Istraživanje otkrilo kako nastaju visoki laveni vodopadi na havajskom vulkanu Kilauea

Lava koja prska u visokim fontanama, kakve se vide na havajskom vulkanu Kilauea, na Etni i u Islandu, ostaje do danas naučno neobjašnjen fenomen — na većini drugih vulkana lava se spušta niz obronke dovoljno sporo da ljudi mogu otići s njenog puta. Zahvaljujući seriji recentnih erupcija na Kilauei, istraživači US Geological Surveya dobili su dosad najbolje dokumentovane podatke o takvim fontanama, a rezultate su objavili u časopisu Science.

Kilauea, najmlađi i najaktivniji havajski vulkan, imao je samo tri epizode stvaranja fontana od 1823. godine, što je omogućilo intenzivno proučavanje i dobru poznavanje strukture vulkana. Ranija istraživanja identifikovala su zalihe lave na nekoliko kilometara ispod površine, a na Kilauei je bilo postavljeno 35 mjernih stanica — seismičkih, infrasound, geodetskih, mjerenja gasova, te vizuelnih i termičkih kamera.

Nakon velike erupcije 2018. godine, koja je djelimično ispraznila jedan od podzemnih rezervoara lave, ukazale su se naznake da se on postepeno puni. Od 2019. punjenje je ubrzalo, pa se vrh vulkana naduvalo brzinom većom od 22 centimetra godišnje, a 2023. taj porast se udvostručio na 57 centimetara godišnje i proširio na obližnju kalderu. Godine 2024. veliki niz zemljotresa pratio je otvaranje otvora i pukotine dugačke 900 metara, iz koje su tokom 13 sati bacili fontane visoke i do 160 metara. Manje od jednog dana nakon što je to stalo, uslijedila je druga erupcija. Do prošlog mjeseca zabilježeno je još 52 fontanskih erupcija, a najjača je bacala lavu više od 400 metara u zrak.

Predvidljivost erupcija

Jedno od najznačajnijih otkrića je da se može predvidjeti kada je fontana vjerovatna. Svaka erupcija prouzrokovala je brzo spuštanje vrha Kilaueje, nakon čega je slijedilo relativno sporo ponovno punjenje Halemaʻumaʻu rezervoara magme. USGS je uočio da se uzastopne erupcije dešavaju kada nagib vrha dođe na slične vrijednosti. Iako se prag nagiba koji prethodi erupcijama tokom vremena pomjerao naniže, razlika između uzastopnih erupcija bila je mala. Taj obrazac omogućio je da se izdaju upozorenja kada je erupcija vjerovatna — što je bilo posebno korisno jer neposredno prije novih fontana nema jasnih seizmičkih signala.

Šta pokreće fontane

Postoje dvije glavne teorije. Po jednoj, pritisak u rezervoaru magme drži vodu pomiješanu s drugim materijalima dok ne dođe do manje dubine, gdje izlazi kao para. To razbija magmu, koja tada brže uzlazi, što oslobađa više pare, i tako dalje, sve dok se kod površine ne stvori mlaz materijala. Druga teorija polazi od oslobađanja ugljen-dioksida iz magme, koji na krovu magmatske komore stvara pjenu magme i gasa; kad dostigne kritičnu tačku, gas bježi i vodi magmu sa sobom dok se zalihe u komori ne iscrpe.

Novi podaci ne daju konačan odgovor, ali jasno ne idu u prilog teoriji pene od ugljen-dioksida, jer su nivoi tog gasa ostali niski tokom cijelog ciklusa erupcije. Nivoi sumpor-dioksida rasli su tokom erupcija i padali poslije njih, ali su ostali visoki tokom cijelog perioda — to ukazuje da gasovi iz magme više izlaze tokom erupcija, ali da se oslobađaju i neprekidno između njih. Dokazi tako naginju modelu erupcija pokrenutih parom, mada ostaje nejasno zašto proces koji se odvija tokom cijelog ciklusa izaziva fontane kad malo poraste.

Hemija erupcije dala je i podatak o magnezijum-oksidu, koji ukazuje na temperaturu magme. On je varirao tokom ciklusa erupcije, što je u skladu s ciklusom u kojem erupcije iscrpljuju rezervoar koji se potom puni novim vrelim materijalom. Suprotno tome, drugi oksidi rasli su tokom vremena, što ukazuje da novodolazeći materijal ima drugačiji hemijski sastav.

Uprkos bogatstvu senzora u blizini, istraživači su priznali da bi bilo dobro imati više podataka. Uzorci nivoa gasova tipično se prikupljaju na infracrvenim talasnim dužinama, a, kao što se može zamisliti, tokom fontanske erupcije dešavalo se mnogo toga u infracrvenom spektru, što je otežavalo mjerenja. Zbog visine nekih fontana, nije bilo nužno sigurno instalirati dodatnu opremu za praćenje. Jedna kamera je, poznato, žrtvovala sebe kako bi nam donijela slike usijane, djelimično istopljene stene koja pada s neba.