متقلب (علم الفلك الجيولوجي)

تكون بعض الانفجارات البركانية انفجارية نتيجةً لامتزاج الماء والصهارة عند وصولهما إلى السطح، مما يُطلق طاقةً فجأة. مع ذلك، في بعض الحالات، يكون سبب الانفجار هو المواد المتطايرة المذابة في الصهارة نفسها. ^{[ 2 ]} عند اقترابها من السطح، ينخفض ​​الضغط وتخرج المواد المتطايرة من المحلول، مُكَوِّنةً فقاعات تدور في السائل . تتصل هذه الفقاعات ببعضها، مُكَوِّنةً شبكة. يُعزز هذا التفتت إلى قطرات صغيرة أو رذاذ أو كتل متخثرة في الغاز . ^{[ 2 ]}

بشكل عام، تتكون الصهارة من 95-99% من الصخور السائلة. ومع ذلك، فإن النسبة الضئيلة من الغازات الموجودة تمثل حجمًا هائلاً عند تمددها بوصولها إلى الضغط الجوي . لذا، يُعد الغاز عنصرًا هامًا في النظام البركاني لأنه يُولّد الانفجارات البركانية. ^{[ 2 ]} تتميز الصهارة في الوشاح والقشرة الأرضية السفلى بمحتوى عالٍ من المواد المتطايرة. ولا يقتصر إطلاق البراكين للمواد المتطايرة على الماء وثاني أكسيد الكربون فقط، بل تشمل أيضًا كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت . ويُعد ثاني أكسيد الكبريت شائعًا في صخور البازلت والريوليت . كما تُطلق البراكين كميات كبيرة من كلوريد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين كمواد متطايرة. ^{[ 2 ]}

هناك ثلاثة عوامل رئيسية تؤثر على انتشار المواد المتطايرة في الصهارة: الضغط المحيط ، وتركيب الصهارة، ودرجة حرارتها . يُعدّ الضغط والتركيب أهم هذه العوامل. ^{[ 2 ]} لفهم سلوك الصهارة أثناء صعودها إلى السطح، لا بد من معرفة دور الذوبانية داخلها. وقد استُخدم قانون تجريبي لأنواع مختلفة من تركيبات الصهارة والمواد المتطايرة. على سبيل المثال، بالنسبة للماء في الصهارة، تكون المعادلة n = 0.1078 P، حيث n هي كمية الغاز المذاب كنسبة مئوية وزنية (wt%)، و P هو الضغط بالميغاباسكال (MPa) المؤثر على الصهارة. تتغير هذه القيمة، فمثلاً بالنسبة للماء في الريوليت n = 0.4111 P، وبالنسبة لثاني أكسيد الكربون n = 0.0023 P. تعمل هذه المعادلات البسيطة في حال وجود مادة متطايرة واحدة فقط في الصهارة. مع ذلك، في الواقع، الوضع ليس بهذه البساطة، إذ غالباً ما توجد مواد متطايرة متعددة في الصهارة. هو تفاعل كيميائي معقد بين مواد متطايرة مختلفة. ^{[ 2 ]}

