Schuifkrachten Bepalend voor Gasbelvorming in Magma, Toont Nieuw Onderzoek

Decennialang ging de wetenschappelijke consensus ervan uit dat de vorming van gasbellen die vulkaanuitbarstingen aandrijven uitsluitend het gevolg was van drukverlaging bij het opstijgen van magma. Dit traditionele thermodynamische model verklaarde de overgang van opgeloste gassen naar een gasfase als een direct gevolg van de afnemende omgevingsdruk in de vulkanische schacht. Recent onderzoek, gepubliceerd in 2025 door een internationaal consortium met medewerkers van onder meer ETH Zurich, heeft echter een genuanceerder mechanisme aan het licht gebracht.

Dit baanbrekende onderzoek, met Olivier Roche als een van de hoofdauteurs, toonde aan dat de simpele beweging en vervorming van gasverzadigd magma de nucleatie van bellen kan initiëren zonder een significante verandering in de omgevingsdruk. De bevindingen concentreren zich op de invloed van schuifkrachten, die ontstaan door de differentiële beweging van magma binnen vulkanische geleidingskanalen, met name nabij de wanden van de schacht waar de wrijving het hoogst is. Onderzoekers, waaronder Olivier Bachmann van ETH Zurich, simuleerden dit fenomeen met analoge experimenten waarbij onder druk staand gesmolten polyetheenoxide (PEO) verzadigd met kooldioxide (CO2) werd gebruikt om natuurlijk magma na te bootsen.

Door gecontroleerde schuif toe te passen, observeerden de wetenschappers spontane belvorming in gebieden met hoge mechanische spanning, wat de introductie van een nieuw nucleatiemechanisme markeert: schuif-geïnduceerde nucleatie. Een cruciaal detail uit de experimenten is dat de kritische schuifspanning die nodig is om de belvorming te starten, afneemt naarmate de concentratie van opgelost gas in het magma toeneemt. Dit mechanisme biedt een plausibele verklaring voor waarom zeer viskeuze, vluchtige-rijke magmas soms effusieve, kalme uitbarstingen veroorzaken in plaats van gewelddadige explosies.

Vroege belvorming als gevolg van schuifspanning maakt een geleidelijke gasafgifte mogelijk, waardoor de interne druk daalt voordat het magma kritische decompressiegebieden bereikt, wat het eruptieve gedrag verzacht. Deze bevindingen, gepubliceerd in Science in 2025, dwingen tot een herziening van de traditionele interpretatie van geologische archieven. Eerdere schattingen van de opstijgsnelheden van magma, die vaak gebaseerd waren op de textuur van de gevormde bellen, kunnen overschat zijn als schuif-geïnduceerde nucleatie een significante rol speelt. De studie benadrukt de noodzaak om modellen voor vulkanische gevaren te actualiseren door het effect van schuif in de geleidingskanalen expliciet op te nemen, met name nabij de schachtwanden waar de wrijving maximaal is.

Onderzoekers, waaronder medewerkers van Brown University, bevestigen met theoretische en computationele modellen dat schuif-geïnduceerde nucleatie natuurlijk kan optreden in vulkanische schachten, vooral bij magmas met een hoge viscositeit. Bovendien kan de aanwezigheid van reeds bestaande bellen de vorming van nieuwe bellen in hun directe omgeving bevorderen, wat een feedbacklus creëert die het ontgassingsproces kan versnellen. Deze vooruitgang in de integratie van vloeistofnatuurkunde en thermomechanische modellen is essentieel voor het verfijnen van gevaarscurven ten behoeve van civiele bescherming en vroegtijdige waarschuwingssystemen.