Lava には 2 つの「フレーバー」があります。 科学者たちはついにその理由を理解したかもしれない

2018年に家族旅行中に、ジェニー・サッカレさんはハワイの古い溶岩流の上を歩き回っていたとき、漆黒の岩の突然の変化が彼女の目に留まりました。 片側にはパホイホイ（パホイホイと発音）と呼ばれる滑らかで波打つ溶岩のタイプがありました。 もう一方は、aa (アーアーと発音) として知られる鋭くギザギザした種類のものでした。 その日以来、スタンフォード大学の地球物理学者サッカレは、一見単純な疑問に悩まされてきた。世界中の溶岩に見られる劇的な組織変化の原因は何だろうか?

科学者たちは長年にわたり、流れの速度、流れがにじみ出る地面の傾斜、噴出した溶岩の量など、考えられる原因が多数あることを指摘してきた。 しかし、この変化を説明できる単一の要因はありません。 さて、サッカレと彼女の同僚は、溶岩流の力学をモデル化することによって、別の説明を提示した。突然の移行は、溶岩の洪水内の無秩序な撹拌によって引き起こされる可能性がある、と研究チームは先月地球物理学研究レターで報告した。

2 種類の溶岩は異なる速度で移動し、明確な危険をもたらすため、パホイホイがどのようにして aa に変形するかを理解することは、単なる科学的好奇心を超えています。 科学者は溶岩が全体的にどこに行くかを予測するのは得意ですが、溶岩がどのくらいの速さで遠くまで移動するかははるかに難しい問題です。 研究チームには参加していないオレゴン大学の地球科学者レイフ・カールストロム氏は、「流れのタイプ間のこの移行を計画できれば、これらの疑問を解決するのに大いに役立つだろう」と語る。

新しいモデルの作成にあたり、サッカレ氏らは、ハワイ大学マノア校の地質学者 OH エマーソン氏がほぼ 1 世紀前に実施した実験からインスピレーションを得ました。 エマーソンは、1920年のハワイのキラウエア火山の噴火で出た、固まったパホイホイの一部を粉砕し、その粉岩を炉で白熱して蜂蜜のようににじみ出るまで加熱した。 その後、炉の電源を切り、溶けた材料を金属棒でかき混ぜました。

数分以内に、それは固まって、分厚いaaのような質感になりました。 一杯のお茶をかき混ぜるように、溶岩を混ぜることで冷却が促進され、どうやらaaの形成を引き起こしたようだと、研究論文の筆頭著者でブリティッシュコロンビア大学の博士研究員であるCansu Culha氏は述べている。

研究者らは、混合がせん断不安定性と呼ばれる現象を通じて自然界の移行を引き起こす可能性があるのではないかと考えた。 流れる物質内の 2 つの層が異なる速度で移動する場合、通過するときに速い層が遅い層に沿って引きずられます。 「彼らはただお互いを間違った方向にこすり合わせているだけです」とサッカレは言う。 その結果、層間の境界に沿った波紋が拡大されて乱流になります。

このアイデアをテストするために、研究者らは流体力学モデルを作成し、仮想の溶岩が 2 つの層に分かれる挙動をシミュレートしました。つまり、より冷たくて粘着性の高い上部が、より熱くてより速い底部に乗っています。 2 つの層の境界には、小さな波紋が生じました。これは、地面の凹凸や溶岩の泡など、自然界によくある欠陥によって必然的に形成されます。

次にチームは、さまざまな速度、粘度、層の厚さの下で溶岩の安定性をテストしました。 分析の結果、多くの場合、斜面の急勾配や噴火率の増加などの環境変化によって波紋が増幅され、暴走混合が起こり、aaが形成される可能性があることが明らかになった。 「それはすぐに制御不能になる可能性があります」とサッカレ氏は言う。

新しいモデルは、パホイホイからaaへの遷移を引き起こすために以前に観察されたさまざまな条件、またはそれが時々まったく起こらない理由を説明するのに役立つかもしれません。 「それは非常に興味深い可能性です」と、研究チームには参加していないノースカロライナ州立大学の火山学者アリアナ・ソルダティ氏は言う。

しかし、モデルが溶岩の焼けるような表面の下の現実を反映していることを示すには、さらなるテストが必要です。 溶岩を直接研究するのは難しいため、可能性の 1 つは、ワックスのような溶岩の類似体を使用して実験室でモデルをテストすることであるとカールストロム氏は示唆しています。

それでも、新しい研究は、基本的な力学に焦点を当てた研究の価値を強調しています。 「ここで、これらの大規模な自然現象を引き起こしているプロセスについての洞察が得られると思います」とカールストローム氏は言います。