地质学家长期以来一直想知道，为什么通常被认为是温和的、只会释放稳定熔岩流的火山，有时会在毫无预警的情况下爆炸性喷发——就像新西兰的塔拉威拉山在1886年6月所做的那样，造成了大范围的破坏和死亡。德国拜罗伊特大学的地球科学家达尼洛·迪·热那亚说，地质学家长期以来一直想知道为什么火山会发生这种突然而危险的转变。
迪·热那亚和他的同事在《科学进展》中提出，这种灾难性的转变可能始于被称为纳米晶体的晶粒，这种晶粒可以在上升的岩浆中形成，大小只有普通细菌的1/100。研究人员表示，这些晶粒使岩浆更粘稠，阻止火山气体从熔融岩石中逸出。这会积聚压力，为猛烈的爆炸创造条件。
科学家们使用电子显微镜和光谱成像工具，在活火山的火山灰中发现了纳米晶体，包括意大利的埃特纳火山和印度尼西亚的坦博拉火山。
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然后，该团队研究了纳米晶体是如何在一种相对稀薄的岩浆中形成的，这种岩浆冷却后会变成玄武岩。这种低粘度岩浆通常允许气体 легко逸出，从而形成平缓的熔岩流。研究人员通过熔化玄武岩然后快速冷却，在实验室中制造出纳米晶体。冷却过程至关重要：在喷发期间，岩浆在向喷口顶部上升时会失去热量。迪·热那亚解释说，研究发现，只有当热量损失率恰到好处时，纳米晶体才会形成。
迪·热那亚说：“岩浆是一个多组分系统，主要由硅和氧组成。”“它还含有其他元素，如铝、钙和铁，其中铁似乎是形成纳米晶体最重要的元素。”他补充说，大多数纳米晶体是氧化铁晶体，带有微量的铝。而且由于铁存在于所有岩浆中，因此这种晶体可以在各种岩浆类型中形成。
接下来，研究人员制造了一种人造岩浆，以证明纳米晶体可以提高粘度。他们使用了硅油（在室温下，硅油的粘度与玄武岩岩浆在喷发时的粘度相当），并添加了玻璃球来模拟纳米晶体的形状和大小。研究小组发现，即使在相对较低的浓度下，纳米颗粒也倾向于聚集在一起，扰乱液体的自由流动。在真正的火山中，岩浆粘度的这种突然增加会困住逸出的气体气泡。最终，足够的压力会积聚起来，一次性推出大量的岩浆，而不是以稳定的流的形式——从而导致爆炸。
哥伦比亚大学地质学家艾纳特·列夫说：“这是一项令人兴奋的研究，它解决了一个我们长期以来一直存在的问题。”艾纳特·列夫没有参与这项新研究。“弄清楚如何在未来的火山模型中纳入这些信息将非常重要且具有挑战性。”