סלע מותך בתנועה
מתחת להר געש יש מאגמה, סלע חם מספיק כדי להיות מותך בחלקו או כולו. היא נוצרת במקומות שבהם המעטפת נמסה: היכן שלוחות טקטוניים מתרחקים זה מזה, מעל נקודות חמות כמו הוואי, ומעל לוחות ששוקעים בחזרה אל המעטפת (ראו טקטוניקת הלוחות). מאגמה קלה מהסלע המוצק שסביבה, ולכן היא עולה ומתכנסת בתא מאגמה כמה קילומטרים מתחת לפני השטח. כשהתא מתמלא והלחץ בו גדל, המאגמה מפלסת לה דרך למעלה בצינור, הארובה, אל לוע על פני השטח. ברגע שהיא נשפכת החוצה קוראים לה לבה.
הסצנה חוצה הר געש לשניים דרך הפסגה. תא המאגמה נמצא בעומק 6 km, והשכבות בפני החתך הן ההיסטוריה של ההר עצמו: כל פס הוא זרם לבה ישן או שכבת אפר מהתפרצות קודמת.
סיליקה הופכת מאגמה לדביקה
כמעט כל מאגמה עשויה ברובה סיליקה, צורן וחמצן. בהתכה, אטומי הצורן והחמצן נקשרים לשרשראות וליריעות, וככל שיש יותר סיליקה, יש יותר קשרים. כדי שההתכה תזרום צריך לשבור אותם, ולכן מאגמה עשירה בסיליקה דביקה, או צמיגה, הרבה יותר ממאגמה ענייה בסיליקה.
מאגמה של בזלת מכילה כ־50% סיליקה ומתפרצת בטמפרטורה של 1,150 עד 1,200 °C בערך. הצמיגות שלה היא כ־100 פסקל־שנייה, בערך כמו חמאת בוטנים. ריוליט מכיל יותר מ־70% סיליקה ומתפרץ קר יותר, ב־750 עד 850 °C, והטמפרטורה הנמוכה מקשיחה אותו עוד יותר. אחרי שאיבד את הגז שלו הוא דביק בערך פי מיליארד מבזלת, קשיח יותר מזפת קרה. אנדזיט ודציט נמצאים ביניהם. התרשים שליד הסצנה מראה את הצמיגות בלוע לאורך הקצה העליון שלו.
כל סוג מאגמה זוהר בטמפרטורה שלו. בסצנה בזלת זוהרת בצהוב־כתום בתוך התא, וריוליט באדום דובדבן עמום: הצבעים שכל גוף מקבל בטמפרטורות האלה.
התסיסה שבמאגמה
מאגמה נושאת גם כמה אחוזים של גז מומס, ברובו מים, ומעט פחמן דו־חמצני וגזי גופרית. בעומק הלחץ שומר עליו מומס, כמו הגז בבקבוק סגור של משקה מוגז. כשהמאגמה עולה, הלחץ עליה יורד, הגז יוצא ממנה בבועות, והבועות תופחות. ליטר אחד של מאגמה שמכילה 3% מים הופך ליותר מ־400 ליטר של אדים על פני השטח.
נסו: החליקו את התפרצות בערך עד האמצע, התקרבו אל הארובה וצפו בבועות שמופיעות במאגמה העולה ומבהירות אותה ככל שהן גדלות. הורידו את גז במאגמה ל־0.5%: הבועות מתחילות רק ממש מתחת ללוע. העלו אותו ל־5%: הן מתחילות כמה קילומטרים למטה. הגדילו את הגז עד הסוף, והבועות מופיעות בתוך תא המאגמה עצמו.
לבה נוזלית משחררת, מאגמה דביקה מתפוצצת
מה שהגז עושה אחר כך תלוי בכמה המאגמה דביקה. בבזלת הנוזלית הבועות עולות דרך ההתכה, מתאחדות ומתפקעות על פני השטח, כך שהגז בורח בדרך. הלבה נשפכת בשקט בזרמי לבה שיכולים להגיע למרחק של עשרות קילומטרים, או, כשיש יותר גז, ניתזת למעלה במזרקות לבה בגובה מאות מטרים, כמו בקילאואה שבהוואי.
