由曼彻斯特大学领导的一个国际研究小组分析了2021年西班牙拉帕尔马岛塔霍盖特火山喷发的岩浆。科学家发现，当岩浆温度超过晶体保持稳定的温度时发生的“过热”现象，可以推迟岩浆向地表移动过程中的晶体形成。
过热消除了晶核
这项发表在《自然-通讯》上的研究发现，剧烈的高温可以溶解微小的现有晶体，而这些晶体通常充当新晶体生长的“种子”。
过热还在微观层面上重组了岩浆，使其内部结构更加均匀，不利于新晶体的发育。这些变化会影响岩浆上升的速度以及火山气体逸出的难易程度。这些因素共同作用，可以强烈影响喷发是产生壮观的熔岩喷泉，还是缓慢流出熔岩。
这些结果为岩浆的温度历史如何影响喷发前和喷发期间的结晶这一长期科学问题提供了新见解。
第一作者、曼彻斯特大学副研究员Barbara Bonechi博士说：“晶体和气泡生长的历史可以显著控制岩浆的喷发方式；特别是随着更多晶体的生长，它们最终会对岩浆粘度产生巨大影响。在此之前，我们并不完全了解那些在上升前刚刚注入过热能量的岩浆其晶体生长的动力学过程。但是利用我们新开发的令人兴奋的X射线透明高压容器，结合同步加速器X射线显微断层扫描技术，我们实际上可以‘原位’观察这些过程。”
在实验室中重现火山条件
为了研究这一过程，研究人员利用从塔霍盖特喷发中采集的岩浆，重现了火山内部的条件。该岩浆可能在喷发前以及穿过地壳上升的过程中经历过过热。
在钻石光源，该团队利用同步加速器X射线显微断层扫描技术实时观察岩浆内部的晶体形成。他们还在布拉格进行了补充性的离位实验，这使得长时间观察样品成为可能。
通过这些实验，科学家们能够在精心控制的强热和高压条件下追踪结晶过程。
晶体生长延迟超过八小时
样品之间的差异令人震惊。未经过热的岩浆在大约20分钟后开始形成晶体。
相比之下，强烈的过热阻止晶体形成超过八小时。
研究人员在岩浆上升的数值模型中使用了这些实验测量的成核延迟。这些模拟旨在展示岩浆向上穿过地壳时的移动和变化方式。
热量如何改变喷发
模型表明，结晶过程的长时间延迟可以使岩浆保持相对流动的状态，使其能够迅速上升至地表。这种快速移动的岩浆有助于产生壮观的熔岩喷泉。
然而，当晶体开始较早形成时，岩浆会变得更稠、更粘。随后其上升速度变慢，使火山气体有更多时间逸出，从而更有可能发生温和的溢流式喷发。
研究人员表示，这一新发现的过热作用可以帮助火山学家更好地解读监测数据，并改进对喷发行为的预测。
合著者、曼彻斯特大学火山学高级讲师Margherita Polacci博士说：“目前的火山灾害模型通常关注岩浆化学成分、气体含量和压力变化。这项工作表明，喷发前的热历史和结晶动力学在控制岩浆上升和喷发行为方面也可能发挥重要作用，这对火山灾害评估具有启示意义。”