Не падение давления, а сдвиг — неожиданный фактор запускает образование пузырьков в недрах вулканов

Новое исследование, опубликованное в журнале Science, меняет представление о том, как именно зарождаются и развиваются вулканические извержения. Оказалось, что на поведение магмы влияет не только химический состав газов, но и механика её движения. Ученые показали: пузырьки газа способны формироваться не только при падении давления, как считалось ранее, но и под действием сдвиговых сил, возникающих при движении магмы в жерле. Это открытие помогает по-новому взглянуть на природу взрывных извержений и их непредсказуемость.

Что обнаружили исследователи

Команда под руководством профессора Оливье Бахманна изучала, что происходит в тех слоях магмы, куда невозможно добраться традиционными методами наблюдений. Когда расплав движется по каналу, его скорость неодинакова: центральные слои текут быстрее, а у стенок поток замедляется. Такое несоответствие создаёт значительное механическое напряжение — сдвиговые силы, которые, как выяснилось, способны запускать образование газовых пузырьков даже без каких-либо изменений давления.

Эксперименты показали, что в условиях высокой вязкости такие силы особенно эффективны. Чем "гуще" магма и чем сильнее скорость потока у стенок, тем активнее в её недрах формируются пузырьки газа. Этот процесс не всегда предшествует взрывному сценарию: обильное образование пузырьков может стабилизировать поведение вулкана. Но обратная ситуация куда опаснее — магма, бедная пузырьками, в сочетании с сильными сдвиговыми нагрузками может стать причиной внезапного взрывного извержения.

Как проводился эксперимент

Для проверки гипотезы учёные создали лабораторную модель вулканического канала. Вместо магмы использовали вязкую жидкость, насыщенную углекислым газом. Под воздействием сдвига бóльшая часть пузырьков формировалась глубоко внутри "жерла", имитируя реальные условия в недрах вулкана. Такой подход позволил исследовать процессы, которые иначе были бы недоступны для прямого наблюдения.

Сравнение факторов, влияющих на взрывные извержения

Советы шаг за шагом: как учёные анализируют вулканические процессы

1. Создают лабораторные модели, повторяющие распределение напряжений в вулканическом канале.

2. Наблюдают за поведением жидкостей в условиях разной вязкости и скорости потока.

3. Используют методы видеосъёмки и сенсоров для анализа образования пузырьков.

4. Сравнивают данные с полевыми наблюдениями на действующих вулканах.

5. Строят компьютерные модели, прогнозирующие поведение магмы в реальном жерле.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

1. Игнорировать роль механических сил → неполные прогнозы извержений → учитывать сдвиговые нагрузки в моделях вулканов.

2. Определять опасность только по химии газов → недооценка взрывного сценария → анализировать динамику потока и вязкость магмы.

3. Считать пузырькообразование однозначным признаком взрыва → ошибочные предупреждения → проводить комплексную оценку факторов.

А что если…

…сдвиговые силы — ключевой фактор большинства неожиданных извержений?
Тогда прогнозирование поведения вулканов станет зависеть не только от химических анализов, но и от оценки механических свойств магмы. Это потребует создания новых датчиков, изучения скорости потока в жерлах и изменения подходов к мониторингу вулканов по всему миру.

Плюсы и минусы новой концепции

FAQ

Почему пузырьки могут образовываться без падения давления?
Из-за сдвиговых сил, возникающих при неравномерном движении магмы.

Как определить, опасно ли извержение?
Нужен комплексный анализ: химия газов, вязкость магмы, скорость потока и наличие пузырьков.

Что лучше: лабораторные модели или наблюдения на вулкане?
Оба метода незаменимы — лаборатория выявляет механизмы, а полевые наблюдения подтверждают их в природе.

Мифы и правда

Миф: пузырьки всегда повышают риск взрыва.
Правда: иногда они стабилизируют магму, снижая вероятность резкого выброса.

Миф: механические силы не играют роли в вулканических процессах.
Правда: они способны запускать образование пузырьков даже без изменения давления.

Миф: вязкая магма безопаснее жидкой.
Правда: высокая вязкость может усилить напряжение и спровоцировать взрывное извержение.

Сон и психология

Изучение вулканов связано с высокими нагрузками: экспедиции, длительные наблюдения, риск для жизни. Для исследовательских групп важно поддерживать устойчивый режим сна и отдыха — это помогает принимать точные решения, особенно когда речь идёт о мониторинге опасных объектов. Стрессоустойчивость и ясность мышления — ключевые факторы безопасности в полевых условиях.

Три интересных факта

1. Вязкость магмы может различаться в тысячи раз в зависимости от температуры и содержания кремнезёма.

2. Эффект сдвигового пузырькообразования наблюдался в промышленных жидкостях задолго до вулканологических экспериментов.

3. Лабораторные модели жерла позволяют имитировать процессы, происходящие на десятки километров в глубине.

Исторический контекст

1. Первые модели газового расширения в магме появились в начале XX века.

2. В XXI веке учёные начали активно изучать механические аспекты движения магмы.

3. Новые эксперименты показали, что сдвиговые силы играют ключевую роль в формировании пузырьков, меняя подход к прогнозированию извержений.