Elementi volatili nel magma, principalmente acqua, guidare eruzioni vulcaniche esplosive. La parte difficile è determinare la quantità di contenuto volatile presente prima dell'eruzione. Ciò è particolarmente difficile quando l'unica prova che gli scienziati hanno a disposizione è il prodotto finale dopo che tutte le sostanze volatili sono state perse.

Una nuova ricerca della Washington University di St. Louis fornisce prove convincenti che i magmi possono essere più umidi di quanto si pensasse un tempo. Il lavoro, guidato da geochimici sperimentali tra cui Michael J. Krawczynski, assistente professore di scienze della terra e planetarie in arti e scienze, è pubblicato nel numero del 2 luglio della rivista Mineralologo americano .

Il metodo più comune per determinare il contenuto volatile richiede lo studio delle inclusioni di fusione, piccoli pezzi di magma intrappolati nei cristalli eruttarono nella lava. Gli scienziati studiano queste inclusioni vetrose per determinare la quantità di idrogeno presente, che, attraverso il calcolo a ritroso, può indicare quanta acqua era dissolta nel magma della crosta terrestre prima dell'eruzione di un vulcano. Questo metodo è generalmente accettato come un limite inferiore accurato sul contenuto volatile, tenendo conto di parte dell'acqua che potrebbe essere andata persa durante l'esplosione stessa.

Krawczynski e Maxim Gavrilenko, un ex borsista post-dottorato nel laboratorio di Krawczynski che ora è all'Università del Nevada, Reno, voleva invece guardare al limite superiore, qualcosa che non era stato studiato sperimentalmente.

"Ciò che le persone non hanno mai guardato prima e ciò che stiamo cercando di misurare ora è, quanto è grande questo secchio?" disse Krawczynski. "Puoi immaginare se piovesse molto, e il tuo pluviometro era pieno, allora non sai davvero quanto ha piovuto. Poteva piovere di più! Non possiamo proprio dirlo".

Lo stesso vale per le inclusioni di fusione. Se un'inclusione di fusione non può contenere tutta l'acqua, quindi gli scienziati non hanno la lettura corretta del limite superiore del contenuto di acqua nel magma. Il secchio è troppo piccolo.

Creare magma in laboratorio

Gavrilenko e Krawczynski hanno creato inclusioni sintetiche di fusione in laboratorio per capire quanta acqua potrebbe contenere una fusione. Per fare questo, i ricercatori hanno riprodotto le condizioni di temperatura e pressione che esistono a 40 chilometri sotto la superficie terrestre. Prossimo, hanno sciolto e spento (raffreddato rapidamente) il campione, poi hanno determinato se il loro esperimento aveva creato un bicchiere. Hanno continuato il processo, aggiungendo sempre più acqua al campione fino a quando il campione non poteva più essere spento per formare un bicchiere.

"Abbiamo scoperto che se hai molta acqua, poi alla fine non hai un bicchiere, " Ha detto Gavrilenko. Queste inclusioni di fusione devitrificata (non vetrosa) esistono in natura, ma sono preferenzialmente non studiati per i volatili, il che ha portato alla distorsione del campione in questo campo di ricerca.

Questo pregiudizio è particolarmente problematico per gli scienziati che stanno cercando di capire quanta acqua viene riciclata in superficie nelle zone di subduzione, che sono più ricchi di acqua rispetto ad altri ambienti tettonici. "Se i magmi profondi in queste zone hanno più del 9% in peso di acqua, allora non saranno misurati correttamente con l'attuale metodo gold standard, " Gavrilenko ha detto. "C'è bisogno di trovare un nuovo metodo per misurare. Abbiamo bisogno di un nuovo, secchio più grande."

Implicazioni sul ciclo globale dell'acqua

Questi risultati sono in linea con il recente lavoro di Douglas A. Wiens, il Distinguished Professor Robert S. Brookings in scienze della terra e planetarie. In un articolo pubblicato sulla rivista Natura l'autunno scorso, Wiens ha concluso che fino a quattro volte più acqua potrebbe subentrare nel mantello terrestre di quanto pensassero gli scienziati. Il lavoro di Gavrilenko e Krawczynski indica come il ciclo dell'acqua dentro e fuori la crosta potrebbe essere riequilibrato sulla scia di tali scoperte.

"Se più sta scendendo (nel mantello), più deve uscire di nuovo nella crosta terrestre, " Krawczynski ha detto. "Questo è quello che stiamo guardando qui. Abbiamo capito che è un ciclo che deve essere equilibrato, ma non abbiamo avuto una buona comprensione delle dimensioni dei diversi serbatoi".