Mới đây, các nhà khoa học đã tìm ra nguyên nhân gây nên sự bùng nổ núi lửa Toba vào 73.000 năm trước. Đợt phun trào này được coi là lớn nhất từng được biết đến trong lịch sử, nó thải 2.800km khối khói, bụi và tro vào những khu vực xung quanh, gây ra những cơn mưa bụi rất lớn khắp Indonesia và Ấn Độ.
Làm thế nào một lượng nham thạch khổng lồ lại có thể tập trung vào cùng một thời điểm để gây nên sự bùng nổ lớn nhất lịch sử, là một câu hỏi gây ra nhiều cuộc tranh luận giữa các nhà khoa học trong một thời gian dài.
Chúng ta biết rằng, núi lửa phun trào khi mật độ và áp suất quá cao, đó là cách giải phóng bớt nhiệt độ và áp lực trong lòng Trái đất. Tuy nhiên, cơ chế này vẫn còn là một bí ẩn.
Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Uppsala và những đồng nghiệp quốc tế của họ tìm ra một câu trả lời cho câu hỏi này. Đáp án có trong những tinh thể thạch anh kích cỡ vài milimet nằm trong tro và bụi đá của núi lửa.
Tinh thể thạch anh hình thành và phát triển bên trong nham thạch, tính chất hóa học của nó thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ của magma trước một vụ phun trào núi lửa. Điều này giống như những vân gỗ của cây bị thay đổi khi khí hậu biến động.
“Khi những điều kiện trong magma thay đổi, các tinh thể sẽ thay đổi theo và phát triển thành một tính chất nào đó tương ứng. Vấn đề là những tinh thể thạch anh, cũng như những vân gỗ, có kích thước rất nhỏ khiến việc phân tích chi tiết sẽ khá khó khăn”, nhà nghiên cứu David Budd đang công tác tại Đại học Uppsala, cho biết.
Trong khi tiến hành nghiên cứu những tinh thể thạch anh ở núi lửa Toba, các nhà nghiên cứu phát hiện thấy có sự khác biệt giữa tính chất và trọng lượng của các tinh thể nằm bên ngoài và bên trong của núi lửa.
Những tinh thể nằm bên ngoài nặng hơn và chứa oxy đồng vị O18. Còn đối với những tinh thể nằm bên trong núi lửa, chúng nhẹ hơn và oxy trong chúng có đồng vị 16.
Theo các tác giả nghiên cứu, sự khác biệt này cho thấy có gì đó trong dòng chảy magma đã khiến những tinh thể thạch anh phải thay đổi một cách gay gắt trước khi vụ phun trào xảy ra.
Vậy chuyện gì đã xảy ra? Các nhà nghiên cứu cho rằng khi magma tan chảy, chúng làm chảy theo một lượng lớn tảng đá nằm gần đó theo cùng một tỷ lệ.
“Những tảng đá chứa rất nhiều nước, khi đá tan chảy sẽ giải phóng lượng nước hòa vào magma rồi bốc hơi, khiến áp suất khí tăng cao trong nơi chứa magma của núi lửa. Khi áp suất tăng lên, lớp vỏ phía trên bị vỡ, dẫn đến phóng hàng ngàn kilomet khối magma ra ngoài”, tác giả Frances Deegan của nghiên cứu cho biết.
Vậy tóm lại, những siêu núi lửa có thể phun trào một lượng rất lớn magma khi những tảng đá nằm trong lòng của nó là loại đá ngậm rất nhiều nước. May mắn cho chúng ta là những siêu núi lửa rất ít khi phun trào.
Ngoài núi lửa Toba, cũng có nhiều vụ phun trào siêu núi lửa đã từng xảy ra trong quá khứ. Núi lửa La Garita Caldera phun trào và thải 5.000 km khối magma vào 27,8 triệu năm trước.
Núi lửa Huckleberry Ridge ở Yellowstone đã giải phóng 2.500 km khối magma vào khoảng 2,1 triệu năm trước. Ở Chile có núi lửa Atana Ignimbrite vào 4 triệu năm trước cũng đã phun trào 2.500 km khối magma.
Vào năm 1815, núi lửa Tambora ở đảo Sumbawa thuộc Indonesia đã xảy ra đợt phun trào lớn nhất trong lịch sử từ khi bắt đầu ghi nhận. Đó là đợt phun trào cấp độ 7 trên thang đo VEI, ước tính có đến 100.000 người chết bởi những tàn dư khói bụi của nó, gây ra mùa đông trên toàn cầu bởi bầu khí quyển bị khói bụi che lấp, ánh sáng Mặt Trời không thể xuyên qua được.
Tuy vậy, Toba vẫn là núi lửa có cơn phun trào khủng khiếp nhất trong lịch sử, nó suýt đẩy đến một thảm họa toàn cầu khiến mọi loài sinh vật trên Trái Đất bị đưa đến bờ diệt vong. Hi vọng trong tương lai, sẽ không có một siêu núi lửa nữa nào phun trào.