Газов много, а взрыва нет: магма открыла тайный механизм, о котором молчали учебники

Извержения вулканов всегда вызывали у людей смесь страха и восхищения. На протяжении десятилетий учёные пытались объяснить, почему одни вулканы действуют спокойно, а другие способны взрываться с катастрофической силой.

Самым распространённым объяснением долгое время считалась теория давления: чем больше газов накапливается в магме, тем выше вероятность мощного взрыва. Это сравнивали с открытием бутылки шампанского: пока пробка удерживает давление, газ остаётся внутри, но стоит её поднять — жидкость со вспениванием вырывается наружу.

Однако реальные извержения никак не вписывались в эту модель. Некоторые вулканы, богатые газами, вели себя неожиданно спокойно, иногда даже тихо вытекали, несмотря на предпосылки для мощного взрыва. Международная группа учёных смогла раскрыть этот парадокс, предложив новое объяснение механики извержений.

Новый взгляд на происхождение пузырьков в магме

Результаты исследования, опубликованные в журнале Science, показали, что пузырьки газа могут появляться в магме не только из-за падения давления. Удивительно, но в условиях огромной температуры и плотности магмы важнейшую роль играет сила трения — сдвиговые напряжения, возникающие при движении лавы внутри вулканического канала.

Что такое трение в контексте вулкана

Когда магма движется внутри жерла, её скорость неодинакова. У стенок канала она сильно тормозится из-за трения, а в центре поток движется свободнее. Этот внутренний градиент скорости создаёт зоны, в которых начинается образование пузырьков — независимо от того, падает давление или нет.

"Представьте, что вы перемешиваете ложкой банку с медом. У стенок банки мед движется медленнее из-за трения, а в центре — быстрее. Точно так же магма в жерле вулкана движется с разной скоростью: у стенок канала она испытывает сильное трение, а в центре течет свободнее" — приводит сравнение профессор Оливье Бахманн.

Эксперименты подтвердили: трение способно запускать образование пузырьков даже в условиях стабильного давления.

Как трение формирует "газовые трубы"

Когда пузырьки формируются глубоко в жерле, они начинают объединяться. Постепенно это приводит к образованию вертикальных структур, которые учёные назвали "газовыми трубами". Именно через них газ может выходить намного раньше, чем достигает критической точки.

Это объясняет, почему некоторые вулканы с очень газированной магмой не взрываются. Газы уходят постепенно, давление сбрасывается, и магма спокойно вытекает, не достигая критической точки.

Интересно, что противоположная ситуация тоже возможна: магма с низким содержанием газа может взорваться, если трение внезапно создаст условия для лавинообразного образования пузырьков.

Сравнение типов извержений

Пример вулкана Сент-Хеленс

Одним из наиболее ярких случаев, подтверждающих новую теорию, стало извержение Сент-Хеленс в 1980 году. Вначале вулкан вёл себя мирно: магма медленно вытекала наружу. Учёные предполагают, что трение позволило газам уйти через "газовые трубы". Но затем произошёл обвал пород, давление резко упало — и последовал мощнейший взрыв.

Экспериментальная модель вулкана

Чтобы доказать механизм трения, учёные создали лабораторную модель:

1. Взяли вязкую жидкость, аналогичную по свойствам магме.

2. Насытили её углекислым газом.

3. Создали условия повышенного трения.

Когда трение достигало определённого порога, пузырьки начинали появляться мгновенно. Если газа в жидкости было много изначально, порог трения становился ниже. Это объясняет непредсказуемость реальных вулканов.

Советы шаг за шагом: как изучать вулканы сегодня

1. Учитывать не только давление, но и механические факторы: вязкость, скорость потока и трение.

2. Использовать геофизические датчики, фиксирующие подповерхностные движения магмы.

3. Моделировать возможное образование пузырьков на основе компьютерных расчётов.

4. Прогнозировать изменение давления не только по газовому составу, но и по изменениям движения магмы.

5. Сравнивать данные разных вулканов, чтобы выявлять повторяющиеся механизмы.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

1. Ошибка: оценивать риск извержения только по содержанию газа в магме.
   Последствие: некорректный прогноз, опасный для близлежащих населённых пунктов.
   Альтернатива: учитывать силы трения и скорость движения магмы.

2. Ошибка: игнорировать ранние сигналы изменения вязкости магмы.
   Последствие: пропуск стадии, когда формируются "газовые трубы".
   Альтернатива: регулярно обновлять данные сейсмодатчиков.

3. Ошибка: предполагать одинаковое поведение вулканов с похожим составом магмы.
   Последствие: неожиданные формы извержений и неверная оценка последствий.
   Альтернатива: изучать индивидуальные геологические особенности каждого вулкана.

А что если…

Что если вулканы с низким содержанием газа действительно опаснее? Новая теория допускает такую возможность.

Что если "газовые трубы" могут образовываться заранее? Тогда в будущем такие структуры можно будет обнаруживать с помощью датчиков.

Что если трение — не единственный фактор? Учёные продолжают поиски: важную роль могут играть температура, минерализованный состав и даже магнитные свойства породы.

Плюсы и минусы новой теории

FAQ

Почему вулкан может быть спокойным, если в магме много газа?
Потому что трение помогает газам выйти через ранние пузырьковые структуры.

Может ли магма с малым количеством газа взорваться?
Да, если трение вызывает бурное образование пузырьков.

Как новые знания помогут прогнозировать извержения?
Они позволяют учитывать не только химический состав, но и физические параметры движения магмы.

Мифы и правда

1. Миф: чем больше газов — тем сильнее взрыв.
   Правда: трение может вывести газы заранее, сделав извержение тихим.

2. Миф: вулканы взрываются всегда одинаково.
   Правда: поведение вулкана зависит от множества факторов.

3. Миф: падение давления — единственная причина образования пузырьков.
   Правда: пузырьки могут возникать из-за трения.

Исторический контекст

Вулканология как наука возникла сравнительно недавно — в XIX веке, когда учёные впервые попытались описать поведение магмы через физические процессы. Долгое время доминировала "газовая теория", но появление высокоточных лабораторных моделей и компьютерного моделирования позволило открыть более тонкие механизмы. Новые исследования становятся шагом в эволюции взглядов на вулканическую активность.

Три интересных факта

1. Магма может двигаться внутри вулкана со скоростью от нескольких сантиметров до метров в минуту.

2. Существуют вулканы, которые извергаются только "газовыми фонтанами", почти без лавы.

3. На Земле насчитывается более 1500 активных вулканов, и каждый имеет уникальную внутреннюю структуру.