Naukowcy z Instytutu Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego odkryli geochemiczne sygnatury magmy gromadzącej się pod powierzchnią podczas pożarów Fagradalsfjall na Islandii w 2021 r.
Ostatni epizod wulkaniczny na półwyspie Reykjanes na Islandii, który ma trwać stulecia, rozpoczął się od gromadzenia się ogromnej magmy tuż pod powierzchnią.
Naukowcy z Instytutu Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego wykryli gromadzenie się magmy pod islandzkim wulkanem Fagradalsfjall podczas erupcji w 2021 roku. Ciągłe pobieranie próbek ujawniło, wbrew wcześniejszym przekonaniom, skażenie skorupy ziemskiej we wczesnych lawach. Badanie to podkreśla znaczenie magazynowania magmy skorupy ziemskiej w aktywności wulkanicznej.
Sygnatury geochemiczne i gromadzenie się magmy
Naukowcy z Instytutu Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego wykryli geochemiczne oznaki gromadzenia się i topnienia magmy pod powierzchnią podczas „pożarów Fagradalsfjall”, które rozpoczęły się na islandzkim półwyspie Reykjanes w 2021 roku.
Ciągłe pobieranie próbek lawy wyrzuconej z wulkanu Fagradalsfjall umożliwiło szczegółową analizę szeregów czasowych sygnałów geochemicznych. Pokazują one, że początek erupcji rozpoczął się od masywnego gromadzenia się magmy, co kontrastuje z początkową hipotezą mówiącą o unoszeniu się magmy prosto z płaszcza.
Geolog Scripps Oceanography James Day i jego współpracownicy relacjonują dzisiejsze (31 lipca) analizy w czasopiśmie Natura.
Odwiedzający są świadkami erupcji Meradaliru w 2022 roku. Źródło: Savannah Kelly/Oceanografia Scripps
„Krew” wulkaniczna i analiza geochemiczna
„Zbierając lawę w regularnych odstępach czasu, a następnie mierząc jej skład w laboratorium, możemy stwierdzić, co zasila wulkan na głębokości” – powiedział kierownik badania Day. „To trochę jak regularne pomiary czyjejś krwi. W tym przypadku „krew” wulkanu to stopiona lawa, która wydobywa się z niego w tak spektakularny sposób.”
Day, studenci Scripps Oceanography i ich koledzy z zagranicy badali lawę bazaltową pochodzącą z innych niedawnych erupcji wulkanów, oprócz Islandii. Należą do nich erupcja wulkanu Tajogaite w 2021 r. na wyspie La Palma na Wyspach Kanaryjskich oraz erupcja Mauna Loa na Hawajach w 2022 r. Znaleźli dowody na podobne gromadzenie się magmy pod La Palmą.
Znaczenie magazynowania magmy skorupowej
„To, co sprawia, że erupcja na Islandii jest tak niezwykła, to ogromny sygnał skorupy w najwcześniejszej lawie” – powiedział Day. „Wraz z naszymi badaniami z La Palmy sugeruje, że magazynowanie magmy w skorupie ziemskiej może być powszechnym procesem poprzedzającym większe erupcje bazaltowe, takie jak te na Islandii czy Wyspach Kanaryjskich. Informacje te będą ważne dla zrozumienia zagrożenia wulkanicznego w przyszłości” – dodał – „ponieważ mogą pomóc w prognozowaniu aktywności wulkanicznej”.
Poprzednie badania sugerowały, że pożary Fagradalsfjall wybuchły z powierzchni bez interakcji ze skorupą. Zespół Daya, w tym studentka studiów licencjackich na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, Savannah Kelly, wykorzystał skład izotopowy pierwiastka osmu, aby zrozumieć, co dzieje się pod wulkanem.
„W stosowaniu osmu przydatne jest to, że jeden z jego izotopów powstaje w wyniku radiogennego rozpadu innego metalu, renu. Ponieważ pierwiastki zachowują się inaczej podczas topienia, jeden z pierwiastków, ren, jest wzbogacany w skorupie ziemskiej. Day i współpracownicy wykorzystali odmienne zachowanie renu i osmu, aby wykazać, że wczesna lawa z pożarów Fagradalsfjall została skażona skorupą.
Warstwy Ziemi i procesy wulkaniczne
Ziemię można podzielić na szereg warstw. Najgłębszą częścią jest rdzeń metalowy. Najpłytsze warstwy to atmosfera, ocean i skalista skorupa. Wszyscy ludzie żyją na skorupie ziemskiej, w której dominują skały, takie jak granit czy bazalt, takie jak te występujące w islandzkiej lawie. Pomiędzy jądrem a skorupą znajduje się rozległy płaszcz Ziemi. W tej warstwie płaszcza następuje topnienie, w wyniku którego powstają magmy zasilające wulkany takie jak te na Islandii.
W poprzednich pracach opublikowanych na temat niedawnych erupcji wulkanów na grzbiecie Reykjanes do badania law wykorzystywano inne odciski geochemiczne. Te odciski palców sugerowały jedynie wkład płaszcza do lawy. Izotopy osmu są bardzo wrażliwe na skorupę i umożliwiły jednoznaczną identyfikację jego dodatku do wczesnych law.
Zaskakujące odkrycia z wczesnych law
„Prace rozpoczęły się w ramach studiów licencjackich Savannah (Kelly) i całkowicie spodziewaliśmy się zobaczyć ślady płaszcza w lawie przez cały czas erupcji” – powiedział Day. „Możesz sobie wyobrazić nasze zdziwienie, gdy siedzieliśmy przed spektrometrem mas mierzącym wczesne próbki i zauważyliśmy w nich wyraźne oznaki skorupy”.
Zespół przeanalizował lawy wydobywające się z wulkanu Fagradalsfjall w 2021 i 2022 r. Lawy z 2021 r. były skażone skorupą, natomiast lawy z 2022 r. nie. Doszli do wniosku, że najwcześniejsza lawa zgromadzona w skorupie i interakcja ze skorupą mogły pomóc w wywołaniu erupcji.
„Potem okazuje się, że magma z późniejszych erupcji przedostała się na powierzchnię istniejącymi wcześniej drogami” – powiedział Day.
Długoterminowe znaczenie badań wulkanicznych
Day i współpracownicy planują kontynuować w przyszłości prace nad Islandią i innymi erupcjami bazaltu. Poprzednie erupcje na półwyspie Reykjanes trwały przez wieki.
„Wygląda na to, że „pożary” wulkanów na Islandii przeżyją mnie” – powiedział Day. „Erupcje, które prawdopodobnie będą tam trwać, dostarczą skarbnicy ważnych informacji naukowych na temat działania wulkanów i związanych z nimi zagrożeń. Nasze badanie pokazuje, że początek erupcji był spektakularny nie tylko wizualnie, ale także geochemicznie”.
Odniesienie: „Asymilacja głębokiej skorupy ziemskiej podczas pożarów Fagradalsfjall 2021, Islandia” 31 lipca 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07750-0
Oprócz Daya i Kelly’ego w badania zaangażowani byli Geoffrey Cook z Scripps Oceanography, William Moreland i Thor Thordarsson z Uniwersytetu Islandzkiego oraz Valentin Troll z Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji. Program Petrology and Geochemistry National Science Foundation (NSF) częściowo sfinansował badania.
