja może być nieuchronna. Pozwoliło to naukowcom ostrzec opinię publiczną.

Inne sposoby monitorowania aktywności wulkanicznej obejmują analizę chemiczną gazów wydostających się przez fumarole – dziury lub pęknięcia, przez które wydostają się gazy wulkaniczne. Jeśli zmienia się skład lub aktywność wzrasta, jest to całkiem wyraźna

1. Gabi Laske

   Profesor geofizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego

Ten artykuł został ponownie opublikowany z The Conversation na licencji Creative Commons. Przeczytaj oryginalny artykuł.