Zasadnicze zmiany w tym, co wiemy o działaniu wulkanów

Niedawne odkrycia z erupcji Fagradalsfjall na Islandii zmieniają naszą wiedzę na temat działania wulkanów.

Uczenie się czegoś, co radykalnie zmienia sposób, w jaki rozumiemy nasz świat, nie zdarza się często. Ale dla ziemskiego naukowca Matthew Jacksona z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara i tysięcy wulkanologów na całym świecie to odkrycie właśnie się wydarzyło.

Podczas pobierania magmy z wulkanu Fagradalsfjall na Islandii, Jackson i jego koledzy odkryli znacznie bardziej dynamiczny proces, niż ktokolwiek w ciągu dwóch stuleci przypuszczał, że naukowcy badali wulkany.

„Właśnie wtedy, gdy wydaje mi się, że jesteśmy bliscy dowiedzenia się, jak działają te wulkany, czeka nas wielka niespodzianka” – powiedział.

Odkrycia geologów zostały opublikowane 14 września w czasopiśmie charakter temperamentu.

10000 lat miesięcznie

Dzięki urlopowi, zarazie i 780 latom topnienia skał plutonicznych, Jackson był we właściwym miejscu i czasie, aby być świadkiem narodzin Fagradalsfjall, szczeliny na nizinach w południowo-zachodniej Islandii, która pękła i wybuchła magmą w marcu 2021 roku. , wszyscy byli na Półwyspie Rikjan jest gotowy na jakąś erupcję wulkanu.

„Rój trzęsień ziemi był intensywny”, powiedział o około 50 000 trzęsieniach ziemi o sile 4 lub wyższej, które wstrząsały ziemią przez tygodnie i trzymały większość ludności Islandii na krawędzi.

Jednak brak snu był tego wart, a dziwactwo szybko zamieniło się w magię, gdy lawa trysnęła i rozpryskiwała się z dziury w ziemi w stosunkowo pustym Geldingadalur. Naukowcy i zwiedzający gromadzą się w tym obszarze, aby zobaczyć najnowszą część skorupy ziemskiej. Od samego początku byli w stanie podejść wystarczająco blisko, aby stale próbować lawy, ze względu na powolny przepływ lawy i wichury, które wydmuchiwały szkodliwe gazy.

Erupcja wulkanu Fagradalsfjall na Islandii.

Geolodzy, pracujący pod kierunkiem Simundura Halldorssona z Uniwersytetu Islandzkiego, próbowali ustalić „głębokość pochodzenia magmy w płaszczu, ile zmagazynowano pod powierzchnią przed erupcją oraz co działo się w zbiorniku przed i w trakcie wybuch.” Takie pytania, choć podstawowe, są w rzeczywistości jednymi z największych wyzwań dla tych, którzy badają wulkany. Wynika to z nieprzewidywalności erupcji, niebezpieczeństwa i ekstremalnych warunków, oddalenia i niedostępności wielu aktywnych miejsc.

„Założenie było takie, że komora magmy powoli się wypełnia i że magma dobrze się miesza” – wyjaśnił Jackson. „Potem wysycha w trakcie erupcji”. W wyniku tego dobrze zdefiniowanego, dwuetapowego procesu, dodał, osoby badające erupcje wulkanów nie spodziewają się znaczących zmian w składzie chemicznym magmy wypływającej z Ziemi.

„To właśnie widzimy na górze Kolawea na Hawajach” – powiedział. „Będziesz miał erupcję wulkanu, która trwa latami, a z czasem nastąpią subtelne zmiany.

„Ale w Islandii było ponad 1000 czynników o wyższym tempie zmian kluczowych wskaźników chemicznych” – kontynuował Jackson. „W ciągu miesiąca erupcja Fagradalsfjall wykazała większą zmienność składu niż erupcja Kīlauea wykazana przez dziesięciolecia. Całkowity zakres składu chemicznego pobranego w tej pierwszej erupcji w pierwszym miesiącu obejmuje cały zakres, który wybuchł w południowo-zachodniej Islandii w ciągu ostatnich 10 000 lat”.

Nocny widok na wybuch wulkanu na górze Fagradalsfjall w Islandii.

Według naukowców ta asymetria jest spowodowana kolejnymi partiami magmy wpływającymi do komory z głębi płaszcza.

