Совпадающие магматические дайки могут иметь разные режимы течения

Сотни миллионов людей живут в районах, которые могут быть затронуты извержениями вулканов. К счастью, подсказки на поверхности, такие как землетрясения и деформация грунта, могут указывать на движение внутри подземных магматических даек — пластов магмы, пересекающих слои горных пород. Ученые могут использовать эти признаки для составления потенциально спасающих жизни прогнозов извержений.

Однако есть возможности для улучшения. Прогнозы извержений основаны на моделировании магматических даек, и большинство моделей рассматривают магму как простую ньютоновскую жидкость (подобную воде), вязкость которой остается постоянной при напряжении. Однако кристаллы и пузырьки в магме заставляют ее вести себя скорее как неньютоновская жидкость, вязкость которой снижается при увеличении напряжения (явление, известное как псевдопластичность). Это особенно верно по мере приближения магмы к поверхности. Кетчуп ведет себя аналогично: он легче выливается из банки при встряхивании.

В лабораторных экспериментах, опубликованных в журнале AGU Advances, команда Кавана получила новые данные о потенциальной динамике течения неньютоновской магмы в дайках. Эти результаты в конечном итоге могут помочь улучшить стратегии прогнозирования извержений.

Для имитации магматических даек исследователи вводили различные жидкости в прозрачный и упругий материал из желатина, представляющий земную кору. Вводимые жидкости содержали взвешенные трассирующие частицы, которые можно было подсветить лазером, что позволило отслеживать течение каждой жидкости внутри формирующейся дайки по мере ее движения от точки инъекции к поверхности, где происходило "извержение" из желатина.

Они сравнили поведение двух неньютоновских псевдопластичных жидкостей — гидроксиэтилцеллюлозы (загустителя, часто используемого в косметике) и ксантановой камеди (загустителя, часто добавляемого в пищу) — с поведением воды как ньютоновской жидкости.

Эксперименты показали, что режимы течения этих жидкостей сильно отличались от режима течения воды. Однако, несмотря на различия во внутренних режимах течения, все жидкости формировали дайки схожей формы и со схожей скоростью по мере приближения к поверхности.

Эти результаты предполагают, что основная информация, используемая в настоящее время для прогнозирования надвигающихся извержений — например, форма и скорость магматических даек — не обязательно коррелирует с информацией о динамике течения магмы внутри даек. Этот вывод важен, поскольку динамика течения зависит от характеристик магмы, которые могут влиять на взрывной характер извержения, а также на скорость и дальность перемещения лавы.

Дальнейшие исследования могут помочь связать эти выводы с реальными геологическими данными и изучить, как они могут способствовать улучшению прогнозирования извержений, отмечают ученые.