La roccia fusa che alimenta i vulcani può essere immagazzinata nella crosta terrestre fino a mille anni, un risultato che può aiutare con la gestione del rischio vulcanico e una migliore previsione di quando potrebbero verificarsi eruzioni.

I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno utilizzato minerali vulcanici noti come "orologi di cristallo" per calcolare per quanto tempo il magma può essere conservato nelle parti più profonde dei sistemi vulcanici. Questa è la prima stima dei tempi di stoccaggio del magma vicino al confine della crosta terrestre e del mantello, chiamato Moho. I risultati sono riportati sulla rivista Scienza .

"Questo è come un lavoro investigativo geologico, " ha affermato il dottor Euan Mutch del Dipartimento di Scienze della Terra di Cambridge, e il primo autore dell'articolo. "Studiando ciò che vediamo nelle rocce per ricostruire com'era l'eruzione, possiamo anche sapere in che tipo di condizioni è immagazzinato il magma, ma è difficile capire cosa sta succedendo nelle parti più profonde dei sistemi vulcanici".

"Determinare per quanto tempo il magma può essere immagazzinato nella crosta terrestre può aiutare a migliorare i modelli dei processi che innescano le eruzioni vulcaniche, " ha detto il co-autore Dr. John Maclennan, anche dal Dipartimento di Scienze della Terra. "La velocità di risalita e di stoccaggio del magma è strettamente legata al trasferimento di calore e sostanze chimiche nella crosta delle regioni vulcaniche, che è importante per l'energia geotermica e il rilascio di gas vulcanici nell'atmosfera".

I ricercatori hanno studiato l'eruzione Borgarhraun del vulcano Theistareykir nel nord dell'Islanda, che si è verificato circa 10, 000 anni fa, ed è stato alimentato direttamente dal Moho. Questa area di confine svolge un ruolo importante nell'elaborazione dei fusi mentre viaggiano dalle loro regioni di origine nel mantello verso la superficie terrestre. Per calcolare per quanto tempo il magma è stato immagazzinato in questa area di confine, i ricercatori hanno utilizzato un minerale vulcanico noto come spinello come un minuscolo cronometro o un orologio di cristallo.

Usando il metodo dell'orologio a cristallo, i ricercatori sono stati in grado di modellare come la composizione dei cristalli di spinello è cambiata nel tempo mentre il magma veniva immagazzinato. Nello specifico, hanno esaminato i tassi di diffusione dell'alluminio e del cromo all'interno dei cristalli e come questi elementi sono "zonati".

"La diffusione degli elementi lavora per portare il cristallo in equilibrio chimico con l'ambiente circostante, " ha detto Maclennan. "Se sappiamo quanto velocemente si diffondono possiamo capire per quanto tempo i minerali sono stati immagazzinati nel magma."

I ricercatori hanno esaminato come l'alluminio e il cromo erano suddivisi in zone nei cristalli, e si sono resi conto che questo schema stava dicendo loro qualcosa di eccitante e nuovo sul tempo di conservazione del magma. Le velocità di diffusione sono state stimate utilizzando i risultati di precedenti esperimenti di laboratorio. I ricercatori hanno quindi utilizzato un nuovo metodo, combinando la modellazione agli elementi finiti e il campionamento nidificato bayesiano per stimare i tempi di archiviazione.

"Ora abbiamo stime davvero buone in termini di provenienza del magma in termini di profondità, " disse Mutch. "Nessuno ha mai ottenuto questo tipo di informazioni temporali dalla crosta più profonda."

Il calcolo del tempo di conservazione del magma ha anche aiutato i ricercatori a determinare come il magma può essere trasferito in superficie. Invece del classico modello di vulcano con una grande camera magmatica sottostante, i ricercatori dicono che invece, è più simile a un "sistema idraulico" vulcanico che si estende attraverso la crosta con molti piccoli "beccucci" dove il magma può essere rapidamente trasferito in superficie.

Un secondo documento della stessa squadra, recentemente pubblicato su Nature Geoscience, scoperto che esiste un legame tra la velocità di risalita del magma e il rilascio di CO2, che ha implicazioni per il monitoraggio dei vulcani.

I ricercatori hanno osservato che una quantità sufficiente di CO2 è stata trasferita dal magma al gas nei giorni precedenti l'eruzione per indicare che il monitoraggio della CO2 potrebbe essere un modo utile per individuare i precursori delle eruzioni in Islanda. Basato sullo stesso set di cristalli di Borgarhraun, i ricercatori hanno scoperto che il magma può salire in superficie da una camera profonda 20 chilometri in appena quattro giorni.