Cơ chế núi lửa (Volcano mechanism)

1. Sự hình thành Magma:

Magma được hình thành chủ yếu ở các khu vực ranh giới mảng kiến tạo, nơi các mảng thạch quyển tương tác với nhau. Ba môi trường kiến tạo chính tạo ra núi lửa là:

• Ranh giới mảng phân kỳ: Các mảng di chuyển ra xa nhau, tạo ra khoảng trống cho magma từ lớp phủ dâng lên lấp đầy. Ví dụ: sống núi giữa Đại Tây Dương.
• Ranh giới mảng hội tụ: Một mảng chìm xuống dưới mảng kia (quá trình hút chìm). Nhiệt độ và áp suất tăng lên làm tan chảy mảng bị hút chìm, tạo thành magma. Ví dụ: Vành đai lửa Thái Bình Dương.
• Điểm nóng: Đây là những vùng có hoạt động núi lửa mạnh mẽ, không nằm trên ranh giới mảng. Magma dâng lên từ sâu trong lớp phủ, xuyên qua thạch quyển. Ví dụ: Quần đảo Hawaii.

2. Sự di chuyển và tích tụ của Magma:

Magma, ít đặc hơn so với đá xung quanh, di chuyển lên trên thông qua các vết nứt và khe hở trong vỏ Trái Đất. Nó có thể tích tụ trong các khoang magma nằm bên dưới bề mặt, được gọi là lò magma.

3. Áp suất bên trong núi lửa:

Sự tích tụ magma trong lò magma làm tăng áp suất. Áp suất này đến từ:

• Áp suất của magma: Do sự tích tụ magma và các khí hòa tan.
• Áp suất của các khí hòa tan: Magma chứa các khí hòa tan như $H_2O$, $CO_2$, $SO_2$. Khi magma di chuyển lên trên, áp suất giảm và các khí này được giải phóng, tạo thành bọt khí và làm tăng thể tích, góp phần đáng kể vào áp lực bên trong núi lửa.

4. Sự phun trào:

Khi áp suất bên trong núi lửa vượt quá sức chịu đựng của lớp đá xung quanh, sẽ xảy ra sự phun trào. Sự phun trào có thể diễn ra theo nhiều cách khác nhau, bao gồm:

• Phun trào nổ: Xảy ra khi magma có độ nhớt cao và giàu silica, ngăn cản khí thoát ra dễ dàng. Áp suất tích tụ đến mức gây ra vụ nổ mạnh, giải phóng tro bụi, đá và khí vào khí quyển.
• Phun trào dung nham: Xảy ra khi magma có độ nhớt thấp và ít silica, cho phép khí thoát ra dễ dàng. Dung nham chảy ra khỏi núi lửa một cách tương đối nhẹ nhàng.

5. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế phun trào:

• Thành phần magma: Độ nhớt, hàm lượng silica và hàm lượng khí ảnh hưởng đến kiểu phun trào.
• Nhiệt độ magma: Magma nóng hơn thường ít nhớt hơn.
• Áp suất bên trong núi lửa: Áp suất cao hơn dẫn đến phun trào mạnh hơn.
• Cấu trúc địa chất xung quanh: Các vết nứt và khe hở ảnh hưởng đến đường đi của magma.

6. Hậu quả của phun trào:

Phun trào núi lửa có thể gây ra nhiều hậu quả, bao gồm dòng chảy dung nham, tro bụi núi lửa, lở đất, sóng thần và biến đổi khí hậu.

Tóm lại, cơ chế núi lửa là một quá trình phức tạp liên quan đến sự tương tác giữa các yếu tố địa chất và vật lý, dẫn đến sự phun trào vật chất từ bên trong Trái Đất lên bề mặt. Hiểu rõ cơ chế này giúp chúng ta dự đoán và giảm thiểu tác động của hoạt động núi lửa.

7. Các dạng địa hình núi lửa:

Hoạt động núi lửa tạo ra nhiều dạng địa hình đặc trưng, bao gồm:

• Nón núi lửa: Hình dạng phổ biến nhất, được tạo thành từ sự tích tụ của vật chất phun trào xung quanh miệng núi lửa.
• Miệng núi lửa: Vùng lõm hình phễu hoặc hình bát ở đỉnh núi lửa, nơi vật chất phun trào thoát ra.
• Dòng dung nham: Dung nham chảy từ miệng núi lửa hoặc các khe nứt trên sườn núi lửa.
• Vòm dung nham: Hình thành khi dung nham nhớt nguội đi và cứng lại gần miệng núi lửa, tạo thành một mái vòm.
• Caldera (Miệng núi lửa khổng lồ): Miệng núi lửa lớn hình thành sau khi một vụ phun trào lớn làm sập đổ phần đỉnh núi lửa.
• Núi lửa dạng khiên: Núi lửa rộng và thoải, hình thành từ các dòng dung nham basalt loãng.
• Núi lửa tầng: Núi lửa dốc, hình thành từ nhiều lớp tro bụi, đá và dung nham.

