Trong một thế giới mà các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm và hóa học của magma quyết định cách thức một núi lửa phun trào, việc hiểu rõ về các điều kiện này trở nên cực kỳ quan trọng. Bài viết này tập hợp thông tin từ các nhà khoa học thuộc Trung tâm Quan sát Núi lửa Yellowstone, đặc biệt là nghiên cứu của Violet Turner và Faith Nolander, trong khuôn khổ dự án nghiên cứu đại học mùa hè với Tiến sĩ Madison Myers, Giảng viên Khoa học Địa chất tại Đại học Bang Montana.
Mối Liên Hệ Giữa Nhiệt Độ và Phun Trào
Các nhà khoa học chỉ ra rằng, magma càng nóng thì độ dính của nó càng giảm. Ngược lại, khi magma nguội đi, các bọt khí có thể tích tụ và làm cho một vụ phun trào trở nên bùng nổ hơn. Tuy nhiên, việc đo nhiệt độ trong khoang magma là một thách thức. Thay vì dùng nhiệt kế truyền thống, các nhà địa chất học phải dựa vào thành phần hóa học của đá để suy luận.
Có thể hình dung quá trình này qua việc so sánh với những vòng cây: trong những năm ẩm ướt, khoảng cách giữa các vòng phát triển rộng hơn, trong khi đó, trong những năm nóng, những khoảng cách này nhỏ lại. Tương tự, sự phát triển của các khoáng chất trong magma rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ và áp suất theo thời gian. Những thay đổi này được ghi lại như những biến chuyển nhỏ trong thành phần hóa học của các lớp khoáng.
Công Nghệ Phân Tích Electron Microprobe
Để đo lường thành phần hóa học của các khoáng chất, các nhà địa hóa sử dụng công nghệ gọi là phân tích electron microprobe. Quá trình này giống như chụp X-quang cho đá; các mẫu đá được đặt trong buồng kín và bị bắn phá bởi electron. Mỗi khoáng tinh thể phát ra năng lượng khác nhau tùy thuộc vào các nguyên tố có mặt, và việc đo lường năng lượng này sẽ cho biết thành phần ở khu vực mà vi tinh thể bị bắn phá.
Bằng cách so sánh hóa học của khoáng chất với hóa học của magma, mà có thể được bảo tồn bên cạnh đá như thủy tinh núi lửa (magma đã nguội nhanh sau khi phun trào), các nhà địa hóa đã tìm ra cách xác định lịch sử nhiệt độ của magma. Phương pháp này gọi là nhiệt kế khoáng-melt.
Nhiệt Kế Khoáng-Melt
Nhiệt kế khoáng-melt sử dụng các phương trình khác nhau được tạo ra từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ và áp suất cao. Hầu hết các khoáng chất đều có nhiệt kế tương ứng, điều này có nghĩa rằng phương pháp này có thể áp dụng cho hầu hết các núi lửa.
Những thông tin về sự biến đổi nhiệt độ giữa các vụ phun trào và loại trầm tích là rất cần thiết để hiểu rõ vị trí của các cơ thể magma dưới mặt đất. Chẳng hạn, các sóng địa chấn do động đất phát ra di chuyển với tốc độ khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ của đá mà chúng xuyên qua. Do đó, các ước lượng nhiệt độ cho một khối magma dựa trên các nhiệt kế khoáng-melt có thể giúp các nhà địa vật lý hiểu và hình ảnh hóa vị trí mà magma được lưu trữ trong vỏ trái đất.
Hóa Học của Magma Tại Yellowstone
Hóa học của một magma cũng liên quan mật thiết đến nhiệt độ mà nó phun trào. Các magma giàu siêu silica, như magma cung cấp cho các vụ phun trào tại Yellowstone, có nhiệt độ thấp hơn vài trăm độ so với các magma lỏng, ít siêu silica hơn, như magma của núi lửa Kīlauea ở Hawai’i. Tại Yellowstone, có nhiều loại trầm tích núi lửa, trong đó phổ biến nhất là dòng chảy magma rhyolitic và bùn tro nhiệt đới.
Cả bùn tro và dòng chảy magma có thể giống nhau về mặt hóa học và khoáng vật học—quartz và sanidine là những khoáng chất phổ biến nhất, với số lượng nhỏ hơn là plagioclase feldspar, clinopyroxene, và zircon. Tuy hiện tại không có nhiệt kế khoáng-melt cho quartz, nhưng có nhiều nhiệt kế cho sanidine và plagioclase, làm cho kỹ thuật này trở thành một công cụ thiết yếu cho các nhà địa hóa trong việc suy diễn nhiệt độ của các vụ phun trào tại Yellowstone.
Nghiên Cứu Hiện Tại Tại Yellowstone
Kỹ thuật nhiệt kế khoáng-melt đang được áp dụng bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Montana để ước lượng điều kiện nhiệt độ cho magma đã nuôi dòng chảy Lava Creek Tuff, liên quan đến việc hình thành Caldera Yellowstone khoảng 631,000 năm trước. Và một phát hiện thú vị được công bố: magma trước khi phun trào của Lava Creek Tuff có nhiệt độ khoảng 800°C (1500°F) trước khi nó phun ra! Đây là con số thấp cho magma, giúp giải thích tại sao vụ phun trào này lại rất mạnh—ở nhiệt độ này, magma sẽ giữ lại nhiều bọt khí.
Tương Lai Của Núi Lửa Yellowstone
Mặc dù các nhà địa chất không mong đợi Yellowstone sẽ sản sinh thêm một vụ phun trào siêu mạnh trong thời gian gần, nhưng việc hiểu cách mà các đặc tính của magma ảnh hưởng đến hành vi phun trào là rất quan trọng để xác định hệ thống núi lửa nơi đây. Với việc thiếu các phương pháp khác để xác định nhiệt độ magma, nhiệt kế khoáng-melt hiện đang là cách phổ biến nhất để các nhà núi lửa đo nhiệt độ của magma trước khi phun trào.
Tóm lại
Nghiên cứu về magma tại Yellowstone đang tiết lộ những thông tin quan trọng về cách thức nó hoạt động liên quan đến nhiệt độ, hóa học và kiểu phun trào, mở đường cho việc hiểu rõ hơn về những mối nguy hiểm tiềm ẩn từ núi lửa này trong tương lai.
Viết và biên tập bởi PMDN – Phần mềm quản lý kinh doanh khoáng sản chuyên nghiệp
