Учёные выяснили, как трение запускает вулканическую активность — Science

Долгое время учёные считали, что поведение вулканов определяется только давлением и количеством газов в магме. Однако международная группа исследователей, опубликовавшая работу в журнале Science, показала: ключевую роль играет трение. Этот фактор объясняет, почему некоторые вулканы с газонасыщенной магмой извергаются спокойно, а другие, напротив, взрываются с разрушительной силой.

Как изменилась теория извержений

Раньше процесс сравнивали с открытием бутылки шампанского: падение давления высвобождает газ, и жидкость вырывается наружу. Но на практике это правило не всегда работало. Сент-Хеленс (США) или Кизапу (Чили) демонстрировали обратное — богатая газами магма не взрывалась, а вытекала плавно.

"Представьте, что вы размешиваете мед: у стенок банки он движется медленнее, чем в центре. Так же и в жерле: у краёв потока магма трётся о стенки, создавая сдвиговые силы, которые могут менять её структуру", — пояснил профессор Оливье Бахманн.

Что доказали эксперименты

Исследователи провели серию лабораторных опытов с вязкой жидкостью, насыщенной углекислым газом. Как только уровень трения достигал определённого порога, начинали образовываться газовые пузырьки - даже без снижения давления.

Это открытие стало объяснением парадокса: только силы сдвига способны запустить дегазацию магмы. Если пузырьки образуются глубоко в канале, они объединяются в вертикальные "трубки", через которые газ спокойно выходит наружу, сбрасывая давление.

Сравнение: старые и новые модели вулканизма

Советы шаг за шагом: как новое открытие помогает прогнозировать извержения

1. Измерять вязкость магмы. Чем гуще состав, тем выше вероятность сдвиговых эффектов.
2. Следить за микросейсмикой. Вибрации от трения указывают на зарождение газовых каналов.
3. Фиксировать химический состав газов. Резкое изменение пропорций CO₂ и SO₂ говорит о переходе в нестабильное состояние.
4. Использовать модели трения. Компьютерное моделирование показывает, где и когда может начаться дегазация.
5. Обновлять карты рисков. Новая теория позволяет точнее оценивать, какие вулканы потенциально взрывоопасны.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: считать, что уровень газа определяет мощность извержения.
  Последствие: недооценка риска при наблюдении за "спокойными" вулканами.
  Альтернатива: учитывать влияние трения и внутренней структуры потоков магмы.
• Ошибка: игнорировать лабораторные модели.
  Последствие: устаревшие прогнозы и внезапные катастрофы.
  Альтернатива: использовать физическое моделирование для оценки поведения магмы.

А что если трение можно измерить заранее?

Учёные уже работают над датчиками, способными фиксировать внутренние сдвиговые силы в магматических каналах. Если удастся "увидеть" рост трения под поверхностью, человечество сможет предсказывать извержения не по факту, а заранее, ещё до начала дегазации.

Плюсы и минусы новой модели

FAQ

Почему трение раньше не учитывали?
Потому что считалось, что силы сдвига слишком малы для генерации газа. Новые эксперименты опровергли это предположение.

Можно ли предотвратить извержение, если уменьшить трение?
Нет, но можно заранее понять, идёт ли дегазация — и вовремя эвакуировать население.

Связано ли это с землетрясениями?
Отчасти да. Сдвиговые напряжения в магме могут сопровождаться слабой сейсмической активностью.

Мифы и правда

• Миф: богатая газами магма всегда взрывоопасна.
  Правда: если газ выходит через трение заранее, извержение может быть спокойным.
• Миф: давление — единственная причина катастрофы.
  Правда: трение может запустить процесс даже без его падения.
• Миф: вулкан нельзя "прочитать".
  Правда: лабораторные модели уже позволяют предсказывать фазу извержения.

Три интересных факта

1. Вязкость магмы может отличаться в тысячу раз даже у соседних вулканов.
2. Лабораторный "мини-вулкан" диаметром 30 см точно повторяет процессы в жерле реальных гор.
3. Оливье Бахманн ранее участвовал в проектах по исследованию извержений Этны и разработке датчиков для NASA.

Исторический контекст

Первое научное описание извержений датируется XVIII веком, когда учёные связывали их исключительно с "паровыми взрывами". Только в XX веке появились идеи о роли газов. Теперь XXI век добавил новый элемент — трение, которое превращает теорию вулканизма в динамическую науку, объединяющую геологию, физику и математику.