Diamond Light Source’daki araştırmacılar, volkanik patlamalar hakkında bize neler söyleyebileceklerini görmek için nanolit adı verilen mikroskobik kristallere bakmak için gelişmiş görüntülemeyi kullandılar.
Oldukça patlayıcı patlamalar, aktif volkanların yakınında yaşayan topluluklar için önemli bir tehlike oluşturur. Bu patlamalar, atmosfere yükselen kül ve gaz sütunları üretebilir ve yanardağdan kilometre uzakta büyük miktarlarda volkanik malzeme biriktirir.
Volkanik bir patlamanın nasıl patlayıcı olduğu, kabuktan magma yükseldikçe ne olduğuna bağlıdır. Yukarı doğru hareket ederken, magmayı daha kalın (daha viskoz) yapan ve patlayıcı bir patlama şansını artıran kristaller ve gaz kabarcıkları oluşur. Bu tür patlamalara neyin yol açabileceğini anlamak, yakındaki topluluklara yönelik tehlikeyi değerlendirmek için önemli bilgiler sağlayabilir.
Son zamanlarda yayınlanan bir çalışma Doğa İletişimiDr. Emily C. Bamber tarafından yönetilen uluslararası bir araştırma ekibi tarafından Ulusal Araştırma Konseyi Seramikleri (CNR-ISSMC) için Bilim, Teknoloji ve Sürdürülebilirlik Enstitüsü’nde yürütülen patlayıcı patlamalarda nano ölçekli kristallerin rolünü araştırdı.
Nanolit olarak bilinen bu kristaller, <1 mikron boyutudur (karşılaştırma için, bir insan saçı 100 mikrondur) ve bu nedenle, küçük boyutları nedeniyle geleneksel mikroskopi tekniklerini kullanmayı gözlemlemesi zordur. Demir ve titanyumla zenginleştirilmiş nanolitleri çözmek ve görselleştirmek için ekip, Diamond'ın i13-1 ışın hattında röntgen ptychography kullandı. X-ışını ptychography, nano ölçekte, aynı zamanda tutarlı kırınım görüntüleme (CDI) taraması olarak da tanımlanan lenssiz, faz görüntüleme mikroskopisi tekniğidir.
Çalışma, alışılmadık iki patlayıcı bazaltik patlamanın yeri olan Nikaragua’daki Las Sierras-Masaya bölgesinden volkanik kayalara odaklandı: Fontana lapilli ve Masaya üçlü katman olayları. Bazaltik magma tipik olarak viskozite düşüktür ve nazikçe patlar, ancak bu olaylar yükselen kül sütunları üretir ve bir kübik kilometre malzeme üzerinde çıkarılır.
Patlayıcılarının anahtarı nanolitlerde olabilir. Araştırmacılar, titanomagnetit olarak bilinen titanyum açısından zengin kristallerin, çevredeki magmadan demir ve titanyum çeken uzun, düzensiz kümeler oluşturduğunu keşfettiler. Bu kimyasal kayma, önemli ölçüde daha viskoz olan kristallerin etrafında silika açısından zengin bölgeler yaratır. Sonuç, normalden 1000 kat daha kalın olan ve yükseldikçe şiddetli bir şekilde parçalanmaya hazırlanan bir magma’dır.
I13-1 3D görüntüleri, nanolitlerin sadece magmada özgürce yüzmediğini ortaya koydu. Birlikte 6 mikrometre kadar büyük yapılara katlanırlar, hem kimyayı hem de erimiş kayanın fiziksel akışını değiştirirler.
Hem katı parçacıkların varlığından hem de indükledikleri kimyasal değişikliklerin neden olduğu bu kalınlaşma etkisi, magmayı patlayıcı parçalanmaya daha yatkın hale getirir. Fontana lapilli ve Masaya üçlü katman patlamaları durumunda, magmanın yüksek kristal içeriği, hızlı yükseliş ve nispeten serin depolama koşulları beklenmedik patlayıcılığına katkıda bulundu.
Bulgular, volkanik tehlikeleri görüntülemek için yeni bir lens sunmaktadır. Nanolitlerin nasıl oluştuğunu ve davrandığını anlayarak, bilim adamları, daha önce düşük risk olduğunu düşündüğü gibi volkanlarda bile hangi patlamaların daha patlayıcı olabileceğini daha iyi tahmin edebilirler.
