W skrócie
- Naukowcy z Cornell University odkryli, że dwie główne erupcje Etny były spowodowane odmiennymi mechanizmami kontrolującymi wydobycie magmy i gazów, co stanowi ogromną rzadkość na świecie.
- Badania wykazały, że erupcja z 122 r. p.n.e. została zainicjowana przez parowanie wody na małej głębokości, podczas gdy wybuch sprzed 4000 lat był wywołany przez gwałtowne uwolnienie dwutlenku węgla z głębokiego płaszcza Ziemi.
- Technika spektroskopii Ramana pozwoliła odtworzyć szczegóły systemu zasilania wulkanu oraz głębokość i skład substancji lotnych odpowiedzialnych za wybuchy.
- Śródziemnomorski klimat działa na wyobraźnię. Zdaniem wulkanologów "pod Etną mogą być dwa gigantyczne, mitologiczne potwory''.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Rola ukrytych gazów. Wulkan wybucha jak wstrząśnięta butelka coli
Systemy zasilania wulkanów są ogromne, skomplikowane i - jak się okazuje - niezwykle zmienne, nawet w obrębie tego samego wulkanu. Międzynarodowy zespół badawczy pod kierownictwem naukowców z Uniwersytetu Cornella odkrył, że za dwoma historycznymi, niezwykle gwałtownymi wybuchami włoskiej Etny stały zupełnie inne mechanizmy fizyczne i chemiczne. Zrozumienie tych dynamicznych procesów, w połączeniu z nowatorskimi technikami analitycznymi, może pomóc geologom w znacznie dokładniejszym szacowaniu ryzyka przyszłych wybuchów.
Okazuje się, że o tym, czy erupcja będzie miała charakter wybuchowy, decyduje szereg czynników - od lepkości samej magmy, po substancje lotne (gazy), które są w niej uwięzione. "Wyobraź sobie butelkę napoju gazowanego. Jeśli otworzysz ją bez wstrząsania, możesz się go napić, ale jeśli nią potrząśniesz, pęcherzyki oddzielą się naprawdę szybko i będziesz mieć eksplozję. Wulkany działają tak samo, a moje laboratorium stara się zmierzyć te procesy" - wyjaśnia prof. Esteban Gazel z Cornell Duffield Engineering, współautor badania, które ukazało się 2 czerwca w "Geochemistry, Geophysics, Geosystems".
Kluczowymi substancjami lotnymi inicjującymi te procesy są woda i dwutlenek węgla. Przez długi czas środowisko naukowe stało na stanowisku, że to H2O jest głównym motorem napędowym wybuchowych erupcji. Jednak w 2023 r. zespół prof. Gazela wykazał, że również CO2 może samodzielnie wyzwalać eksplozje - niczym w butelce coli. Odkrycie to było możliwe dzięki pionierskiemu zastosowaniu spektroskopii Ramana. Technika ta pozwala zajrzeć do wnętrza kryształów formujących się w magmie i zbadać mikroskopijne pęcherzyki gazu, których wielkość odpowiada zaledwie 1-10 proc. grubości ludzkiego włosa.
Metoda ta pozwala zrekonstruować architekturę wulkanu. "Ta technika daje nam [wgląd w] gęstość CO2, a za pomocą równania stanu możemy przeliczyć tę gęstość na ciśnienie, z kolei to ciśnienie pozwala na określenie głębokości. Następnie stosujemy te techniki do tych eksplozywnych erupcji i jesteśmy w stanie rekonstruować system zasilania wulkanu z bezprecedensową precyzją" - wyjaśnia dr Maxim Gavrilenko z Cornell University, główny autor badania.
Naukowcy odkryli różne przyczyny historycznych erupcji Etny
Pragnąc przetestować opisaną wyżej metodę w uproszczonym środowisku zdominowanym przez substancje lotne, badacze wybrali Etnę we Włoszech. Choć na co dzień jest ona uznawana za "łagodnego olbrzyma", w swojej odległej przeszłości wybuchała w sposób niezwykle agresywny. Na kartach historii zapisały się dwie szczególnie dotkliwe eksplozje.
