Kopi dalam cangkir yang sangat panas, tolong…
Ibarat gunung berapi yang tidak aktif, banyak orang yang tidak bisa memulai hari tanpa kopi. Anehnya, fisika kopi dan lava sangat mirip – setidaknya dalam hal gelembung.
Sebuah tim ilmuwan menemukan bahwa pembentukan gelembung di magma naik mengikuti beberapa prinsip fisik yang sama seperti gelembung dalam kopi yang diaduk atau segelas sampanye.
Penemuan ini memperluas model tradisional pembentukan gelembung vulkanik, yang telah memandu ilmu vulkanologi sejak tahun 1950an, dan dapat meningkatkan perkiraan letusan vulkanik.
Dalam studi mereka, para peneliti dari Université Clermont Auvergne dan ETH Zurich menunjukkan bahwa, dalam magma jenuh gas, tindakan fisik sederhana mengalir dan berputar melalui saluran bawah tanah dapat memicu pembentukan gelembung akibat tekanan mekanis — bahkan tanpa penurunan tekanan lebih lanjut.
Hasil dari belajarditerbitkan pada awal bulan di Sainstunjukkan untuk pertama kalinya bahwa nukleasi yang diinduksi geser terjadi ketika cairan kental mengalami kekuatan mekanik yang dihasilkan dari gerakan itu sendiri.
Intinya, Ini adalah aksi fisika yang sama. Ketika magma naik melalui saluran vulkanik, cairannya mengalami tekanan yang kuat kekuatan geser ketika mengalir di sepanjang dinding batu dan di sekitar rintangan.
Kekuatan mekanis ini memberikan energi yang cukup untuk memicu pembentukan gelembung di magma sudah terisi dengan gas terlarutseperti uap air dan karbon dioksida — sama seperti saat Anda mengaduk minuman bersoda dan gelembung terbentuk.
Ketika rotasi menciptakan letusan
Penemuan ini muncul dari percobaan laboratorium menggunakan cairan polimer yang dipanaskan, jenuh dengan karbon dioksida, jelasnya Temuan Studi.
Tim menempatkan cairan pada platform berputar di dalam rheometer, sebuah perangkat yang secara tepat mengontrol dan mengukur aliran kental. Saat kecepatan rotasi meningkat secara bertahap, gelembung mulai muncul di bagian luar, dimana tegangan geser paling tinggi.
Mereka kemudian terbentuk berbagai jenis lepuh pada tingkat stres yang berbeda — sebagian di dalam cairan itu sendiri, sebagian lainnya di permukaan padat atau di dekat gelembung yang sudah terbentuk. Polanya konsisten: semakin besar saturasi karbon dioksida awal, semakin rendah tegangan geser yang diperlukan untuk memulai nukleasi.
Apa yang membuat penemuan ini luar biasa ini adalah penyimpangannya dari fokus tradisional. Sejak tahun 1950-an, ahli vulkanologi terutama menjelaskan pembentukan gelembung berdasarkan penurunan tekanan: saat magma naik ke permukaan, tekanannya berkurang dan gas-gas terlarut dilepaskan, membentuk gelembung.
Para ilmuwan telah menggunakan model ini untuk menafsirkan tekstur batuan vulkanik dan memperkirakan kecepatan kenaikan magma sebelum letusan. Namun percobaan baru mengungkapkan bahwa energi mekanik magma juga bergerak berkontribusi besar terhadap pembentukan gelembung.
Para peneliti telah mengembangkan model matematika yang menunjukkan bahwa tegangan geser dan tekanan berubah berkontribusi hampir sama untuk mengatasi hambatan energi yang diperlukan untuk nukleasi gelembung dalam sistem eksperimental Anda.
Konsekuensi praktisnya sangat besar. Pembentukan dan pertumbuhan gelembung secara mendasar mengendalikan perilaku magma selama letusan. Lebih banyak gelembung berarti kepadatan lebih rendah, yang mempengaruhi naiknya magma.
Gelembung juga mengubah viskositas magma secara drastis dan menentukan apakah gas keluar secara bertahap atau meningkat hingga mencapai tingkat ledakan.
Enigma Obsidian
Penemuan ini mungkin bisa membantu menjelaskan sebuah teka-teki kuno vulkanologi. Beberapa magma yang sangat kental dan kaya gas entah bagaimana berhasil meletus dengan lancar dalam bentuk aliran obsidian, bukannya meledak secara serempak.
Pembentukan gelembung geser yang efisien di dasar saluran, diikuti oleh pertumbuhan dan penggabungan gelembung-gelembung ini, memungkinkan magma yang kaya akan volatil ini mengeluarkan gas sebelum mencapai kedalaman fragmentasi eksplosif.
Investigasi juga mempertanyakan peran kristalit kecil disebut nanolit dalam pembentukan gelembung. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa kristal oksida besi ini, yang berukuran kurang dari satu mikrometer, menyediakan tempat nukleasi untuk gelembung.
Namun jika geser saja dapat memicu terbentuknya gelembung secara luas di saluran, nanolit mungkin kurang penting daripada yang diperkirakan sebelumnya atau bahkan terbentuk sebagai akibat dari gelembung-gelembung tersebut, bukan berasal dari gelembung-gelembung tersebut.
Meskipun percobaan tersebut menggunakan sistem polimer dan karbon dioksida daripada magma asli, para peneliti dengan hati-hati menyesuaikan hasilnya dengan kondisi vulkanik. Tekanan lewat jenuh dalam pengujian mereka sesuai dengan nilai-nilai realistis untuk magma pada kedalaman 2 hingga 10 km.
Selain gunung berapi, nukleasi yang disebabkan oleh pergeseran juga akan mempengaruhi hal lain proses alam dan industri. Fenomena tersebut, misalnya, diketahui mempengaruhi pembentukan busa pada bahan sintetis.
Hal ini mungkin juga berperan dalam fenomena seperti pembentukan gelembung yang dipicu oleh gempa bumi, pelepasan gas di planet-planet dan pengusiran termal zat-zat yang mudah menguap dalam sistem hidrotermal.