بتبسيط الأمر، تُعدّ ذوبانية الماء في الريوليت والبازلت دالةً للضغط والعمق تحت السطح في غياب المواد المتطايرة الأخرى. يفقد كلٌّ من البازلت والريوليت الماء مع انخفاض الضغط أثناء صعود الصهارة إلى السطح. وتكون ذوبانية الماء أعلى في الريوليت منها في الصهارة البازلتية. تُمكّن معرفة الذوبانية من تحديد أقصى كمية من الماء التي يُمكن إذابتها بالنسبة للضغط. ^{[ 2 ]} إذا احتوت الصهارة على كمية ماء أقل من الحد الأقصى الممكن، فإنها تكون غير مشبعة بالماء. عادةً ما يكون الماء وثاني أكسيد الكربون غير كافيين في القشرة الأرضية والوشاح العميقين، لذا غالبًا ما تكون الصهارة غير مشبعة في هذه الظروف. تُصبح الصهارة مشبعة عندما تصل إلى أقصى كمية من الماء التي يُمكن إذابتها فيها. إذا استمرت الصهارة في الصعود إلى السطح وذاب المزيد من الماء، فإنها تُصبح فوق مشبعة . إذا ذاب المزيد من الماء في الصهارة، فقد يُقذف على شكل فقاعات أو بخار ماء. يحدث هذا لأن الضغط ينخفض ​​في العملية وتزداد السرعة، ويجب أن توازن العملية أيضًا بين انخفاض الذوبانية والضغط. ^{[ 2 ]} بالمقارنة مع ذوبانية ثاني أكسيد الكربون في الصهارة، فإن ذوبانية ثاني أكسيد الكربون في الصهارة أقل بكثير من ذوبانية الماء، ويميل إلى الانفصال على أعماق أكبر. في هذه الحالة، يُعتبر الماء وثاني أكسيد الكربون مستقلين. ^{[ 2 ]} ما يؤثر على سلوك النظام الصهاري هو العمق الذي ينطلق عنده ثاني أكسيد الكربون والماء. انخفاض ذوبانية ثاني أكسيد الكربون يعني أنه يبدأ في إطلاق فقاعات قبل الوصول إلى حجرة الصهارة. تكون الصهارة عند هذه النقطة مشبعة فوق الحد. ترتفع الصهارة الغنية بفقاعات ثاني أكسيد الكربون إلى سقف الحجرة، ويميل ثاني أكسيد الكربون إلى التسرب عبر الشقوق إلى كالديرا البركان العلوية. ^{[ 2 ]} بشكل أساسي، أثناء الثوران البركاني، تفقد الصهارة كمية من ثاني أكسيد الكربون أكبر من كمية الماء، الذي يكون مشبعًا فوق الحد في الحجرة. بشكل عام، يُعد الماء المادة المتطايرة الرئيسية أثناء الثوران البركاني. ^{[ 2 ]}

يحدث تكوّن الفقاعات عندما تصل المادة المتطايرة إلى حالة التشبع . في الواقع، تتكون الفقاعات من جزيئات تميل إلى التجمع تلقائيًا في عملية تُسمى التكوّن المتجانس . يؤثر التوتر السطحي على الفقاعات، مما يؤدي إلى انكماش سطحها وإجبارها على العودة إلى السائل. ^{[ 2 ]} تكون عملية التكوّن أقوى عندما يكون الحيز المتاح غير منتظم، حيث يمكن للجزيئات المتطايرة تخفيف تأثير التوتر السطحي. ^{[ 2 ]} يمكن أن يحدث التكوّن بفضل وجود البلورات الصلبة المخزنة في حجرة الصهارة، والتي تُعد مواقع مثالية لتكوّن الفقاعات. في حال عدم حدوث تكوّن للفقاعات في الصهارة، قد يتأخر ظهورها، وتصبح الصهارة مشبعة بشكل كبير. يُعبّر عن التوازن بين ضغط التشبع الفائق ونصف قطر الفقاعة بالمعادلة التالية: ∆P = 2σ/r، حيث ∆P = 100  ميجا باسكال، وσ هو التوتر السطحي. ^{[ ٢ ]} إذا بدأ التكوّن لاحقًا عندما تكون الصهارة مشبعة جدًا، تقل المسافة بين الفقاعات. ^{[ ٢ ]} باختصار، إذا صعدت الصهارة بسرعة إلى السطح، فسيكون النظام أكثر اختلالًا في التوازن وأكثر تشبعًا. عند صعود الصهارة، يحدث تنافس بين إضافة جزيئات جديدة إلى الجزيئات الموجودة وتكوين جزيئات جديدة. تُحدد المسافة بين الجزيئات كفاءة المواد المتطايرة في التجمع في الموقع الجديد أو الموجود. يمكن للبلورات داخل الصهارة أن تُحدد كيفية نمو الفقاعات وتكوّنها. ^{[ ٢ ]}