Aşırı ısınmış magma kristal oluşumunu saatlerce geciktirebiliyor

Bazı yanardağlar gökyüzüne yüzlerce metrelik lav çeşmeleri fırlatırken bazıları erimiş kayayı çok daha sakin biçimde yüzeye bırakıyor. Manchester Üniversitesi'nin öncülük ettiği uluslararası bir ekip, bu farkı açıklamaya yardımcı olabilecek gizli bir etki buldu: magmanın yükselmeden önce maruz kaldığı aşırı ısınma, içindeki kristallerin oluşumunu beklenenden çok daha uzun süre erteleyebiliyor.

Aşırı ısınma nedir, magmayı nasıl değiştirir?

Magma; erimiş kaya, gaz ve zaman zaman katı kristallerden oluşan bir karışımdır. Yanardağdan dışarı çıktığında ise lav adını alır. Magmanın davranışını belirleyen en önemli etkenler arasında sıcaklık ve kimyasal bileşim sayılır. Yeni çalışma, patlamadan önce yaşanan ısınma geçmişinin de en az bunlar kadar belirleyici olabileceğini ortaya koyuyor.

Aşırı ısınma, magmanın kristallerinin normalde kararlı kalabileceği sıcaklıkların üzerine çıkması anlamına geliyor. Normal koşullarda magma soğudukça kristaller oluşmaya başlıyor. Bu süreç çoğunlukla, yeni kristallerin tutunup büyüyebileceği yüzey işlevi gören minik kristal çekirdekleri çevresinde ilerliyor. Aşırı ısınma bu düzeni iki şekilde bozuyor. Birincisi, yeterince yüksek sıcaklık bu mikroskobik çekirdekleri eritip yok edebiliyor. İkincisi, ısı erimiş malzemenin iç yapısını daha homojen hale getiriyor ve yeni kristal oluşumuna elverişsiz kılıyor.

Kristaller önemli çünkü magmanın akışkanlığını, yani viskozitesini doğrudan etkiliyor. Kristal sayısı arttıkça magma genellikle kalınlaşıyor ve hareket etmesi zorlaşıyor. Bu durum hem magmanın yükselme hızını hem de içindeki gazların nasıl kaçacağını etkiliyor.

Laboratuvarda yanardağ koşulları yeniden kuruldu

Araştırmacılar, İspanya'daki La Palma adasında yaşanan 2021 Tajogaite patlamasından toplanan volkanik malzemeyi kullandı. Bu patlamaya yol açan magmanın yüzeye çıkmadan önce ve yer kabuğunda yükselirken aşırı ısınma yaşamış olabileceği düşünülüyor. Ekip, yer altında karşılaşılan sıcaklık ve basınçları yeniden üretecek, dikkatle kontrol edilen deneyler yaptı.

Gözlemler, büyük bir bilimsel araştırma tesisi olan Diamond Light Source'ta gerçekleştirildi. Burada senkrotron X-ışını mikrotomografisi kullanılarak kristallerin gelişimi gerçek zamanlı izlendi. Bu görüntüleme yöntemi, çok güçlü X-ışınlarıyla bir malzemenin iç yapısını kesmeye gerek kalmadan üç boyutlu olarak inceleyebiliyor. Gözlemi, X-ışınlarının geçmesine izin veren özel geliştirilmiş bir basınç kabı mümkün kıldı. Ekip ayrıca Prag'da tamamlayıcı deneyler yaptı; orada örnekler, gerçek zamanlı görüntüleme düzeneğinin dışında daha uzun süre incelenebildi.

Sonuçlar çarpıcıydı. Aşırı ısınmaya uğramamış magmada kristaller yaklaşık 20 dakika sonra oluşmaya başladı. Güçlü biçimde aşırı ısıtılan magmada ise kristalleşmenin başlaması sekiz saatten uzun bir süre gecikti. Çalışmanın baş yazarı Dr. Barbara Bonechi, kristal ve kabarcık büyümesinin geçmişinin magmanın nasıl patlayacağını büyük ölçüde belirleyebildiğini, bu süreçleri ise yeni geliştirilen X-ışınına şeffaf basınç kabı ve senkrotron mikrotomografisi sayesinde yerinde gözlemleyebildiklerini belirtti.

Lav çeşmeleriyle bağlantı

Araştırmacılar laboratuvarda ölçtükleri gecikmeleri, magmanın yer kabuğunda nasıl yükseldiğini simüle eden bilgisayar modellerine de aktardı. Ana fikir şu: Aşırı ısınmış magma uzun süre kristalsiz ve görece akışkan kalırsa, yüzeye doğru hızla yükselebilir ve bu da gösterişli lav çeşmeleri üretebilir. Bulgular Nature Communications dergisinde yayımlandı.

Neden önemli?

Volkanolojide uzun süredir tartışılan bir soru var: Magmanın sıcaklık geçmişi, yanardağın patlama biçimini nasıl etkiler? Bu çalışma, yalnızca magmanın son sıcaklığına ya da kimyasal bileşimine bakmanın yetmeyebileceğini, yükselişten hemen önce yaşanan ısı artışının da sonucu değiştirebileceğini gösteriyor. Aynı kimyasal yapıdaki iki magma, farklı ısınma geçmişleri nedeniyle çok farklı davranabilir.

Yanardağ patlamalarının ne kadar şiddetli olacağını önceden kestirmek, yerleşim yerlerine yakın bölgelerde risk değerlendirmesi için büyük önem taşır. Patlama biçimini belirleyen etkenlerin daha iyi anlaşılması, model ve tahmin çalışmalarının daha gerçekçi olmasına katkı sağlayabilir. Ancak bu tür laboratuvar sonuçlarının farklı yanardağlarda ve farklı magma türlerinde de geçerli olup olmadığı, ileride yapılacak çalışmalarla sınanmalı. Yine de kristallerin gerçek zamanlı izlenebilmesi, magma içindeki süreçleri doğrudan görmek isteyen araştırmacılar için yeni bir kapı aralıyor.