結晶(クリスタル)の構造が、溶岩の導線を予知する

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結晶(クリスタル)の構造が、溶岩の導線を予知する

スタンフォード大学の研究チームが、キラウエア火山が噴火した後に発見されたミリメートルサイズの溶岩に埋もれていた結晶の構造を分析し、溶岩の導線などを予測できる可能性がある事を発見しました。

火山とともに生きる人々に対してのハザードマップ製作に大きく貢献する事が期待されます。

Scientists striving to understand how and when volcanoes might erupt face a challenge: many of the processes take place deep underground in lava tubes churning with dangerous molten Earth. Upon eruption, any subterranean markers that could have offered clues leading up to a blast are often destroyed.

参照元:https://news.stanford.edu/2020/12/04/crystals-may-help-reveal-hidden-kilauea-volcano-behavior/
– スタンフォード大学 Stanford University, December 4, 2020 –

研究者は、ハワイのキラウエア火山の1959年の噴火からのミリメートルサイズの結晶を使用して、噴火前および噴火中の流れの状態に関する洞察を提供するモデルをテストしました。

火山がいつどのように噴火するかを理解しようと努力している科学者たちは、課題に直面しています。

プロセスの多くは、危険な溶岩でかき回される溶岩洞の地下深くで行われます。

噴火の際、爆発に至る手がかりを提供する可能性のある地下のマーカーはしばしば破壊されます。

しかし、半世紀以上前にハワイで起こった激しい噴火の間に形成された鉱物かんらん石の小さな結晶の観察を活用することによって、スタンフォード大学の研究者はマグマの流れのコンピューターモデルをテストする方法を見つけました。

過去の噴火について、そしておそらく将来の噴火を予測するのに役立ちます。

スタンフォード大学地球エネルギー学部の地球物理学の助教授であるジェニー・サッカレ氏は話します。

「それは私にとって火山学の聖杯です。」

1959年にハワイのキラウエア火山が噴火した後、ミリメートルサイズの結晶が溶岩に埋もれているのが発見されました。

結晶の分析は、それらが奇妙であるが驚くほど一貫したパターンで配向していることを明らかにしました。

スタンフォード大学の研究者は、流れの中の結晶の方向に影響を与える地下マグマ内の波によって形成されたと仮定しました。

彼らは、12月4日にScience Advancesで発表された研究で、この物理的プロセスを初めてシミュレートしました。

サッカレ氏は話します。

「私は常に、これらの結晶が私たちが彼らに信用を与えるよりもはるかに興味深くそして重要であるという疑いを持っていました。」

サッカレ氏が自身の疑いに基づいて行動するように促したのは偶然の出会いでした。

彼女は、スタンフォード大学の大学院生による海洋のマイクロプラスチックに関するプレゼンテーションを聞いているときに洞察を得ました。

海洋では、波によって非球形の粒子が一貫した誤配向パターンをとることがあります。

サッカレ氏は、キラウエアの奇妙な結晶方位に理論を適用できるかどうかを確認するために、講演者、当時の博士課程の学生であるMichelleDiBenedetto氏を採用しました。

サッカレ氏は話します。

「これは、細部を最も重要な証拠として評価するという探偵の仕事の結果です。」

チームは、地球物理学の研究科学者であるZhipeng Qin氏とともに、溶存ガスを含むマグマの冷却時に形成される暗くて多孔質の岩であるスコリアからの結晶を分析しました。

火山が噴火すると、液体マグマ(表面に到達すると溶岩と呼ばれます)は、気温が低いことで衝撃を受け、自然に発生するかんらん石の結晶と泡をすばやく閉じ込めます。

このプロセスは非常に急速に起こるため、結晶は成長できず、噴火中に起こったことを効果的に捉えます。

新しいシミュレーションは、キラウエア火山の主要な山頂カルデラの隣にあるピットクレーターであるキラウエアイキの結晶方位に基づいています。

これは、キラウエアの導管、つまり地下の高温のマグマが地表に上昇する管状の通路の流れを理解するためのベースラインを提供します。

スコリアは火山から数百フィート離れたところに吹き飛ばされる可能性があるため、これらのサンプルは比較的簡単に収集できます。

現在ウッズホール海洋研究所のポスドク研究員である研究の筆頭著者であるディベネデット氏は話します。

「これらの非常に小規模なプロセスを使用して、この巨大なシステムを理解できることはエキサイティングです。」

液体を維持するために、火山内の物質は絶えず動いている必要があります。

チームの分析によると、結晶の奇妙な整列は、マグマが一度に2つの方向に移動し、一方の流れが一方の定常流で導管を流れるのではなく、もう一方の流れの真上にあることが原因であることが示されています。

研究者たちは以前にこれが起こる可能性があると推測していましたが、サッカレ氏によれば、溶融導管への直接アクセスの欠如は決定的な証拠を妨げました。

サッカレ氏は説明します。

「このデータは、これらの危険性に関する将来の研究を進めるために重要です。なぜなら、波を測定できれば、マグマの流れを制限でき、これらの結晶によって、その波に到達できるからです。」

活火山の予測不可能な噴火のため、ハザードの観点からキラウエアを監視することは継続的な課題です。

溶岩が継続的に漏れる代わりに、定期的に破裂して溶岩が流れ、ハワイ島の南東側の住民を危険にさらします。

研究者によると、将来のキラウエア火山の噴火のさまざまな段階で結晶の方向のずれを追跡することで、科学者は時間の経過とともに導管の流れの状態を推測できるようになる可能性があります。

サッカレ氏は話します。

「次のエピソードがいつ始まるのか、それがどれほど悪くなるのかは誰にもわからない。そして、すべてが導管のダイナミクスの詳細にかかっています。」

サッカレ氏はまた、スタンフォードウッズ環境研究所のフェローであり、市民環境工学の助教授であり、スタンフォード計算数学工学研究所(ICME)のメンバーでもあります。

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