Земетресения и вулкани - Научни новини
Споровете между учените по този проблем продължават от дълго време. Връзката между земетресенията и вулканичните изригвания е добре известна, но не се поставя под въпрос кога тези катастрофални събития се случват на едно и също място, тъй като и двете са свързани с границите на тектоничните плочи. Способността на земетресенията да действат върху вулканите от разстояние не е толкова общопризната.
Но дори Чарлз Дарвин изказва хипотезата, че чилийското земетресение от 1835 г., което разрушава градовете Консепсион и Талкауано, е причинило и изригването на вулкана Осорно, което Дарвин наблюдава месец по-късно. „Съдейки по тясната и сложна връзка между силите на повдигане и изригване, които се проявяват в цялата тази верига от явления“, пише Дарвин, „можем уверено да заключим, че тези сили, които бавно или на малки скокове повдигат континентите, и тези, които карат вулканичните вещества да се изливат от отворените кратери след това, са идентични“ (превод от С. Л. Собол).
През 1990 г. земетресение с магнитуд 7,7 удари Филипините. След известно време, на повече от 100 километра от епицентъра, започна изригването на вулкана Пинатубо. През 2009 г. Дейвид Пайл и колегите му от Оксфордския университет показаха, въз основа на данни от години, че броят на чилийските вулканични изригвания се увеличава през годината след всяко земетресение с магнитуд 8 или по-висок.
Учените предложиха няколко хипотези, за да обяснят далечния ефект на земетресенията върху вулканите. Според едно предположение сеизмичните вълни намаляват плътността на магмата, което прави изригването по-вероятно. Според други след земетресения броят на газовите мехурчета в магмата се увеличава, което води до повишаване на налягането на магмата и увеличава риска от изригване. Никой обаче не успя да обясни напълно защоконкретни вулкани реагират на земетресения, което определя интервала от време между земетресение и изригване, който може да варира от няколко дни до месец, и накрая какво определя силата на реакцията на вулкана: от малки емисии на газ до пълномащабно изригване. Най-често, според Дейвид Пайл, вулканолозите вярвали, че потенциалът за връзка между земетресение и вулкан се определя от състоянието на вулкана преди земетресението и степента на газово насищане на магмата.
Сега е предложен нов модел на дистанционно действие на земетресения, в който причината за вулканичните изригвания се нарича осцилаторно движение на „обгазена“ магма. Този вид движение (плискане, по българска терминология „пръскане“) е добре изучено от хидродинамиката, в нейния раздел, който се занимава с движението на течност в съд и повърхностните явления в тази течност. Изследването на плискането на течности е необходимо за много технически проблеми, например при проектирането на танкери и превозни средства, транспортиращи течности в резервоари, или в металургичното производство.
Ацуко Намики от университета в Хирошима обърна внимание на разрушаването на съоръженията за съхранение на петрол, които са възникнали поради колебания в петрола по време на земетресения. Той предположи, че вулканичните изригвания след земетресения също могат да имат подобен характер. За да потвърди тази хипотеза, Ацуко Намики и нейните колеги от Германския център за геонауки в Потсдам проведоха експеримент с "магмена камера". Те използваха правоъгълен резервоар, монтиран на шейкър. Ролята на магма се играе от гъст сироп от глюкоза, а парчета пластмаса с неправилна форма имитират скални кристали, образувани в магмата.
За плискане магмата трябва да има повърхност и пространство за движение, така че този процес може да се случи само вчастично запълнен резервоар, като например канал на вулканична магма, който е свързан с повърхността. Също така, появата на осцилаторни движения на магмата се влияе от наличието на твърди фрагменти, които не трябва да бъдат твърде много. Плискане обаче може да има и в напълно запълнени резервоари – „магмени камери“, ако магмата в тях е с различна плътност. Вулканолозите смятат, че в много случаи слой от по-лека магма, в който има много мехурчета газ, лежи над слой от по-плътна магма. В тази ситуация долният слой може да осцилира, измествайки по-леката магма в други камери.
Изследователите са разгледали три възможни ситуации в техния експеримент: отворена камера с един течен слой, отворена камера с разпенена течност и затворена камера с двуслойно съдържание, където наситена с газ течност е разположена над плътна течност. За всеки от трите варианта те проведоха поредица от тестове, променяйки плътността и вискозитета на "магмата", броя на твърдите фрагменти, обема на газовата фракция, честотата и амплитудата на вибрациите. Всеки тест за вибрации продължи 10 минути.
Те откриха някои интересни ефекти. Както очакваха учените, значително увеличение на вибрациите на флуида настъпи, когато честотата на вибрациите се доближи до резонансната честота на флуида. В слоя пяна това деформира газовите мехурчета, разрушава стените им, принуждавайки ги да се обединят. В резултат на това пяната се разрушава. Особено податливи на това бяха тънките слоеве пяна с големи газови мехурчета. При истинските вулкани, казват изследователите, освобождаването на горещи газове от срутена пенлива магма в затворен резервоар може да увеличи преноса на топлина към околните скали, както и да увеличи налягането на магмата и дори да предизвика изригване.
С изключениеОсвен това, в случай на двуслойна магма, горният пенест слой не само ще се срути, но и ще прехвърли част от газовите мехурчета и твърдите фрагменти надолу в по-плътната магма. Това увеличава количеството газ в долния слой, което може да накара магмата бавно да натрупа налягане и в крайна сметка да увеличи вулканичната активност, което води до изригване с течение на времето.
Ацуко Намики и нейните колеги са изчислили условията, които могат да доведат до разрушаване на слоя пяна в истинска магма. Според техните изчисления нискочестотни сеизмични вълни са необходими за вулканични отвори с ширина над 0,5 метра. Това помага да се обясни защо се вижда, че само големи земетресения предизвикват вулканична дейност. За магма в типичен вулканичен канал с ширина три метра, земетресение с магнитуд 7,5 или по-високо би причинило плискане на магма и разпадане на пяна до 100 километра, каза Намика. Също така, по-големи, широки до километър, магмени камери, разположени под вулкани, могат да резонират със сеизмични вълни, ако плътен слой магма ги запълни до определено ниво.