Jedna z największych znanych erupcji Etny miała miejsce w 122 roku p.n.e. Był to wybuch jednocześnie "mafijny" - cechujący się magmą o niskiej lepkości, bogatą w magnez i żelazo - oraz "plinijski" - zaliczany do najsilniejszej, najbardziej katastrofalnej kategorii erupcji.
Współautorzy badań, Terry Plank z Uniwersytetu Columbia oraz Bruce Houghton z Uniwersytetu Hawajskiego w Mānoa, udali się na Sycylię, aby pobrać próbki w terenie. Po przeanalizowaniu sekwencji i zmierzeniu inkluzji w kryształach magmy eksperci ustalili, że podczas tej erupcji sprzed 2147 lat magma zaczęła się przemieszczać z głębokości około 22 km. Nie trafiła jednak od razu na powierzchnię, lecz zatrzymała się na co najmniej 3 tygodnie w płytkich warstwach skorupy ziemskiej (na głębokości 2-5 km), gdzie stopniowo uwalniała gaz przed ostatecznym wybuchem.
Zgromadzone dane terenowe naukowcy porównali z próbkami z jeszcze dawniejszej erupcji, znanej jako "zdarzenie Fall Stratified", które miało miejsce blisko 4000 lat temu. W tamtym przypadku scenariusz był zupełnie inny: magma gwałtownie uniosła się bezpośrednio z głębokiego płaszcza Ziemi (ok. 24-30 km) i eksplodowała w zaledwie kilka godzin, napędzana ogromnym stężeniem dwutlenku węgla.
"Niektóre wulkany są bogate w CO2, głównie te na wyspach oceanicznych, a inne wulkany są przede wszystkim kontrolowane przez wodę - takie jak te w strefach subdukcji (wsuwania się jednej płyty tektonicznej pod drugą - przyp. red.). Etna jest jednym z niewielu wulkanów na świecie, w których te dwa rodzaje substancji lotnych ze sobą rywalizują" - tłumaczy prof. Gazel.
"Pokazuje to, że powyżej pewnej wartości progowej CO2 erupcja jest inicjowana na dużych głębokościach i przebiega bardzo gwałtownie, ale gdy mamy wyższy próg wody, wówczas proces ten jest kontrolowany na płytkich poziomach" - dodaje badacz.
"Pod Etną mogą być dwa gigantyczne, mitologiczne potwory"
Zespół prof. Estebana Gazela nie poprzestaje na badaniach we Włoszech i obecnie stosuje swoją autorską metodę do analizy wulkanów m.in. w Chile oraz na Hawajach. "W idealnym świecie powinno to zostać zrobione dla każdego wulkanu na tej planecie. To są dane, których potrzebujemy dla fizycznych modeli erupcji, które stanowią podstawę dla oceny ryzyka" - powiedział prof. Gazel.
Dla wulkanologów i geologów włoska Etna okazała się nie tylko idealnym poligonem doświadczalnym do rozszyfrowywania głębokich tajemnic Ziemi. Profesor dostrzega także głęboki, kulturowy kontekst tego miejsca, które w mitologii greckiej było uważane za więzienie gigantów Tyfona i Enkeladosa, pokonanych przez bogów Olimpu. Ta mitologiczna analogia bez wątpienia działa na wyobraźnię. Znajduje to odzwierciedlenie nawet w strukturze podziemnych systemów wulkanu.
"Pod Etną mogą być dwa gigantyczne, mitologiczne potwory. A kiedy przyjrzysz się systemowi zasilania wulkanu przy erupcji pliniańskiej, to jest on jak Tyfon, bowiem jest wydłużony i serpentynowy, a inny jest jak Enkelados, bowiem jest jakby mniejszy. Kiedy pracujesz na Etnie, ciężko nie być połączonym z historią, klasyczną literaturą i świetnym jedzeniem" - kwituje badacz.
Zobacz również:
Źródła:
- M. Gavrilenko, E. Gazel, K. Dayton, A. Barth, T. Plank, E. G. Huggins, B. Houghton. Deep Origin and Shallow Launch for the Etna 122 B.C. Mafic Plinian Eruption. Geochemistry, Geophysics, Geosystems (2026). DOI: 10.1029/2026GC012924
- D. Nutt, Cornell Chronicle. Carbon dioxide and water played key role in historic Mount Etna eruption. Cornell Chronicle (2026).
