Wil Je Een Vulkaan Ontploffen? Voeg Gewoon Warmte Toe

{h1}

Vulkanen braken niet allemaal explosief uit, en terwijl wetenschappers zich al lang hebben gerealiseerd dat het type magma de uitbarsting beïnvloedt, laat nieuw onderzoek zien dat de hitte ook de kaboom aan het besturen is.

Jeffrey Johnson, universitair hoofddocent geowetenschappen aan Boise State University, heeft dit artikel bijgedragen aan WordsSideKick.com Expertvoices: Op-Ed & Insights.

De volgende keer dat je een platte cola krijgt, maak je indruk op je vrienden met vulkanenjargon. Klacht bij de ober dat uw drank "leeg is". Stel vervolgens voor dat als de cola zou worden verwarmd, de oplosbaarheid zou kunnen afnemen, wat de groei van bellen zou katalyseren, wat zou resulteren in een verbeterde smaak en / of een "paroxismale uitbarsting".

Als ze nog steeds luisteren, vertel hen dan dat dit is wat er gebeurt in vulkanen. Een nieuw artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature toonde onlangs de "kritische invloed van warmtevariaties in opkomende magma's" - wat betekent dat niet-gewaardeerde temperatuurveranderingen lijken op het voorkomen en explosiviteit van uitbarstingen.

Kaboom

Vulkanen barstten explosief uit wanneer het met gas geladen magma het aardoppervlak bereikte. Volcanologen noemen magmatische gassen vluchtige stoffen omdat de hoeveelheid van die gassen binnen het opkomende magma bepaalt of een vulkaan ontploft (in een vluchtig mode) of vluchtig lui.

De vorming en groei van gasbellen zijn complexe processen die bijna elke vulkanoloog fascineren. Er zijn vulkanologen die binnenin kleine kristallen kijken om minuscule hoeveelheden opgelost gas te meten, en er zijn vulkanologen die spectroscopie gebruiken - specifiek onderzoek naar hoe mineralen ultraviolet licht absorberen - om de overvloedige gassen die uit een luchtgat stromen te meten. Experimentele vulkanologen smelten vulkaanrotsen en gieten ze met gassen. En er zijn numerieke modellerende vulkanologen, die zich misschien nooit in het veld wagen, maar geavanceerde code ontwikkelen om ontgassing en uitbarstingen te simuleren. [50 fantastische vulkaanfeiten]

Maar ze denken allemaal na over wat er gebeurt met een pakket magma terwijl het naar de uitbarsting van een vulkaan stijgt en uit elkaar valt.

Magma diep in een vulkaan begint langzaam te stijgen, maar uiteindelijk versnelt het naar het aardoppervlak. Dit gebeurt omdat als het magma stijgt het ontsnapt aan verpletterende overdruk en bubbels groeien. De omgeving van het magma verandert drastisch, en dat geldt ook voor het karakter van de gesmolten steen, inclusief - het meest vitaal - de hoeveelheid vulkanisch gas die explosiviteit bevordert.

Laten we ons de magma-reis voorstellen vanaf ongeveer 3 kilometer, of ongeveer 3 kilometer onder een vulkanische luchtopening. Dit is ongeveer de diepte van de basis van een grote vulkaan, en de drukken daar zijn intens: Magma op deze diepte wordt onderworpen aan bijna duizend keer de druk die in de atmosfeer bestaat. Als gevolg daarvan reist het magma door lange breuken of bladachtige "dijken", in plaats van door buizen verlopende leidingen die aan de oppervlakte heersen. Terwijl het magma stroomt, wordt de omringende koudere rots een paar centimeter uit elkaar gekraakt, of misschien een paar voet, waardoor het magma er doorheen kan.

Op zulke diepten is het magma een extreem viskeuze vloeistof, vaak (maar niet altijd) zwemmend met kristallen, maar grotendeels bevat het geen bubbels. De afwezigheid van luchtbellen betekent niet dat er geen gas is, maar dat het meestal vastzit, of opgelost is, in het magma. Minimaal 1% (en mogelijk zelfs 5%) van de magmamassa op deze diepte is onzichtbaar, vastzittende gas.

