Po latach starań, wulkanolodzy są gotowi otworzyć „bramę do piekła”. Ma znaleźć się ona niedaleko krawędzi islandzkiego wulkanu Víti, co w tamtejszym języku oznacza właśnie „piekło”. Bezpośrednie sondowanie magmy mogłoby odpowiedzieć na pytania o jej skład i przepływy, a także wpłynąć na systemy wczesnego ostrzegania przed erupcjami wulkanów.
Víti to jeden z kraterów w 10-kilometrowej kalderze o nazwie Krafla. Na razie na miejscu przyszłego odwiertu rośnie zwykła łąka, jednak szef naukowy w centrum badań geotermalnych Eimur Otto Elíasson jest przekonany, że to się wkrótce zmieni. - Za dziesięć lat to może być centrum światowej wulkanologii – mówi w rozmowie z magazynem „Science”.
Miejsce odwiertu położone jest około dwóch kilometrów od samego krateru. W 2009 roku poszukiwano złóż wód geotermalnych i wtedy powstał już tam otwór. Jednak wiertnicy niespodziewanie natrafili na ukrytą komorę magmową. Po wydostaniu się z niej pary i magmy w otworze powstał najgorętszy odwiert geotermalny na świecie. Niestety jego obudowa nie wytrzymała temperatury.
Teraz naukowcy wracają w tamto miejsce, by badać roztopioną skałę, używając bardziej wytrzymałego sprzętu. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem będzie to jedyne na świecie długoterminowe obserwatorium magmy. - Byliśmy na Marsie. Byliśmy na Wenus - mówi Paolo Papale, dyrektor ds. badań we włoskim Narodowym Instytucie Geofizyki i Wulkanologii. - Ale nigdy nie obserwowaliśmy magmy pod powierzchnią Ziemi - dodaje.
Wyniki badań mogą pomóc wyjaśnić, w jaki sposób magma przemieszcza się pod skorupą ziemską. A takie obserwacje wpłyną na poprawę prognoz ewentualnych erupcji wulkanów. Zdaniem naukowców analizy dostarczą też nowej wiedzy na temat tego, w jaki sposób tworzyły się kontynenty.
Projekt nosi nazwę Krafla Magma Testbed (KMT) i otrzymał dofinansowanie od licznych instytucji naukowych oraz rządów, które uznają go za priorytetowy w badaniach geologicznych. Dzięki takiemu wsparciu KMT wszedł w tym miesiącu w fazę przygotowań.
W ramach projektu testowane będą technologie potrzebne do utrzymania odwiertu pomimo korozji, która pojawia się wraz z gorącą wodą. Naukowcy wykonają też pomiary geofizyczne komory magmowej oraz będą starali się przewidzieć, co stanie się po jej głębszym spenetrowaniu. Pierwszy odwiert, kosztujący nawet 25 milionów dolarów, mógłby rozpocząć się już w 2023 roku.
Do tej pory bezpośrednie badanie magmy nie było możliwe. Wulkanolodzy chcąc przewidzieć jej zachowanie polegają na pomiarach powierzchniowych z sejsmometrów, czujników GPS i satelitów. Badania zastygłych komór magmowych nie dostarczają kompletnych danych, podobnie jak analizy lawy, która po dotarciu na powierzchnię Ziemi traci większość uwięzionych w niej wcześniej gazów. A to one napędzają erupcje i wpływają na pierwotną temperaturę, ciśnienie i skład magmy.
Co prawda eksperci tworzą szacunkowe modele składu magmy na podstawie analiz zawartości stwardniałej lawy. - Jednak próbka pobrana z komory Krafla powie nam, czy te szacunki są wiarygodne, czy też trzeba poddać je weryfikacji - mówi wulkanolog i szef KMT John Eichelberger z Southern Methodist University.
Uzyskanie próbek pomoże również zrozumieć naturę podobnych komór. Większość naukowców odrzuca pogląd o komorach magmowych jako o „piekielnych” podziemnych jeziorach. – Myślimy raczej, że systemy mają kształt zbliżony do grzybów, w których niewielkie ilości cieczy opływają skrystalizowane ziarna skał – tłumaczy Marie Edmonds, petrolog z Uniwersytetu w Cambridge.
Szkliste kawałki materiału wulkanicznego uzyskane podczas wierceń w 2009 roku sugerują, że znajdująca się poniżej magma była nie tylko płynna, ale również krążyła, oddziałując ze skałami znajdującymi się niżej. - To najbardziej szokująca rzecz z tego, co do tej pory udało nam się odkryć - mówi Eichelberger. Niewiele jednak wiadomo o rozmiarach komory magmowej ani o tym, jak długo ona istnieje. Na te pytania chcą odpowiedzieć eksperci z KMT.
Naukowcy chcą się również dowiedzieć więcej na temat składu skorupy ziemskiej. Dna mórz na całym świecie i duża część Islandii powstały z magmy bazaltowej - materiału, który znajduje się w płaszczu Ziemi. Jednak granitowe skały kontynentów powstają z bardziej lepkiej, bogatej w krzemionkę magmy ryolitowej. Badacze nie są jednak do końca pewni gdzie znajduje się i jak powstaje magma tworząca kontynenty. Eksperci mają nadzieję, że analizy magmy pozwolą na rozwiązanie tej zagadki.
KMT zamierza z czasem zebrać wiele próbek, a nawet umieścić w magmie czujniki, które będą mierzyć jej ciepło, ciśnienie, a nawet skład chemiczny. I to pomimo temperatur przekraczających 1000 stopni Celsjusza. - Wyzwania techniczne są ogromne - mówi Wendy Bohrson, wulkanolog z Colorado School of Mines.
Zaangażowani w projekt badacze testują już elastyczne złącza, dzięki którym stalowa okładzina odwiertu może się rozszerzać i kurczyć pod wpływem ekstremalnego ciepła. Inni natomiast opracowują innowacyjną elektronikę, która wytrzyma wysokie temperatury i ciśnienie, i która mogłaby kiedyś zostać wykorzystana na Wenus.
Opracowane na potrzeby KMT technologie mogą również przynieść korzyści wielu firmom zajmującym się energią geotermalną, które do tej pory stroniły od najgorętszych skał. Zbliżenie się do magmy mogłoby drastycznie zwiększyć potencjał energetyczny odwiertów geotermalnych. Przypadkowo wykonany odwiert z 2009 roku sam mógłby zasilić małe miasto.
Duże ilości wody wstrzykiwane w celu chłodzenia wiertła prawdopodobnie zakłócą nieco system wulkaniczny. Geofizycy będą się temu bacznie przyglądać. Jednak biorąc pod uwagę łagodne zachowanie odwiertu z 2009 r., nie ma większych obaw o wywołanie erupcji.
- Zmiany w prędkości fal sejsmicznych po wierceniu mogą ujawnić zasięg magmy - mówi Papale. Obserwowanie tych subtelnych zmian może również pomóc w przewidywaniu przyszłych erupcji. Mimo że naukowcy całkiem dobrze radzą sobie z wykrywaniem znaków ostrzegawczych dawanych przez wulkany, to wciąż nie brakuje fałszywych alarmów.
Naukowcy będą też w końcu mogli zaobserwować erupcję wulkanu z perspektywy podziemnego źródła magmy. - To będzie dla nas złoto - mówi Yan Lavallee, wulkanolog z Uniwersytetu w Liverpoolu. - To na pewno się wydarzy – przekonuje.
Źródło: Science, fot. Andreas Tille/ Wikimedia Commons/ CC BY-SA 4.0
