Volkanlardan Gelen Küçük Kristaller Patlama Zamanını Ortaya Çıkarabilir

Arjantin’deki Tuzgle yanardağından kristaller, 5 mm uzunluğunda.

Binlerce milyon insan, Pasifik Ateş Halkası üzerinde faaliyet gösterdikleri için aktif yanardağların yakınında yaşar. Bu sismik ve volkanik aktivite kuşağı, Aotearoa Yeni Zelanda ve Pasifik Adaları’ndan başlayıp Japonya’ya, ardından Kuzey ve Güney Amerika’nın Pasifik kıyılarına kadar Pasifik Okyanusu‘nu çevreler.

Volkanik patlamaları kesin olarak öngöremeyiz, ancak bunları tetikleyen etkenleri anlamaya çalışabiliriz. Aktif yanardağları izler ve depremler gibi uyarı işaretlerini yorumlamaya çalışırız. Ancak daha derine de bakabiliriz.

Nature Communications’da yayımladığımız yeni araştırmamızda, Pasifik Ateş Halkası yanardağlarındaki en yaygın kristal olan plagioklas adlı mineralin, patlamadan kısa bir süre önce belirli bir şekil ve kimyaya büründüğünü bulduk.

Yanardağların içinde büyüyen bu küçük kristaller, magmanın patlamaya hazır olduğunu belirlemeye yardımcı olabilecek ortak bir kimyasal parmak izi ortaya koyar.

Europe Newsletter | Inline | Avrupalılar için haftalık bir e-posta

Yanardağlar karmaşık tarihler barındırır

Magma, bir yanardağın altında biriktirilmiş erimiş kayadır. Sıvı, kristaller (mineraller) ve su buharı gibi gazlardan oluşur. Magmanın büyük hacimleri, yanardağların altında günler, aylar, hatta yıllar boyunca sakin bir şekilde biriktirilabilir. Bu magmayı rahatsız eden bir şey olmazsa, sonunda yer altında soğuyabilir ve asla gün ışığı görmeyebilir.

Bir kritik olay bu sakinliği bozduğunda ise magma yüzeye doğru hareket eder ve volkanik bir patlama meydana gelir. Yüzeye ulaştığında ise lava olarak adlandırılır.

Vanuatu’daki Mount Yasur’dan bir patlama.
Kurt F. Wieder

Kazası, magmadaki tüm bozulmaların volkanik bir patlamayı tetikleyecek kadar güçlü olması gerekmez. Bu olayın ne zaman gerçekleşeceğini bilmek zor bir iş olsa da, iyi haber şu ki yanardağların bir hafızası vardır ve patlatıcı davranışlarını tekrar etme eğilimindedirler.

Bu, bir yanardağın geçmiş tarihinin keşfinin, onun gelecekteki patlatıcı davranışlarını daha iyi anlamamıza yardımcı olacağını ve belki de bunları öngörmemizi sağlayacağını gösterir.

Ancak yanardağların geçmişini nasıl keşfedebiliriz?

Volkan bir patlama geçirdiğinde, magma yüzeyin altında farklı derinliklerden gelen farklı kristal tiplerini taşır. Bu derinlikler birkaç kilometre kadar değişebilir. Kristaller, Dünya’nın iç kısımlarından yükselen magmadan oluştuğu için, patlamaya neden olan sürecin volkanın altında neler olduğunu anlamaya dair ipuçları içerebilir.

Sorun, bu derin hikâyeleri okumak ve patlamaya neyin neden olduğunu anlamaktır. Araştırmamızda, bu farklı sinyalleri ayırmak için üstün bir magmatik kristal hikâyeçisi olan plajiyoklazı kullanan yeni bir yaklaşım benimsiyoruz.

Bir deve kuşu değil, bir kamelya kristali

Plajiyoklaz, Pasifik Ateş Halkası’ndaki volkanların en yaygın minerallerinden biridir. Bir kamelya gibi, magma koşulları değiştiğinde görünüşünü ve kimyasal bileşimini değiştirir. Bu da ona volkanın patlamadan önceki tarihini, Dünya’nın derinliklerinden yüzeye kadar kaydetme imkanı verir.

