科学家们发现熔岩内部存在一种热驱动过程，这可能有助于解释为什么具有相似特征的火山在喷发时常常表现出截然不同的方式。由曼彻斯特大学领导的国际研究团队分析了西班牙拉帕尔马2021年塔霍加伊特喷发的熔岩。科学家们发现，“超热”现象发生在熔岩的温度超过晶体保持稳定的温度时，可以延迟晶体的形成，因为熔岩向地表移动。超热消除了晶体种子。发表在《自然通讯》上的研究发现，强烈的热量可以溶解通常作为新晶体生长“种子”的微小现有晶体。超热还在微观层面重组熔岩，使其内部结构更为均匀，并不利于新晶体的发展。这些变化会影响熔岩上升的速度和火山气体逃逸的难易程度。这些因素共同强烈影响喷发产生戏剧性熔岩喷泉还是更缓慢的熔岩释放。研究结果为一个长期以来的科学问题提供了新的见解，即熔岩的温度历史如何在喷发前和喷发过程中影响晶体化。首席作者、曼彻斯特大学的研究员巴巴拉·博内基博士表示：“晶体和气泡的生长历史可以显著控制熔岩的喷发方式；特别是，随着更多晶体的生长，它们最终对熔岩的粘度产生巨大影响。迄今为止，我们对在上升前吸入超热的熔岩的晶体生长动态并没有完全了解。但是，通过我们令人兴奋的新开发的X射线透明压力容器结合同步辐射X射线微断层成像，我们实际上可以‘原位’观察这些过程。”在实验室重现火山条件为了研究这个过程，研究人员使用从塔霍加伊特喷发收集的熔岩重现了火山内部的条件。这些熔岩在喷发前和上升穿过地壳时可能已经超热。在钻石光源，团队使用同步辐射X射线微断层成像实时观察熔岩内部晶体的形成。他们还在布拉格进行了补充的外部实验，使得可以观察样品更长时间。总体而言，这些实验使科学家能够在严格控制的高温和高压条件下跟踪晶体化过程。晶体生长延迟超过八小时样品之间的差异显著。未被超热的熔岩在大约20分钟后开始形成晶体。相比之下，强烈的超热使晶体形成延迟了超过八小时。研究人员将这些实验测量的成核延迟应用于熔岩上升的数值模型。这些模拟旨在显示熔岩在穿越地壳时的移动和变化。热量如何改变喷发模型表明，晶体化的长延迟可以让熔岩保持相对流动，使其快速向表面上升。这种快速移动的熔岩可能会产生戏剧性的熔岩喷泉。然而，当晶体开始早期形成时，熔岩会变得更厚且更粘稠，随之而来的是其上升速度减缓，使火山气体有更多时间逃逸，从而使温和的、流动性喷发更有可能。研究人员表示，这一新识别的超热作用可能有助于火山学家更好地解读监测数据并改善喷发行为的预测。共同作者、曼彻斯特大学火山学高级讲师玛格丽塔·波拉奇博士表示：“当前的火山危险模型通常专注于熔岩化学、气体含量和压力变化。这项工作表明，喷发前的热历史和晶体化动力学也可能在控制熔岩上升和喷发行为中发挥重要作用，对火山危险评估产生影响。