Минералы, которые выбрасываются извержениями вулканов, способны дать ключ к масштабным процессам, протекающим в их недрах — возможно, даже к предсказанию новых извержений.

Кристаллы ортопироксена, сформированные под влиянием извержения вулкана Сент-Хеленс, демонстрируют наличие разных зон (цвета условны)

Состав и структура пород, которые формируются при остывании расплавленной магмы, определяются условиями, в которых они находились еще в недрах вулкана. Предположить это несложно — сложнее действительно установить состав и структуру во всех нужных деталях, а затем связать их с тем, что происходило на глубине во время их образования. Проделать это попыталась британская исследовательница Кейт Сондерс (Kate Saunders) и ее коллеги.

В недрах крохотные минеральные кристаллы, обычно не более 50−100 мкм размерами, плавают в раскаленной магме — расплавленной породе с растворенными в ней частицами газа. У многих из них образуются концентрические слои, по‑своему напоминающие годовые кольца деревьев: события, происходящие с кристаллом, отпечатываются на них.

Скажем, новый выброс магмы с глубины в очаг вулкана (как раз он может закончиться извержением) стимулирует движение определенных элементов, входящих в кристалл (например, железа и магния) из серединных слоев к краям, формируя новый внешний слой. Слабое извержение, нередко предшествующее основному, может выбросить такие кристаллы на поверхность, где они остынут. Собрав их и проанализировав, можно оценить все, происходящее в недрах вулкана.

Кейт Сондерс с коллегами решили проверить, помогут ли такие кристаллы действительно предсказать грядущее извержение. В качестве объекта они выбрали кристаллы ортопироксена, образцы которого получены со склонов вулкана Сент-Хеленс на северо-западе США. Мощное извержение его состоялось в мае 1980 г., а более слабые продолжались вплоть до октября 1986 г. Авторы охарактеризовали состав и структуру в общей сложности 98 отдельных кристаллов, собранных в этот период, и сравнили их с данными об извержениях, выбросах газа и других событиях, происходивших в те годы.

Удалось установить, что рост кристалла начинается примерно за год до извержения и достигает своего пика непосредственно перед ним. Кристаллы с богатыми магнием внешними «кольцами» и насыщенным железом «ядром», которые свидетельствуют о приливе дополнительного тепла вместе с подъемом с глубины новых объемов магмы, связаны с проходящими на глубине землетрясениями. Пик образования таких кристаллов также пришелся на время прямо перед крупным извержением в 1980 г.

С другой стороны, кристаллы с богатым магнием «ядром» и насыщенными железом внешними слоями, которые образуются при остывании среды, оказались связаны с газовыми выбросами диоксида серы, а пик их образования пришелся на более поздние слабые извержения.

Таким образом, анализируя ортопироксеновые кристаллы, можно сказать, ожидаются ли новые приливы магмы, или же стоит ждать, что она будет пока понемногу остывать и избавляться от лишнего газа.

По сообщению Royal Society of Chemistry / Chemistry World