Forskare från UC San Diegos Scripps Institution of Oceanography har upptäckt geokemiska signaturer av magma som samlats under ytan under Islands 2021 Fagradalsfjall-bränder.
Islands senaste vulkanepisod på Reykjaneshalvön, som ägde rum under de senaste århundradena, började med en enorm magma som samlades precis under ytan.
Forskare vid UC San Diegos Scripps Institution of Oceanography upptäckte magma som samlades under Islands vulkan Fagradalsfjall under utbrottet 2021. Kontinuerlig provtagning avslöjade jordskorpans förorening i tidiga lavor, i motsats till tidigare uppfattningar. Denna studie belyser vikten av lagring av jordskorpans magma i vulkanisk aktivitet.
Geokemiska signaturer och Magma Pooling
Forskare från University of California, San Diegos Scripps Institution of Oceanography har upptäckt geokemiska signaturer av magma som samlas och smälter under ytan under ”Fagradalsfjall-bränderna”, som började på Islands Reykjaneshalvön 2021.
Kontinuerlig provtagning av de utbrutna lavorna från vulkanen Fagradalsfjall möjliggjorde en detaljerad tidsserieanalys av geokemiska signaler. Dessa visar att starten av utbrottet började med den massiva ansamlingen av magma, vilket kontrasterar den initiala hypotesen för magmauppstigning direkt från manteln.
Scripps oceanografigeolog James Day och hans kollegor rapporterar om analyserna idag (31 juli) i tidskriften Natur.
Besökare bevittnar Meradalir-utbrottet 2022. Kredit: Savannah Kelly/Scripps Oceanography
Vulkanisk ”blod” och geokemisk analys
”Genom att samla lavor med jämna mellanrum och sedan mäta deras sammansättning i laboratoriet kan vi se vad som matar vulkanen på djupet”, säger studieledaren Day. ”Det är lite som att göra regelbundna mätningar av någons blod. I det här fallet är vulkanens ”blod” de smälta lavorna som utgår så spektakulärt från den.”
Day, studenter vid Scripps Oceanography och internationella kollegor har studerat basaltiska lavor från andra senaste vulkanutbrott förutom Island. Dessa inkluderar utbrottet 2021 av vulkanen Tajogaite på ön La Palma på Kanarieöarna och 2022 års utbrott av Mauna Loa på Hawai’i. De har hittat bevis för att liknande magma samlas under La Palma.
Vikten av Crustal Magma Storage
”Det som gör Islands utbrott så anmärkningsvärt är den enorma signalen om skorpa i de tidigaste lavorna,” sa Day. ”Tillsammans med våra studier från La Palma tyder det på att lagring av skorpmagma kan vara en vanlig process som är involverad i upptakten till större basaltutbrott som de på Island eller Kanarieöarna. Denna information kommer att vara viktig för att förstå vulkanisk fara i framtiden”, tillade han, ”eftersom det kan hjälpa till att förutsäga vulkanisk aktivitet.”
Tidigare studier hade föreslagit att Fagradalsfjall-bränderna bröt ut från ytan utan interaktion med skorpan. Days team, inklusive UC San Diego-studenten Savannah Kelly, använde den isotopiska sammansättningen av grundämnet osmium för att förstå vad som hände under vulkanen.
”Det som är användbart med att använda osmium,” sa Day, ”är att en av dess isotoper produceras av radiogena sönderfall av en annan metall, renium. Eftersom grundämnena beter sig olika under smältning, anrikas ett av grundämnena, rhenium, i jordskorpan.” Day och kollegor utnyttjade rheniums och osmiums distinkta beteenden för att visa att de tidiga lavorna från Fagradalsfjallsbränderna var förorenade av skorpan.
Jordens lager och vulkaniska processer
Jorden kan delas upp i en serie lager. Den djupaste delen är den metalliska kärnan. De grundaste lagren är atmosfären, havet och stenskorpan. Alla människor lever på jordskorpan, som domineras av bergarter som granit eller basalt som den som finns i Islands lavor. Mellan kärnan och skorpan finns jordens stora mantel. Detta mantelskikt är där smältning sker för att producera magma som matar vulkaner som de på Island.
Tidigare arbeten publicerade om de senaste vulkanutbrotten på Reykjanesryggen hade använt andra geokemiska fingeravtryck för att studera lavorna. Dessa fingeravtryck antydde endast mantelbidrag till lavorna. Osmiumisotoper är mycket känsliga för skorpan och möjliggjorde en entydig identifiering av dess tillägg till de tidiga lavorna.
Överraskande fynd från tidiga lavas
”Arbetet började som grundutbildningserfarenhet för Savannah (Kelly) och vi förväntade oss fullt ut att se mantelsignaturer i lavorna under utbrottet”, sa Day. ”Du kan föreställa dig vår förvåning när vi satt framför masspektrometern och mätte de tidiga proverna och såg tydliga signaler om skorpa i dem.”
Teamet analyserade lavor som bröt ut från vulkanen Fagradalsfjall 2021 och 2022. 2021 års lavor var förorenade av skorpa, 2022 års lavor var inte det. De drar slutsatsen att de tidigaste lavorna som samlats i skorpan och interaktion med skorpan kan ha hjälpt till att utlösa utbrottet.
”Efter det verkar det som att magman från senare utbrott använde redan existerande vägar för att komma till ytan,” sa Day.
Långsiktig betydelse av vulkanstudier
Day och kollegor planerar att fortsätta sitt arbete med Island och andra basaltutbrott i framtiden. Tidigare utbrott på Reykjaneshalvön har varat i århundraden.
”Det verkar som om de vulkaniska ”bränderna” på Island kommer att vara längre än mig,” sa Day. ”Utbrotten som sannolikt kommer att fortsätta där kommer att ge en skattkammare av viktig vetenskaplig information om hur vulkaner fungerar och deras associerade faror. Vår studie visar att början av utbrottet inte bara var visuellt spektakulär, utan också geokemiskt.”
Förutom Day och Kelly var Geoffrey Cook från Scripps Oceanography, William Moreland och Thor Thordarsson från Islands universitet, och Valentin Troll från Uppsala universitet i Sverige involverade i forskningen. National Science Foundation (NSF) petrology and geochemistry-programmet finansierade delvis forskningen.