במאגמה דביקה הבועות לא יכולות לזוז. הן גדלות במקומן עד שהגז ממלא כשלושה רבעים מהנפח, ואז הקצף קורע את עצמו לגזרים: ריסוק. קרעי הקצף קופאים לאפר ולאבן ספוג, ונורים מהלוע במהירות של מאות מטרים בשנייה, ובונים עמוד אפר שיכול לטפס לגובה 10 עד 40 km. כשעמוד נעשה כבד מכדי להמשיך לעלות, הוא קורס לזרמים פירוקלסטיים, מפולות של אפר וגז לוהטים שדוהרות במורד המדרונות מהר יותר ממכונית, הדבר הקטלני ביותר שהר געש עושה. הר סנט הלנס ב־1980 ופינטובו ב־1991 התפרצו שניהם במאגמה דביקה של דציט.
מאגמה דביקה לא תמיד מתפוצצת. אם היא עולה לאט, הגז שלה דולף החוצה דרך סדקים, והלבה נלחצת החוצה כמו משחת שיניים ונערמת מעל הלוע לכיפת לבה.
נסו: קבעו את גז במאגמה על 5%, ואז השוו בין בזלת לריוליט תחת סיליקה במאגמה, כשהתפרצות על שיא ההתפרצות. אחר כך השאירו ריוליט והורידו את גז במאגמה ל־0.5%: אותה מאגמה בונה עכשיו כיפה במקום עמוד אפר.
מגנים וחרוטים
במהלך התפרצויות רבות, כל סוג מאגמה בונה הר מסוג משלו. בזלת נוזלית מתפשטת רחוק לפני שהיא קופאת, ולכן היא בונה הרי געש מגן רחבים, עם מדרונות מתונים של כמה מעלות. מאונה לואה שבהוואי, הר הגעש הגדול ביותר על פני כדור הארץ, מתנשא כ־9 km מקרקעית הים. לבה דביקה ואפר נערמים קרוב ללוע להרי געש מרובדים תלולים, חרוטים של שכבות לבה ואפר, כמו הר ריינייר. הזיזו את סיליקה במאגמה מבזלת לאנדזיט, וההר בסצנה הופך מסוג אחד לשני, ופני החתך שלו עוברים מיריעות לבה דקות לשכבות מתחלפות של לבה ואפר.
המקום שבו עומד הר געש קובע איזו מאגמה הוא מקבל. בזלת מגיעה ישר ממעטפת שנמסה, מתחת לרכסים מרכז־אוקייניים ולנקודות חמות כמו הוואי ואיסלנד. מעל לוח שוקע, מים שמשתחררים מהלוח עוזרים למעטפת להימס, וכשהמאגמה הזאת עולה דרך הקרום העבה של יבשת היא ממיסה חלק מהקרום ומאבדת גבישים עניים בסיליקה, ולכן היא מתעשרת בסיליקה. זו הסיבה שטבעת האש של האוקיינוס השקט היא טבעת של הרי געש מרובדים מתפוצצים. כשמאגמה קופאת היא הופכת לסלע יסוד (בזלת, אנדזיט, ריוליט, אבן ספוג נקבובית, אובסידיאן זגוגי), נקודת ההתחלה של מחזור הסלעים.
מה המודל הזה משמיט
המודל נותן לכל מאגמה טמפרטורה אחת וצמיגות אחת לפי הסיליקה בלבד, בעזרת התאמה חלקה לערכים טיפוסיים שמדויקת בערך עד כדי פי עשרה. מאגמות אמיתיות נבדלות גם בגבישים שבהן, שמקשיחים אותן, ובגזים שלהן. סוג ההתפרצות נקבע כאן רק לפי הסיליקה והגז. במציאות חשובים גם קצב העלייה של המאגמה, צורת הארובה ומים מבחוץ: מאגמה שפוגשת מי ים או מי תהום הופכת אותם לאדים ברגע ויכולה להתפוצץ גם במקום שבו הייתה זורמת, וזה מה שעזר להפוך את ההתפרצות של הר הגעש התת־ימי הונגה טונגה–הונגה הא׳אפאי ב־2022 לאלימה כל כך.
הסצנה עוקבת אחרי התפרצות אחת, מתא במנוחה ועד השיא. התפרצויות אמיתיות מתחילות ונעצרות, משנות את אופיין מיום ליום, ויכולות לרוקן את התא כל כך מהר שהפסגה קורסת לתוך מכתש רחב, קלדרה. לעיתים קרובות קודמות להן רעידות אדמה, כשהמאגמה סודקת את הסלע בדרכה למעלה (ראו רעידות אדמה וגלים סייסמיים).