Plajiyoklazın kimyası büyük ölçüde kalsiyum ve sodyum elementleriyle belirlenir. Mamanın sıcaklığı veya su içeriği artarsa, plajiyoklaz buna yanıt olarak kalsiyum içeriğini artırır.

Sıcaklık değişimi belirliyse, plajiyoklazın bir kısmını eritebilir ve ardından farklı bir bileşimle etrafında yeniden oluşabilir. Bu, jeologların “kristal kuşaklanması” dediği durumu ortaya çıkarır ve plajiyoklazın mikroskop altında farklı görünmesine neden olur.

Magmada bulduğumuz diğer kristallerden farklı olarak, plajiyoklazın şekilleri son derece çeşitli olabilir. Bu kristalin kimyasal ve dokusal izlerini ayırmak, volkanın karmaşık tarihini ortaya çıkarabilir.

Araştırmamızda, Pasifik Ateş Halkası’ndaki farklı volkanlarda plajiyoklaz kristallerini inceledik ve patlamadan önce kaydedilen son değişikliklerin dünya çapında şaşırtıcı derecede benzer olduğunu keşfettik.

Volkanik kayıtları araştırmak için yeni bir yol

Pasifik Ateş Halkası’ndaki en aktif bölgelerden birini araştırmak için Güney Amerika’daki And Dağları boyunca volkanik kayalar topladık. Bu volkanlar farklı biçimler alır. Bazıları aktiftir. Bazıları üç milyon yıl önce patlamıştır. Bazıları birkaç kez, diğerleri ise yalnızca bir kez patlamıştır.

Şili’deki Atacama Çölü’ndeki ekibimiz. Arka planda Socompa yanardağı.

Bu yanardakilerdeki farklı plajiyaz kristallerini betimlemek için mikroskobi kullandık. Ardından, her plajiyaz türünün kimyasını belirlemek için lazer dahil çeşitli teknolojiler kullandık. Bu da bize plajiyaz kristallerini oluşturan temel elementlerin haritalarını üretme imkanı sağladı.

Patlamadan hemen önce ve doğrudan son magmadan oluşan, “mikrokrist” olarak adlandırılan en küçük plajiyaz kristallerinin tüm yanardakilerde aynı kimyasal bileşime sahip olduğunu bulduk.

Bu plajiyaz kristallerinin oluştuğu sıcaklıkları hesapladığımızda, bu benzersiz imzanın soğuk magma havuzlarını besleyen daha sıcak magmayı ifade ettiğini gördük. Bunu yalnızca And dağları yanardakilerinde değil, aynı zamanda Pasifik Ateş Halkası boyunca yaygın bir özellik olarak bulduk.

Optik mikroskopta volkanik kaya (ince kesim: yaklaşık 2,5×4,5 cm). Plajiyaz kristalleri bu ışık türünde beyaz, gri, siyah ve soluk sarı görünebilir; bu da mineralin farklı yönelimlerinin ışığa tepkisinin farklı olduğunu yansıtır.

Buna karşılık, “mikrokrist”lerden daha erken ve daha düşük kalsiyum içeriğiyle oluşan plajiyaz kristallerinin patlayamayan magmayı yansıttığını bulduk – yani birikmeye ve yer kabuğunun içinde soğumaya başladığını.

Patlayamayan bu magma önemlidir, çünkü bakır gibi kritik metallerin birikmesi için bir beşik olabilir. Ayrıca yalnızca Yellowstone super yanardağı gibi olağanüstü süper patlamalarda patlayabilir.

Şimdi, plajiyazı bakır ve altın gibi metalleri biriktirebilen belirli magmaları tanımlamak için kullanabileceğimizi araştırdık; bunlar yenilenebilir enerji için kritiktir.

Bulgularımız, küçük ve çok yönlü plajiyaz kristallerinin volkanik patlamaların potansiyelini belirlemek için güçlü yeni bir alet haline gelebileceğini gösteriyor. Potansiyel olarak bu, bize daha yakından bakılması gereken görünürde “sakin” yanardakileri tanımlamaya yardımcı olabilir.

• Yeni araştırma, Avustralya ve Yeni Zelanda