התפתחות ריאולוגית של טראכיבזלת מהר מונטה אתנה בקירור איטי

מדוע אופן התקשות הלבה חשוב

כשהר געש כמו מונטה אתנה מתפרץ, נהרות לזהוט של לבה אינם רק מתקררים; הם מתקשים בהדרגה ואף עלולים לשבור כאשר גבישים זעירים גדלים בתוכם. קצב ההתקשות קובע במידה רבה עד כמה הלבה תזרום, כמה היא תתעבה, ואילו יישובים או תשתיות יסכנו בדרכה. מחקר זה בוחן, בפרטנות יוצאת דופן, כיצד לבה מאתנה משתנה מנוזל זורם לעיסה איטית ועשירה בגבישים תחת קירור איטי וריאלי, ומספק נתונים שיכולים להפוך את תחזיות זרימות הלבה לאמינות יותר.

מבט קרוב על לבה מאתנה

החוקרים התמקדו בסוג מסוים של סלע געשי זורם, טראכיבזלת שהתפרצה על ידי מונטה אתנה ב־2001. הם טחנו ועמדו מחדש חתיכות מהלבה הזו כדי לקבל זכוכית נטולת בועות שתואמת בנאמנות את ההרכב המקורי. מדידות כימיות מדוייקות לפני ואחרי הניסויים אישרו שהחומר נותר בעיקרו ללא שינוי, כך שכל שינויים בהתנהגות הזרימה ניתנים למעקב על ידי השפעות הטמפרטורה וצמיחת הגבישים, ולא על ידי סטייה כימית בלתי רצויה.

שיחזור תנאי זרימת לבה במעבדה

כדי לחקות את מה שקורה כאשר לבה זורמת בתעלות רדודות או משתרעת על פני הקרקע, הצוות השתמש במכשיר ריאומטר צילינדרים קונצנטריים מסתובב. ספיבל קטן של לבה מותכת הוחזק ב־1400°C, נערך עד לאחידות מלאה, ואז התקורר בקצבים איטיים ומבוקרים של 0.1 או 0.5°C לדקה — קצב דומה לירידת הטמפרטורה שהלבה האמיתית חווה כשהיא מקרינה חום לסביבה. במקביל, התמיסה נשחטה בקצבים קבועים שונים, המייצגים את ערבוב הפנים והמתיחה שהלבה חווה בעת זרימתה. המכשיר עקב ברצף אחר כמה קשה היה לשמור על תנועת הלבה, מדד ישיר לאופן שבו ההתנגדות לזרימה השתנתה כאשר גבישים החלו להיווצר.

כיצד גבישים זעירים משנים את הזרימה

בטמפרטורות גבוהות, הרבה מעל לנקודה שבה גבישים יכולים להתקיים, הלבה התנהגה כנוזל פשוט: ככל שהתקררה, ההתנגדות לזרימה עלתה בצורה חלקה וניתנת לחיזוי. ברגע שהטמפרטורה ירדה מתחת לנקודה שבה גבישים יכולים להתחיל להופיע, הייתה תקופת 'דגירה' שקטה שבה מדידת ההתנגדות לזרימה עדיין עקבה אחרי המגמה של הנוזל הטהור. רק כאשר נוצרו מספיק גבישים — רק כמה אחוזים בנפח — התנהגות הלבה סטתה בחדות, וההתנגדות לזרימה זינקה בסדרי גודל. בתנאים מסוימים החומר כשל לבסוף באופן דקטילי, כשהזרימה מוקדמת לאזורי צמצום צרים והכלל התנהג יותר כמו גוף מעוות מאשר כנוזל פשוט.

התפקידים המתחרים של קירור וערבוב

בהשוואת ניסויים בקצבי קירור וגזירה שונים, המחקר מראה שקצב הקירור הוא הגורם העיקרי שקובע מתי ההתגבשות מתחילה להשפיע על הזרימה. קירור איטי מאפשר לגבישים להיווצר קרוב יותר לטמפרטורת שיווי המשקל התיאורטית, כך שמועד תחילת ההתקשות מתקרב לנוזלוס המחושב ככל שקצבי הקירור נמוכים מאוד. הערבוב המוטל ממלא תפקיד משני אך ברור: גזירה חזקה יותר נוטה להפעיל את השפעות הגבישים בטמפרטורות מעט גבוהות יותר ויכולה לקדם פרקי ארגון פנימיים, שבהם גבישים מוארכים מיוננים עם הזרימה ויוצרים תנודות קצרות ורועשות במדידת ההתנגדות לפני שהחומר מתקשה או נקרע פתאום.

ממספרי מעבדה לתחזיות סיכון

בהשוואת ניסויי הקירור האיטי החדשים הללו עם נתונים קודמים של קירור מהיר יותר, המחברים מראים שהטמפרטורה שבה הלבה מתחילה להתקשות פועלת לפי קשר מעוקל ושיטתי עם קצב הקירור. קשר זה משמעותו שכאשר לבה אמיתית מתקררת בעדינות יותר, התנהגות ההתגבשות שלה מתקרבת למגבלות שקובעת התרמודינמיקה הבסיסית, ועדיין משקפת את השפעת הזרימה. מכיוון שכל בסיס הנתונים — כולל סדרות הזמנים הגולמיות של טמפרטורה וצמיגות — משותף באופן פתוח, ניתן לשלב אותו ישירות במודלים ממוחשבים של התקדמות זרימת לבה. במונחים מעשיים, הממצאים האלה מסייעים להפוך דימויים אידיאליזטיביים של לבה 'זורמת' לתיאורים מציאותיים יותר של איך ומתי היא בעצם מאיטה, מתעבה ועוצרת, ומשכללים תחזיות לגבי המרחק שזרימה עתידית מהר אתנה או הרי געש דומים עשויה להגיע אליו.

ציטוט: Di Fiore, F., Vona, A. Rheological evolution of a trachybasalt from Mt. Etna under slow cooling. Sci Data 13, 704 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07048-y

מילות מפתח: זרימת לבה, צמיגות המאגמה, התגבשות, הר אתנה, סכנות געשיות