„Wyobraź sobie lampę lawową w swoim umyśle” – powiedział Jackson. „Masz gorącą lampę na dole, bańka nagrzewa się, a punkt unosi się i ochładza, a następnie opada. Możemy pomyśleć o płaszczu Ziemi – od szczytu jądra do dołu płyt tektonicznych – działa bardzo podobnie lampa lawowa”. Następnie wyjaśnił, że gdy ciepło powoduje unoszenie się obszarów płaszcza i formowanie pióropuszy i poruszanie się silnie w górę w kierunku powierzchni, stopiona skała z tych pióropuszów gromadzi się w komorach i krystalizuje, gazy wydostają się przez skorupę, a ciśnienie rośnie, aż do magma znajduje sposób na ucieczkę.

Jak pokazano w artykule, to, co wybuchło w ciągu pierwszych kilku tygodni, to oczekiwany „zużyty” rodzaj magmy, która się akumulowała.g w zbiorniku, który leży około 10 mil (16 km) pod powierzchnią. Jednak do kwietnia dowody wykazały, że komora była ponownie ładowana głębszym „wzbogaconym” typem, który rozpuszczał się o innym składzie. Uzyskiwany z innego regionu wznoszącego się pióropusza płaszcza pod Islandią. Ta nowa magma ma mniej zmodyfikowany skład chemiczny, o wyższej zawartości magnezu i wyższej zawartości dwutlenku węgla. Wskazuje to, że z tej głębokiej magmy uciekło mniej gazów. W maju magma kontrolująca przepływ była najgłębszego i najbogatszego typu. Te szybkie i ekstremalne zmiany w składzie magmy w gorącym punkcie żerującym na pióropuszach „nigdy wcześniej nie były obserwowane w czasie zbliżonym do rzeczywistego”.

Jednak Jackson powiedział, że te zmiany w makijażu mogą nie być tak rzadkie. Tyle, że szanse na spróbowanie erupcji na tak wczesnym etapie nie są rzadkością. Na przykład przed erupcją Fagradalsfjall w 2021 r. ostatnie erupcje miały miejsce na półwyspie Reykjanes w Islandii osiem wieków temu. Podejrzewa, że ​​ta nowa aktywność sygnalizuje początek nowego, wielowiekowego cyklu wulkanicznego w południowo-zachodniej Islandii.

„Często nie mamy danych na temat wczesnych stadiów większości erupcji wulkanicznych, ponieważ są one zasypywane przez wylewy lawy w późniejszych stadiach” – powiedział. Ten projekt pozwolił im, zdaniem naukowców, zobaczyć zjawisko, które uważano za możliwe, ale którego nie zaobserwowano bezpośrednio.

Dla naukowców odkrycie to stanowi „poważne ograniczenie” w budowaniu modeli wulkanów na całym świecie. Jednak nie jest jeszcze jasne, jak reprezentatywne jest to zjawisko dla innych wulkanów ani jaką rolę odgrywa w wywołaniu erupcji. Dla Jacksona jest to przypomnienie, że Ziemia wciąż ma tajemnice do stracenia.

„Kiedy wyjdę, aby spróbować starożytnych strumieni lawy lub kiedy będę czytać lub pisać artykuły w przyszłości, zawsze będzie to w mojej głowie: to może nie być cała historia erupcji” – powiedział.

Odniesienie: „Szybka transformacja głębokiego źródła magmy w wulkanie Vagradalsvilla, Islandia” autorstwa Somundur A. Halldorsson, Edward W. Marshall, Alberto Carracciolo, Simon Matthews, Eniko Bali i Maja B. . Guðfinnsson, Olgeir Sigmarsson, John Maclennan, Matthew G. Jackson, Martin J. Whitehouse, Heejin Jeon, Quinten H. A. van der Meer, Geoffrey K. Mibei, Maarit H. Kalliokoski, Maria M. Melissa Ann Pfeffer, Samuel W. Scott, Ricky Kjartansdottir, Barbara I. Klein, Clive Oppenheimer, Alessandro Ayuba, Evgenia Ilinskaya, Marcelo Pettito, Gaetano Giudice i Andrei Stefansson, 14 września 2022 r., charakter temperamentu.
DOI: 10.1038 / s41586-022-04981-x