Un supervulcan puternic de pe Pământ își reumple lent uriașul rezervor subteran de magmă, la mii de ani după ce a produs una dintre cele mai mari erupții vulcanice din istoria geologică recentă.
Oamenii de știință de la Universitatea Kobe au descoperit dovezi că magmă proaspătă se acumulează sub caldera Kikai din Japonia, care a declanșat o erupție catastrofală acum aproximativ 7.300 de ani.
Descoperirea oferă o perspectivă rară asupra modului în care sistemele vulcanice gigantice își refac rezervele de magmă după erupții masive. De asemenea, ar putea oferi indicii importante despre comportamentul altor supervulcani, inclusiv Yellowstone din Statele Unite și Toba din Indonezia, ajutând potențial oamenii de știință să-și îmbunătățească capacitatea de a recunoaște semnele de avertizare ale erupțiilor viitoare.
Cum stochează supervulcanii cantități enorme de magmă
Unele erupții vulcanice sunt atât de imense încât remodelează dramatic peisajul. Cantitatea de magmă eliberată poate fi uluitoare, suficientă pentru a acoperi întregul Central Park din New York cu un strat gros de aproximativ 12 kilometri.
Atunci când volume atât de mari de magmă scapă de sub pământ, roca de deasupra rezervorului golit se poate prăbuși, lăsând în urmă o depresiune largă, relativ superficială, cunoscută sub numele de calderă.
Aceste formațiuni sunt asociate cu cele mai puternice erupții din istoria Pământului. Exemple celebre includ Yellowstone, Toba și caldera Kikai din Japonia, majoritatea fiind sub ocean.
Kikai a experimentat ultima erupție gigantică în urmă cu aproximativ 7.300 de ani, producând cea mai mare erupție vulcanică cunoscută din Holocen, epoca geologică ce a început acum aproximativ 11.700 de ani și continuă și astăzi.
Deși oamenii de știință știu că vulcanii cu caldere gigantice pot erupe de mai multe ori, ei încă au o înțelegere incompletă a modului în care cantitățile enorme de magmă necesare pentru aceste evenimente se acumulează subteran.
Acest lucru face extrem de dificil de anticipat când ar putea avea loc o altă erupție majoră.
"Trebuie să înțelegem cum se pot acumula astfel de cantități mari de magmă pentru a înțelege cum au loc erupțiile din calderele gigantice", spune Nobukazu Seama, geofizician la Universitatea Kobe.
Oamenii de știință descoperă un rezervor masiv de magmă sub Japonia
Locația subacvatică a Kikai ar putea părea un obstacol în calea studiului vulcanului, dar, de fapt, oferă cercetătorilor un avantaj important.
Podeaua oceanică înconjurătoare permite oamenilor de știință să efectueze ample studii geologice pe întreaga structură vulcanică.
"Locația subacvatică ne permite să implementăm sondaje sistematice, la scară largă", explică Seama.
Pentru a investiga ce se află sub Kikai, cercetătorii de la Universitatea Kobe au colaborat cu Agenția Japoneză pentru Știința Pământului și Tehnologia Marină (JAMSTEC).
Au folosit grupuri puternice de tunuri de aer pentru a genera impulsuri seismice care au călătorit prin scoarța terestră de sub fundul oceanului.
Instrumente numite seismometre pe fundul oceanului au înregistrat modul în care aceste unde au călătorit prin roca subterană.
Deoarece undele seismice călătoresc diferit prin roca solidă și prin regiunile care conțin material topit, oamenii de știință pot analiza comportamentul acestora pentru a investiga structuri care nu pot fi observate direct.
Descoperirile, publicate în Communications Earth & Environment, au dezvăluit o regiune substanțială care conține o proporție mare de magmă direct sub locul erupției masive a Kikai de acum 7.300 de ani.
Analizând măsurătorile seismice, echipa a putut determina dimensiunea și forma aproximativă a rezervorului subteran.
Poziția și extinderea sa sugerează că ocupă același sistem de stocare a magmei implicat în erupția veche.
"Datorită extinderii și locației sale, este clar că acesta este, de fapt, același rezervor de magmă ca în erupția anterioară", spune Seama.
Magmă proaspătă reîncarcă supervulcanul antic
Poate cea mai intrigantă descoperire este că magma de sub Kikai nu pare să fie pur și simplu material rămas de la erupția sa catastrofală de acum mii de ani.
Investigațiile anterioare au relevat că un nou dom de lavă s-a dezvoltat în apropierea centrului calderei în aproximativ ultimii 3.900 de ani.
Un dom de lavă se formează atunci când lava relativ groasă și vâscoasă se acumulează în jurul unei gurii vulcanice, în loc să curgă liber pe peisajul înconjurător.
Analizele chimice au arătat, de asemenea, că materialul vulcanic din acest dom și alte activități mai recente diferă ca compoziție de materialul eliberat în timpul erupției gigantice a Kikai.
Această diferență oferă un indiciu important.
Sugerează că magma stocată acum sub vulcan a fost alimentată de noi injecții de rocă topită din adâncurile scoarței terestre sau mantalei, în loc să rămână neschimbată de la erupția anterioară.
"Aceasta înseamnă că magma prezentă acum în rezervorul de magmă de sub domul de lavă este probabil magmă injectată recent", rezumă Seama.
Împreună, observațiile seismice și dovezile chimice ajută cercetătorii să dezvolte o imagine mai clară a modului în care un sistem vulcanic gigantic își poate reconstrui treptat rezerva subterană de magmă după o erupție masivă.
Acest proces de realimentare nu înseamnă că o altă erupție catastrofală este iminentă.
În schimb, relevă cum un rezervor de magmă poate fi reîncărcat pe parcursul a mii de ani, un proces important pe care oamenii de știință trebuie să-l înțeleagă înainte de a putea evalua în mod fiabil comportamentul pe termen lung al supervulcaniiilor.
Ce poate dezvălui descoperirea despre Yellowstone
Descoperirile ar putea avea implicații mult dincolo de Japonia.
Cercetătorii cred că procesul identificat sub Kikai ar putea ajuta la explicarea de ce alte sisteme de caldere enorme, inclusiv Yellowstone și Toba, conțin, de asemenea, mari rezervoare de magmă relativ aproape de suprafața Pământului.
"Acest model de reinjecție a magmei este în concordanță cu existența unor mari rezervoare de magmă superficiale sub alte caldere gigantice precum Yellowstone și Toba", spune Seama.
Modelul propus sugerează că, după o erupție gigantică, magma nouă poate intra și realimenta treptat un rezervor subteran existent.
Înțelegerea modului în care acest lucru se întâmplă ar putea dezvălui modele importante în ciclurile pe termen lung de acumulare a magmei, activitate vulcanică și erupții majore.
Cercetătorii speră acum să îmbunătățească tehnicile seismice utilizate la Kikai, astfel încât să poată investiga mișcarea și stocarea magmei în mai multe detalii.
"Dorim să rafinăm metodele care s-au dovedit atât de utile în acest studiu pentru a înțelege mai profund procesele de reinjecție.
Obiectivul nostru final este să fim mai capabili să monitorizăm indicatorii cruciali ai erupțiilor gigantice viitoare."
Prin dezvăluirea modului în care magma proaspătă se acumulează sub un vulcan responsabil pentru una dintre cele mai extraordinare erupții de pe Pământ, cercetarea aduce oamenii de știință mai aproape de înțelegerea proceselor care, în cele din urmă, fac posibile astfel de evenimente colosale.