地質學家長期以來一直想知道，為什麼通常被認為是溫和的、只會釋放穩定熔岩流的火山，有時會在毫無預警的情況下爆炸性噴發——就像紐西蘭的塔拉威拉山在1886年6月所做的那樣，造成了大範圍的破壞和死亡。德國拜羅伊特大學的地球科學家達尼洛·迪·熱那亞說，地質學家長期以來一直想知道為什麼火山會發生這種突然而危險的轉變。
迪·熱那亞和他的同事在《科學進展》中提出，這種災難性的轉變可能始於被稱為奈米晶體的晶粒，這種晶粒可以在上升的岩漿中形成，大小隻有普通細菌的1/100。研究人員表示，這些晶粒使岩漿更粘稠，阻止火山氣體從熔融岩石中逸出。這會積聚壓力，為猛烈的爆炸創造條件。
科學家們使用電子顯微鏡和光譜成像工具，在活火山的火山灰中發現了納米晶體，包括義大利的埃特納火山和印度尼西亞的坦博拉火山。
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然後，該團隊研究了納米晶體是如何在一種相對稀薄的岩漿中形成的，這種岩漿冷卻後會變成玄武岩。這種低粘度岩漿通常允許氣體 легко逸出，從而形成平緩的熔岩流。研究人員透過熔化玄武岩然後快速冷卻，在實驗室中製造出奈米晶體。冷卻過程至關重要：在噴發期間，岩漿在向噴口頂部上升時會失去熱量。迪·熱那亞解釋說，研究發現，只有當熱量損失率恰到好處時，奈米晶體才會形成。
迪·熱那亞說：“岩漿是一個多組分系統，主要由矽和氧組成。”“它還含有其他元素，如鋁、鈣和鐵，其中鐵似乎是形成奈米晶體最重要的元素。”他補充說，大多數奈米晶體是氧化鐵晶體，帶有微量的鋁。而且由於鐵存在於所有岩漿中，因此這種晶體可以在各種岩漿型別中形成。
接下來，研究人員製造了一種人造岩漿，以證明奈米晶體可以提高粘度。他們使用了矽油（在室溫下，矽油的粘度與玄武岩岩漿在噴發時的粘度相當），並添加了玻璃球來模擬奈米晶體的形狀和大小。研究小組發現，即使在相對較低的濃度下，奈米顆粒也傾向於聚集在一起，擾亂液體的自由流動。在真正的火山中，岩漿粘度的這種突然增加會困住逸出的氣體氣泡。最終，足夠的壓力會積聚起來，一次性推出大量的岩漿，而不是以穩定的流的形式——從而導致爆炸。
哥倫比亞大學地質學家艾納特·列夫說：“這是一項令人興奮的研究，它解決了一個我們長期以來一直存在的問題。”艾納特·列夫沒有參與這項新研究。“弄清楚如何在未來的火山模型中納入這些資訊將非常重要且具有挑戰性。”