Hoewel deze hoeveelheden gas niet al te veel lijken, denk er dan bijvoorbeeld aan of magma 1 procent van de massa van de inhoud van een kleine hottub zou vullen. Het zou meer dan 50 lbs bevatten. (ruwweg 20 kilogram) gas, wat, als het catastrofaal wordt uitgebreid - zoals typisch is bij vulkaanuitbarstingen - overeenkomt met de energie die vrijkomt door ongeveer 50 lbs. van exploderende TNT, of ongeveer 100 megajoule aan energie.

Magma stijgt op door drijfvermogen, zelfs als het geen bubbels bevat. Omdat het iets minder dicht is dan de koudere rots eromheen, zweeft het een beetje naar boven.

In het begin kan het traag stijgen, maar naarmate het magma ondiepere niveaus bereikt, kan het versnellen. Aanzienlijke veranderingen treden op in de smelt als de opsluitdruk afneemt. Er verschijnen meer bubbels en deze dienen om de algehele dichtheid van de vloeistof te verminderen. Naarmate deze bellen groter worden, neemt de dichtheid verder af. Het drijfvermogen neemt dan toe, wat een snellere opstijging mogelijk maakt, het creëren en uitbreiden van bubbels bevordert. Deze feedback zorgt ervoor dat de dichtheid daalt en het drijfvermogen toeneemt.

Deze cyclus gaat door totdat het magma uit elkaar wordt gescheurd. Die ooit-onzichtbare bubbels verdelen het omringende magma aan flarden, en gas, as en elk stuk van de vulkaan op de weg wordt uit de krater geblazen.

Geoloog Richard Sanderson onderzoekt de koepelrotsen en de stekels van de actieve Santiaguito-koepel.

Geoloog Richard Sanderson onderzoekt de koepelrotsen en de stekels van de actieve Santiaguito-koepel.

Krediet: Jeffrey Johnson

Verborgen rol van warmte

Zulk drukgestuurd ontgassen is het standaard wetenschappelijke model voor explosieve uitbarstingen. Maar nu heeft Yan Lavallée, hoogleraar aan de School of Environmental Sciences van de University of Liverpool in Engeland, een grote aanpassing aan dat model geïntroduceerd. In een nieuw artikel in het tijdschrift Nature getiteld "Thermische vesiculatie tijdens vulkaanuitbarstingen."

Lavallée heeft aangetoond dat terwijl het decomprimeren van magma vatbaar is voor degas, het verder ontgast wanneer het opwarmt. En waarschijnlijk wordt het warmer en ontgast veel meer dan wetenschappers dachten.

Wetenschappers zijn het erover eens dat, om magma in gesmolten vorm te laten bestaan, in plaats van als een vaste rots, het heet moet zijn.Gemiddeld is magma ongeveer 2000 graden Fahrenheit of ongeveer 1000 graden Celsius.

Minder algemeen erkend is echter dat magma een stuk heter kan worden via twee processen die in de meeste vulkaanbuizen bestaan.

Ten eerste geeft magma warmte af wanneer delen ervan beginnen bevriezen. Net als in water, produceert het bevriezen kristallen, en als de kristallen zich vormen, geven ze warmte af. Een kubieke centimeter ("0,06 kubieke inch") "bevriezende" kristallen, zoals kwarts, verwarmen een kilogram (omstreeks 2,2 lbs.) Omringend magma met 5 graden C (9 graden F). Die extra warmte kan ervoor zorgen dat er gas uit het vloeibare magma komt.

Ten tweede zal magma opwarmen terwijl het door vernauwde leidingen stroomt. Terwijl viskeuze vloeistoffen door scheuren of nauwe pijpen worden geperst, geeft de stromende rots hitte vrij als gevolg van wrijving. Supersticky magma dat in een barst vloeit, is een beetje als taffy dat door de naald met kleine boring van een spuit wordt geperst. De taffy zou ook opwarmen en meer vloeibaar worden.

Lavallée, de hoofdonderzoeker van het onderzoek, en zijn collega's, suggereren dat significante verhitting deze processen veroorzaakt, waarbij het reeds bestaande begrip van geofysische beperkingen van geologen wordt samengevoegd met analyses van gesteentemonsters en laboratoriumsimulaties van de processen.

Afbeelding, verkregen door een scanning-elektronenmicroscoop, van ronde bellen (in het zwart) gevormd in een rots die werd verwarmd en gesmolten tijdens een wrijvingsproef.

