Lòng chảo núi lửa Kikai nằm phần lớn dưới biển, ở phía nam đảo Kyushu của Nhật Bản.

Khoảng 7.300 năm trước, hệ thống này gây ra vụ phun trào Kikai-Akahoya, được xem là vụ phun trào núi lửa lớn nhất từng được ghi nhận trong thế Holocene - giai đoạn địa chất hiện nay, bắt đầu cách đây khoảng 11.700 năm.

Vụ phun trào giải phóng khoảng 133-183km³ vật chất núi lửa quy đổi theo thể tích đá đặc, bao phủ một khu vực rộng lớn bằng tro và dòng vật chất nóng. Sau khi một lượng magma khổng lồ thoát ra, phần đất phía trên sụp xuống, hình thành lòng chảo rộng thay vì một ngọn núi hình nón thông thường.

Trong nghiên cứu đăng trên tạp chí Communications Earth & Environment, nhóm khoa học thuộc Đại học Kobe và Cơ quan Khoa học - Công nghệ biển và Trái đất Nhật Bản đã dựng lại cấu trúc bên dưới Kikai bằng sóng địa chấn.

Họ sử dụng hệ thống súng khí nén tạo xung âm, kết hợp 39 máy đo địa chấn đặt dưới đáy biển. 

Sóng truyền qua các lớp đá sẽ thay đổi tốc độ và hướng tùy theo nhiệt độ, thành phần cũng như lượng vật chất nóng chảy, từ đó giúp nhóm nghiên cứu nhận diện một vùng chứa magma lớn ở độ sâu khoảng 2,5-6km dưới đáy biển.

Theo nhà địa vật lý Nobukazu Seama, quy mô và vị trí của khu vực này cho thấy đây chính là hệ thống từng cung cấp magma cho đại phun trào cách đây 7.300 năm.

Tuy nhiên magma hiện diện bên dưới Kikai nhiều khả năng không phải phần còn sót lại từ thảm họa cổ đại. 

Phân tích hóa học cho thấy vật chất tạo nên mái vòm dung nham hình thành ở trung tâm lòng chảo trong khoảng 3.900 năm qua có thành phần khác với magma của vụ phun trào Kikai-Akahoya.

Điều này cho thấy magma mới đã được đưa từ sâu trong lòng đất vào kho chứa. Mái vòm dung nham hiện có thể tích hơn 32km³, đồng nghĩa ít nhất một lượng vật chất nóng chảy tương đương đã đi vào hệ thống sau đại phun trào. 

Tốc độ tái nạp trung bình được ước tính hơn 8,2km³ mỗi 1.000 năm, dù quá trình có thể diễn ra theo từng đợt.

Kho chứa bên dưới Kikai cũng không phải một "hồ dung nham" hoàn toàn lỏng. Nhóm nghiên cứu ước tính vật chất nóng chảy chỉ chiếm khoảng 3-6%, phân bố trong một khối đá nóng và tinh thể dưới lòng đất.

Mô hình tái nạp magma tại Kikai có nhiều điểm tương đồng với các lòng chảo núi lửa khổng lồ khác như Yellowstone ở Mỹ và Toba tại Indonesia. 

Phát hiện này có thể giúp giới khoa học hiểu rõ hơn cách những hệ thống núi lửa lớn tích tụ magma qua hàng nghìn năm và xác định các dấu hiệu quan trọng trước những vụ phun trào quy mô lớn.

Các nhà khoa học nhấn mạnh việc Kikai đang nhận magma mới chưa đồng nghĩa Nhật Bản sắp đối mặt với một thảm họa núi lửa. Quá trình xây dựng một kho magma đủ lớn có thể kéo dài hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn năm. 

Giá trị lớn nhất của nghiên cứu nằm ở khả năng giúp con người theo dõi sâu hơn một hệ thống từng tạo ra một trong những biến cố địa chất dữ dội nhất thời hiện đại.

Drone và tia laser 'đọc hơi thở' núi lửa trước khi phun

Thay vì đưa con người tiến sát miệng núi lửa đầy khí độc, các nhà khoa học giờ đây có thể dùng drone và tia laser để lập bản đồ những dòng khí vô hình đang thoát ra từ lòng đất.