单斜辉石为火山系统的内部运作提供了线索，它追踪岩浆储存地点和时间的能力也可能有助于预测火山喷发。
想象一下，如果我们有一个水晶球，可以预知火山下次何时喷发。这对于计划你去巴厘岛的下一次旅行来说很方便，对于全世界居住在火山附近的数亿人口来说，这也很重要。幸运的是，在火山内部生长的晶体会在喷发过程中被带到地表，如果科学家能够破译其中的秘密，那么单斜辉石就能特别保留许多内部火山过程的记忆。
单斜辉石是一种钙、镁和铁的硅酸盐矿物，含有微量元素，如钠和微量元素，包括铬（
图1
）。它在玄武质火山中很常见，这些火山经常喷发熔岩流。单斜辉石会记录它在火山内部“看到”的一切，并在储存在深处时将其保存下来。当储存过程被喷发打断时，单斜辉石就会穿过火山管道系统，一直到达地表。它变成了一个特殊的水晶球——不是直接显示未来，而是显示过去储存和喷发过程的关键，而这些过程对于预测未来火山活动至关重要。
单斜辉石晶体很小，通常只有一粒盐那么大，在极少数情况下，也有鹰嘴豆那么大。尽管它们体积小，但单斜辉石可以记录化学成分的微小变化，这些变化反映了形成晶体的岩浆成分的变化。这一点很重要，因为许多喷发都是由新的、化学成分不同的岩浆到达储存区域引发的，这可能会导致火山系统喷发。这些变化看起来有点像树木年轮，存在于单个晶体中，但单斜辉石环（或生长区）的厚度可以薄至几微米（见图1 中表示来自较热岩浆生长的黄色区域）。单斜辉石生长区的形状也会有所不同，例如，当新岩浆的温度远高于周围熔体时，现有的晶体就会部分溶解，从而与新区域形成波浪状的边界。
除了同心圆区域外，单斜辉石还可以在不同的方向上以不同的化学成分生长，形成类似沙漏的化学模式（图1 中的蓝色晶体尖端）。如果晶体由于促进岩浆储层中晶体生长的过程（如岩浆混合、对流、冷却、上升和挥发物损失）而生长得略快，就会发生这种情况。由于这种岩浆动力学在火山喷发前很常见，因此研究沙漏状分带对于限制关键的火山过程非常有用。
图1
火山岩中的单斜辉石晶簇，显示了由铬定义的生长区。来自澳大利亚同步加速器（ANSTO 的一部分）的 X 射线荧光显微镜图。
了解是什么内部机制触发了火山喷发，对于帮助解释火山活动迹象（如记录岩浆在地下运动的地震）是否预示着火山喷发至关重要。由于单斜辉石会通过掺入更多量的元素（如钠）来响应结晶深度（压力）的增加，因此可以使用它来量化火山下方岩浆储存的深度。然后，可以利用这些对火山结构的约束条件来解释火山监测期间地震深度的意义。此外，矿物分带可以保存有关晶体在高温下所花费时间的信息，从而提供从岩浆触发到喷发的典型时间窗口。单斜辉石可以重建和量化大部分火山管道系统中的喷发前岩浆历史，并评估喷发前这些过程的时间。
随着我们开发出更加精确和精细的地球化学技术来研究单斜辉石，我们正在揭示越来越丰富的岩浆记录。解读单斜辉石所蕴藏的秘密是一项引人入胜的微观侦探工作，它有助于我们限制火山喷发的原因、地点和时间。从过去的喷发中获取这些信息，可以让我们更好地预测未来的火山活动。因此，单斜辉石让我们离拥有“火山水晶球”的目标越来越近。
论文信息：
Ubide, T. Volcanic crystal balls.
Nat. Geosci.
17
, 822 (2024)
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