Krystalure plejede at time magmalagring før vulkanudbrud

Den smeltede sten, der føder vulkaner, kan opbevares i jordskorpen i så længe som tusind år, et resultat, som kan hjælpe med håndtering af vulkanfare og bedre forudsigelse af, hvornår udbrud kan forekomme.

Forskere fra University of Cambridge brugte vulkanske mineraler kendt som 'krystalure' til at beregne, hvor længe magma kan opbevares i de dybeste dele af vulkanske systemer. Dette er det første skøn over magmalagringstider nær grænsen af ​​jordskorpen og kappen, kaldet Moho. Resultaterne er rapporteret i journalen Videnskab .

"Dette er ligesom geologisk detektivarbejde, " sagde Dr. Euan Mutch fra Cambridge's Department of Earth Sciences, og avisens første forfatter. "Ved at studere, hvad vi ser i klipperne for at rekonstruere, hvordan udbruddet var, vi kan også vide, hvilken slags forhold magmaet er lagret under, men det er svært at forstå, hvad der sker i de dybere dele af vulkanske systemer."

"At bestemme, hvor længe magma kan opbevares i jordskorpen, kan hjælpe med at forbedre modeller af de processer, der udløser vulkanudbrud, " sagde medforfatter Dr. John Maclennan, også fra Institut for Geovidenskab. "Hastigheden af ​​magmastigning og -lagring er tæt forbundet med overførslen af ​​varme og kemikalier i skorpen i vulkanske områder, hvilket er vigtigt for geotermisk energi og frigivelsen af ​​vulkanske gasser til atmosfæren."

Forskerne studerede Borgarhraun-udbruddet af Theistareykir-vulkanen i det nordlige Island, som fandt sted omkring 10, 000 år siden, og blev fodret direkte fra Moho. Dette grænseområde spiller en vigtig rolle i behandlingen af ​​smelter, når de rejser fra deres kildeområder i kappen mod jordens overflade. For at beregne, hvor længe magmaen blev opbevaret ved dette grænseområde, forskerne brugte et vulkansk mineral kendt som spinel som et lille stopur eller krystalur.

Ved hjælp af krystalur-metoden, forskerne var i stand til at modellere, hvordan sammensætningen af ​​spinelkrystallerne ændrede sig over tid, mens magmaen blev lagret. Specifikt, de så på diffusionshastighederne af aluminium og krom i krystallerne, og hvordan disse elementer er 'zoneinddelt'.

"Diffusion af grundstoffer arbejder for at få krystallen i kemisk ligevægt med dens omgivelser, " sagde Maclennan. "Hvis vi ved, hvor hurtigt de diffunderer, kan vi finde ud af, hvor længe mineralerne var lagret i magmaen."

Forskerne så på, hvordan aluminium og chrom var zonet i krystallerne, og indså, at dette mønster fortalte dem noget spændende og nyt om magmalagringstid. Diffusionshastighederne blev estimeret ved hjælp af resultaterne af tidligere laboratorieforsøg. Forskerne brugte derefter en ny metode, ved at kombinere finite element-modellering og Bayesiansk indlejret sampling for at estimere lagringstidsskalaerne.

"Vi har nu rigtig gode estimater i forhold til, hvor magmaen kommer fra, hvad angår dybde, " sagde Mutch. "Ingen har nogensinde fået den slags tidsskalainformation fra den dybere skorpe."

Beregning af magmalagringstiden hjalp også forskerne med at bestemme, hvordan magma kan overføres til overfladen. I stedet for den klassiske model af en vulkan med et stort magmakammer under, forskerne siger, at i stedet, det er mere som et vulkansk 'VVS-system', der strækker sig gennem skorpen med masser af små 'tude', hvor magma hurtigt kan overføres til overfladen.

En anden afhandling fra samme hold, for nylig offentliggjort i Nature Geoscience, fandt, at der er en sammenhæng mellem opstigningshastigheden af ​​magma og frigivelsen af ​​CO2, hvilket har betydning for vulkanovervågning.

Forskerne observerede, at der blev overført nok CO2 fra magmaen til gas i løbet af dagene før udbruddet til at indikere, at CO2-overvågning kunne være en nyttig måde at få øje på forstadierne til udbrud i Island. Baseret på det samme sæt krystaller fra Borgarhraun, forskerne fandt ud af, at magma kan stige fra et kammer 20 kilometer dybt til overfladen på så lidt som fire dage.