Afbeelding, verkregen door een scanning-elektronenmicroscoop, van ronde bellen (in het zwart) gevormd in een rots die werd verwarmd en gesmolten tijdens een wrijvingsproef.

Krediet: Yan Lavallée

Van vulkanen en bewijs

Lavallée heeft in 2013 de koepel van Santiaguito, een actieve vulkaan in Guatemala, geschaald om te zoeken naar rotsen die getuigen van wrijvingsverwarming.

Het grijze oppervlak van de koepel is een verwarde verzameling huisgrote stenen ruggengraat, geëxtrudeerd gedurende de laatste decennia, en is - op sommige plaatsen - nog steeds aan het extruderen. Onmetelijke blokken zijn als een ongelooflijk kleverig, stroperig magma naar de oppervlakte gedrongen. Tijdens het proces braken en barsten deze stenen voordat ze later uitgloeiden van voortdurende blootstelling aan de intense hitte (rond de 1000 graden C) in de vulkaan.

Lavallée doorzocht de koepellavas naar deze geheelde scheuren, waarvan hij veronderstelde dat deze fossiele doorgangen zouden representeren van ontsnappend gas. Toen hij terugkeerde naar zijn laboratorium, vond hij zijn bewijs: onder een elektronenmicroscoop onthulden de texturen van deze uitgegloeide scheuren asscherven bevroren op hun plaats volgend op hun transport door stromingen van heet gas afkomstig van de randen van de scheuren.

spectaculaire laanvankelijke experimenten ondersteunden ook de theorie. Lavallée en zijn collega's namen vuistgrote steenmonsters van lava en duwden ze samen met enorme kracht, en roteerden vervolgens een gesteente langzaam tegen een andere. Dit veroorzaakte intense wrijving en hitte - genoeg om rotsen te laten smelten en een overvloedig, eerder vastgelopen gas vrij te geven.

Het laatste stukje van de puzzel verbindt het hele verhaal met elkaar: de geofysici van Lavallée bestudeerden een nabijgelegen deel van Santiaguito's koepel, gelegen op een kwart mijl (ongeveer 0,4 km) van waar de monsters werden verzameld. Deze koepel was actief uitbarstend toen het team bezocht, en ongeveer eenmaal per uur, zou het koepeloppervlak en zijn binnenste naar boven gaan, waardoor het stroperige gesteente zou vloeien en intern zou vervormen.

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Vanuit een veilig uitkijkpunt was de periodieke activiteit spectaculair. Binnen een paar seconden na het begin van een uitbarsting stijgen kolommen as en gaspluimen tot honderden meters en bereiken ze uiteindelijk meer dan een kilometer hoog. Gloeilampblokken die zo groot zijn als microgolfovens worden naar de hemel geblazen en vallen vervolgens op de flanken van de vulkaan, breken open en vallen naar beneden.

De geofysici legden de bijbehorende, subtiele, ondergrondse bewegingen in Santiaguito vast met behulp van een reeks instrumenten, waaronder seismometers (die bewegingen in de grond meten) en tiltmeters (die het kantelen van het aardoppervlak meten). Deze sensoren onthullen de diepte en omvang van de bewegingen van rotsen - gegevens die de onderzoekers gebruikten om de hoeveelheid gas te schatten die zich ophoopt tijdens uitbarstingscycli.

Volgens Lavallée's theorie kunnen zijn rock- en magmabewegingen temperatuurwinsten van honderden graden veroorzaken, waardoor vervluchtiging van het voorheen "platte" magma en de daaropvolgende gewelddadige ontgassing wordt bevorderd. De koepelrotsen en uitbarstingen bij Santiaguito dienen als verleidelijk bewijs van hoe wrijvingsverwarming kan leiden tot vulkanische explosies.

In de meeste opzichten zijn Santiaguito-lava en platte cola vreselijke analogen. Santiaguito's gedrag biedt echter inzicht in het begrijpen van vitale processen die invloed hebben op vulkanische explosiviteit bij andere analoge vulkanen - bevindingen in het Santiaguito-vulkaolaboratorium onthullen de dynamiek van gevaarlijke koepelvormige vulkanen over de hele wereld.

Volg alle Expert Voices-problemen en debatten - en deel uitmaken van de discussie - op Facebook, Twitter en Google+. De weergegeven meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de mening van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Richard Gage over 9/11 TU Delft- met NL ondertiteling.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com