Superheated magma may power towering lava fountains

JAKARTA — Superheated magma dapat menjelaskan kenapa gunung berapi yang tampak mirip bisa meletus dengan cara yang sangat berbeda. Temuan ini datang dari tim riset internasional yang dipimpin The University of Manchester setelah meneliti magma dari erupsi Tajogaite pada 2021 di La Palma, Spanyol.

Penelitian yang dimuat di Nature Communications itu menyoroti proses pemanasan ekstrem di dalam magma yang menunda pembentukan kristal saat magma bergerak naik ke permukaan. Efeknya tidak kecil. Struktur magma berubah, gas vulkanik punya peluang keluar dengan cara berbeda, dan pola letusan pun bisa bergeser dari lava fountain yang dramatis ke aliran lava yang lebih tenang.

Superheated magma dan perubahan di dalam batuan cair

Dalam studi ini, para ilmuwan menemukan bahwa “superheating” terjadi saat magma menjadi lebih panas daripada suhu ketika kristal masih stabil. Pada kondisi itu, kristal-kristal kecil yang sudah ada bisa larut kembali. Kristal kecil ini biasanya berfungsi sebagai “seed” atau benih bagi pertumbuhan kristal baru.

Superheating juga merapikan struktur magma pada level mikroskopis. Akibatnya, isi magma menjadi lebih seragam dan kurang ramah bagi pembentukan kristal baru. Perubahan internal inilah yang kemudian memengaruhi kecepatan magma naik serta kemudahan gas vulkanik untuk keluar.

Uji laboratorium meniru kondisi gunung api

Untuk menguji proses itu, tim peneliti merekonstruksi kondisi di dalam gunung berapi dengan memakai magma yang dikumpulkan dari erupsi Tajogaite. Mereka menduga magma itu bisa saja mengalami superheating sebelum erupsi dan saat masih bergerak naik melalui kerak Bumi.

Di Diamond Light Source, tim memakai synchrotron X-ray microtomography untuk mengamati kristal terbentuk di dalam magma secara real time. Mereka juga melakukan eksperimen ex-situ di Praha agar sampel bisa diamati lebih lama. Pendekatan ini membuat para peneliti bisa melihat proses yang sebelumnya sulit ditangkap langsung.

“The history of crystal and bubble growth can dramatically control how a magma erupts; in particular, as more crystals grow, they eventually have a dramatic effect on magma viscosity.

Until now, we did not fully understand the dynamics of crystal growth for magmas that received an injection of superheat just before ascent.

But using our exciting and newly developed X-ray transparent pressure vessel combined with synchrotron X-ray microtomography, we can actually observe these processes ‘in situ’,” kata penulis utama, Dr. Barbara Bonechi, Research Associate at The University of Manchester.

Delay kristal lebih dari delapan jam

Hasilnya mencolok. Magma yang tidak mengalami superheating mulai membentuk kristal setelah sekitar 20 menit. Sementara itu, superheating yang kuat menahan pembentukan kristal selama lebih dari delapan jam.

Para peneliti memasukkan jeda nukleasi yang terukur itu ke dalam model numerik perjalanan magma. Simulasi tersebut menunjukkan bahwa keterlambatan kristalisasi membuat magma tetap relatif cair. Magma jadi lebih cepat naik ke permukaan, dan kondisi ini bisa membantu memicu lava fountains yang tinggi dan dramatis.

Kalau kristal mulai terbentuk lebih awal, magma menjadi lebih kental dan lebih lambat naik. Gas vulkanik punya lebih banyak waktu untuk keluar, sehingga erupsi yang lebih lembut dan efusif jadi lebih mungkin terjadi. Perbedaan ini penting karena dua gunung api dengan karakter serupa bisa memberi ancaman yang sangat berbeda ke wilayah sekitarnya.

Dampaknya ke pemantauan gunung api

Bagi pemantauan kebencanaan, temuan ini memberi lapisan baru dalam membaca perilaku magma. Selama ini, model bahaya vulkanik umumnya fokus pada kimia magma, kandungan gas, dan perubahan tekanan. Riset ini menunjukkan riwayat termal sebelum erupsi dan kinetika kristalisasi juga layak diperhitungkan.

“Current volcanic hazard models typically focus on magma chemistry, gas content and pressure changes.

This work suggests that pre-eruptive thermal history and crystallization kinetics may also play an important role in controlling magma ascent and eruptive behavior, with implications for volcanic hazard assessment,” ujar Dr.

Margherita Polacci, Senior Lecturer in Volcanology at The University of Manchester.

Artinya, data pemantauan di lapangan bisa dibaca dengan konteks yang lebih lengkap. Bukan cuma soal berapa banyak gas atau seberapa besar tekanan. Suhu magma sebelum naik, dan seberapa cepat kristal muncul, ikut menentukan apakah letusan cenderung eksplosif atau justru lebih pelan.

Penelitian ini menjadi jawaban baru atas pertanyaan lama dalam vulkanologi: bagaimana sejarah suhu magma memengaruhi kristalisasi sebelum dan selama erupsi. Jawaban itu kini tidak lagi sekadar dugaan, karena para peneliti bisa mengamatinya langsung lewat instrumen laboratorium yang dirancang khusus untuk meniru tekanan dan panas di dalam gunung api.