Jaunas atziņas par mehāniku aiz Havaju Kīlauea lavu fontāniem

Attēls: Ars Technica · Avots

ASV Ģeoloģijas dienesta pētījums par Kīlauea nesenajiem izvirdumiem sniedz norādes lavu fontānu prognozēšanai un liecina, ka fontānu enerģijas avots drīzāk ir tvaika radīti procesi nekā ogļskābās gāzes putas.

Havaju Kīlauea vulkāna iespaidīgie lavu fontāni jau sen intriģē vulkanologus, tomēr spēki, kas virza šos simtiem metru augstos kūstošās magmas strūklas, joprojām daļēji ir noslēpums. Nesenie izvirdumi snieguši nepieredzētu iespēju pētīt un labāk izprast šos dramatiskos vulkāniskos fenomēnus.

Kīlauea, jaunākais un aktīvākais vulkāns Havaju salās, parasti izdala lēni kustīgus lavu plūsmas. Tomēr kopš 1823. gada tas piedzīvojis tikai trīs lava fontānu epizodes. Pēc lielā 2018. gada izvirduma, kas daļēji iztukšoja pazemes magmas krātuvi, ASV Ģeoloģijas dienesta (USGS) zinātnieki intensīvi uzraudzīja vietu, izmantojot 35 staciju tīklu ar seismiskajiem, infraskaņas, ģeodēziskajiem, gāzes sensoriem un termālajām un vizuālajām kamerām.

No 2019. gada Kīlauea apakšā esošā magmas krātuve lēnām sāka uzpildīties, sākotnēji lēnām, bet līdz 2023. gadam būtiski paātrinoties, izraisot virsotnes uzpūšanos pieaugošā ātrumā, vispirms 22 centimetrus gadā, tad 57 centimetrus gadā. 2024. gadā notika virkne zemestrīču, kad atvērās 900 metru garš plaisa, kas aptuveni 13 stundas izmeta lavu fontānus līdz 160 metru augstumam. Drīz pēc tam sekoja otra izvirduma fāze. Nākamajā mēnesī USGS reģistrēja vēl 52 fontānu izvirdumus, daži no tiem izmeta lavu vairāk nekā 400 metru augstumā.

Šīs aktivitātes galvenie atklājumi ietvēra spēju paredzēt izvirdumu laiku, uzraugot Kīlauea virsotnes slīpumu. Katrs izvirdums radīja ātru virsotnes nolaišanos, kam sekoja pakāpeniska magmas krātuves uzpilde. Nākamie izvirdumi notika, kad virsotnes slīpuma mērījumi sasniedza līdzīgus sliekšņus, ļaujot pilnveidot izvirdumu brīdinājumus, neskatoties uz to, ka tieši pirms lava fontāna aktivitātes nebija skaidru seismisku signālu.

Par mehānismiem, kas rada šos lavu fontānus, pastāv divas galvenās hipotēzes. Viena skaidro fontānus ar tvaiku, kas veidojas, kad magmas krātuves ūdens sasniedz seklāku dziļumu un strauji pārvēršas tvaikā, sagraujot magmu un virzot to uz augšu. Otra norāda uz ogļskābās gāzes veidošanos pūkā virs magmas kameras, kas pēkšņi atbrīvojas, virzot fontānus.

Nesenie izvirdumu dati liecina par zemām ogļskābās gāzes koncentrācijām visa izvirdumu cikla laikā, vājinot putu teorijas atbalstu. Sēra dioksīda līmenis izvirdumu laikā palielinājās, bet kopumā saglabājās augsts, norādot uz nepārtrauktu gāzu izplūdi no magmas, taču ar palielinātu aktivitāti fontānu laikā. Šie pierādījumi liecina par tvaika izraisīta izvirduma modeli, lai gan nav skaidrs, kāpēc vienmērīgi procesi pēkšņi pārvēršas fontānos.

Ķīmiskā magma paraugu analīze atklāja magnija oksīda līmeņa svārstības, kas atspoguļo temperatūras izmaiņas, kas saskan ar magmas izsīkšanas un papildināšanas cikliem. Citi oksīdi laika gaitā palielinājās, liecinot, ka ierodas jauna magma ar atšķirīgu ķīmiju.

Neskatoties uz plašu instrumentu izmantošanu, pastāv izaicinājumi, īpaši gāzu paraugu ņemšanā, ko apgrūtina infrasarkanās traucējumi lava fontānu laikā, un drošības riski, ko rada augstie strūkli. Viena kamera tika zaudēta, uzņemot tuvplānus ar kausēto iezi krītam no debesīm.

Kīlauea turpina kalpot kā spēcīga dabas laboratorija, kas izskaidro vulkānisko izvirdumu dinamiku. Lai gan jaunākie pētījumi iezīmē būtiskus progresus lava fontānu izpratnē un prognozēšanā, vēl daudz kas jāapgūst pilnīgai šo ugunīgo fenomenu noslēpumu atklāšanai.

(Zinātniska atsauce: USGS pētījums publicēts žurnālā Science, 2026. gada oktobris, DOI: 10.1126/science.aef2931)