8. Theo dõi và dự đoán hoạt động núi lửa:

Các nhà khoa học sử dụng nhiều phương pháp để theo dõi và dự đoán hoạt động núi lửa, bao gồm:

• Đo địa chấn: Theo dõi các rung chấn đất do sự di chuyển của magma gây ra.
• Đo biến dạng mặt đất: Phát hiện sự phồng lên hoặc sụt lún của mặt đất xung quanh núi lửa do sự thay đổi áp suất trong lò magma.
• Đo khí núi lửa: Phân tích thành phần và lượng khí thải từ núi lửa để phát hiện sự thay đổi hoạt động magma.
• Quan sát nhiệt độ: Sử dụng ảnh nhiệt để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ xung quanh núi lửa.

9. Giảm thiểu tác động của núi lửa:

Mặc dù không thể ngăn chặn phun trào núi lửa, nhưng có thể giảm thiểu tác động của chúng bằng cách:

• Lập bản đồ nguy hiểm núi lửa: Xác định các khu vực có nguy cơ cao bị ảnh hưởng bởi phun trào.
• Thiết lập hệ thống cảnh báo sớm: Cảnh báo người dân về các dấu hiệu phun trào sắp xảy ra.
• Lập kế hoạch sơ tán: Chuẩn bị kế hoạch sơ tán dân cư khỏi các khu vực nguy hiểm.
• Kiểm soát dòng chảy dung nham: Sử dụng các rào cản hoặc làm chệch hướng dòng dung nham để bảo vệ các khu vực dân cư.

• Sigurdsson, H. (Ed.). (2000). Encyclopedia of volcanoes. Academic Press.
• Parfitt, E. A., & Wilson, L. (2008). Fundamentals of physical volcanology. Blackwell Publishing.
• Schmincke, H. U. (2004). Volcanism. Springer.
• USGS Volcano Hazards Program: https://www.usgs.gov/programs/volcano-hazards-program

Câu hỏi và Giải đáp

Ngoài ba môi trường kiến tạo chính (phân kỳ, hội tụ, điểm nóng), còn có cơ chế nào khác dẫn đến sự hình thành núi lửa không?

Trả lời: Mặc dù hiếm hơn, núi lửa cũng có thể hình thành do sự giãn nở của lớp vỏ Trái Đất, tạo ra các vết nứt và cho phép magma dâng lên. Hiện tượng này thường xảy ra ở các khu vực có hoạt động kiến tạo phức tạp và không hoàn toàn thuộc về ba loại ranh giới mảng chính. Một số nhà khoa học cũng đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của các “plume” magma nhỏ hơn, không đủ mạnh để tạo thành điểm nóng, nhưng vẫn có thể gây ra hoạt động núi lửa cục bộ.

Làm thế nào các nhà khoa học có thể xác định được thành phần của magma bên trong núi lửa mà không cần khoan trực tiếp vào lò magma?

Trả lời: Các nhà khoa học nghiên cứu thành phần của dung nham và tephra (vật chất rắn được phun ra từ núi lửa) đã nguội. Vì dung nham và tephra có nguồn gốc từ magma, việc phân tích thành phần hóa học và khoáng vật của chúng cho phép suy ra thành phần của magma. Phân tích các loại khí thoát ra từ núi lửa cũng cung cấp thông tin về thành phần của magma.

Sự khác biệt về độ nhớt của magma ảnh hưởng như thế nào đến hình dạng của núi lửa?

Trả lời: Độ nhớt của magma ảnh hưởng mạnh mẽ đến hình dạng của núi lửa. Dung nham basalt có độ nhớt thấp, dễ dàng chảy tràn và tạo ra các núi lửa dạng khiên có sườn dốc thoải, ví dụ như núi lửa ở Hawaii. Ngược lại, dung nham andesit và rhyolite có độ nhớt cao hơn, khó chảy và thường tạo ra các núi lửa tầng dốc đứng hoặc vòm dung nham do sự tích tụ vật chất gần miệng phun.

Ngoài $CO_2$, $H_2O$, và $SO_2$, còn những loại khí nào khác được giải phóng trong quá trình phun trào núi lửa? Chúng có tác động gì đến môi trường?

Trả lời: Phun trào núi lửa cũng giải phóng các khí khác như $H_2S$ (hydrogen sulfide), HCl (hydrogen chloride), HF (hydrogen fluoride), và CO (carbon monoxide). Những khí này có thể gây ra mưa axit, ảnh hưởng đến chất lượng không khí và gây hại cho sức khỏe con người, động vật và thực vật. $SO_2$ cũng có thể phản ứng trong khí quyển tạo thành các aerosol sulfate, phản xạ ánh sáng Mặt Trời và góp phần làm mát khí hậu tạm thời.

Làm thế nào để dự đoán chính xác thời điểm phun trào của một ngọn núi lửa đang hoạt động?

Trả lời: Dự đoán chính xác thời điểm phun trào vẫn là một thách thức lớn. Mặc dù các phương pháp theo dõi đã được cải thiện đáng kể, việc dự đoán chính xác thời điểm, cường độ và kiểu phun trào vẫn còn khó khăn. Sự phức tạp của hệ thống magma và sự tương tác với môi trường xung quanh khiến việc dự đoán trở nên phức tạp. Nghiên cứu đang tập trung vào việc kết hợp nhiều phương pháp theo dõi khác nhau và phát triển các mô hình tiên tiến để cải thiện khả năng dự đoán.