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我们对火山如何运作的了解发生了根本性的变化

冰岛的 Fagradalsfjall 火山在夜间喷发。

冰岛 Fagradalsfjall 火山喷发的最新发现正在改变我们对火山如何运作的认识。

学习从根本上改变我们对世界的理解方式的东西并不经常发生。 但对于加州大学圣巴巴拉分校的地球科学家马修·杰克逊和世界各地成千上万的火山学家来说,这一发现才刚刚发生。

在从冰岛的 Fagradalsfjall 火山取样岩浆时,杰克逊和他的同事发现了一个比两个世纪以来科学家们一直在研究火山的任何人都更加动态的过程。

“就在我认为我们接近弄清楚这些火山是如何运作的时候,我们才会得到一个很大的惊喜,”他说。

Fagradalsfjall 是一座托亚火山,形成于雷克雅未克半岛的最后一个冰河时代,距离冰岛雷克雅未克约 25 英里(40 公里)。

地球科学家的研究结果于 9 月 14 日发表在期刊上 脾气本性.

每月10000年

由于离开、瘟疫和 780 年的深成岩融化,杰克逊在正确的地点和时间见证了 Fagradalsfjall 的诞生,这是冰岛西南部低地的一个裂缝,于 2021 年 3 月分裂并喷发岩浆。到那时,每个人都在 Rikjan 半岛准备好迎接某种火山喷发。

“地震群非常激烈,”他谈到大约 50,000 次地震(4 级或更高)时说,地震持续数周震动地面,让冰岛的大部分人口处于紧张状态。

然而,剥夺睡眠是值得的,怪异很快就变成了魔法,熔岩从相对空旷的格尔丁达鲁的地洞中喷涌而出。 科学家和游客都涌向该地区,以了解地壳的最新部分。 从一开始,由于熔岩的缓慢流动和将有毒气体吹走的强风,他们能够离得足够近以连续采样熔岩。

Fagradalsfjall冰岛火山喷发

冰岛Fagradalsfjall火山喷发。

在冰岛大学的 Simundur Halldorsson 的带领下,地质学家一直试图弄清楚“地幔中岩浆的起源深度,喷发前地表以下储存了多少,以及在喷发之前和期间储层中发生了什么。火山喷发。” 像这样的问题,虽然很基础,但是,对于那些研究火山的人来说,它们实际上是一些最大的挑战。 这是由于火山爆发的不可预测性、危险和极端条件、许多活动地点的偏远和难以进入。

“假设是岩浆房随着时间的推移缓慢填充,并且岩浆混合得很好,”杰克逊解释说。 “然后它在喷发过程中干涸。” 他补充说,由于这个定义明确的两步过程,研究火山爆发的人预计不会看到岩浆流出地球时的化学成分发生显着变化。

“这就是我们在夏威夷的科拉威山看到的,”他说。 “你将有一次持续数年的火山喷发,并且随着时间的推移会有微妙的变化。

“但在冰岛,有 1000 多个因素的关键化学指标变化率较高,”杰克逊继续说道。 “在一个月内,Fagradalsfjall 喷发的成分变化比 Kīlauea 喷发几十年来表现出的要大。在第一个月的喷发中取样的化学成分的总范围跨越了过去 10,000 年来冰岛西南部喷发的整个范围。”

Vagradalsvial 火山夜间喷发

冰岛法格拉达尔山火山喷发的夜景。

据科学家称,这种不对称性是由后续批次的岩浆从地幔深处流入腔室造成的。

“想象一下你脑海中的熔岩灯,”杰克逊说。 “底部有一个热灯,一个气泡升温,这个点上升、冷却然后下沉。我们可以想象地幔——从地核顶部到构造板块底部——工作起来很像熔岩灯。” 他继续解释说,当热量导致地幔区域上升并形成羽流并有力地向上移动到地表时,来自这些羽流的熔融岩石在腔室中积聚并结晶,气体通过地壳排出,压力逐渐增加,直到岩浆找到了逃生的方法。

“就在我认为我们接近弄清楚这些火山是如何运作的时候,我们得到了一个很大的惊喜。” – 马修杰克逊

如论文所示,最初几周爆发的是预期的“消耗”型岩浆,它正在积累G 在水库中,该水库位于地表以下约 10 英里(16 公里)处。 然而,到了 4 月,有证据表明该房间正在被一种更深的“浓缩”类型重新充电,这种类型溶解了不同的成分。 取自冰岛下方上升地幔柱的不同区域。 这种新岩浆的化学成分改变较少,镁含量更高,二氧化碳含量更高。 这表明从这种深层岩浆中逸出的气体较少。 到五月,控制流动的岩浆是最深、最丰富的类型。 他们说,在羽流供给热点,岩浆成分的这些快速和极端的变化“以前从未在近乎实时的情况下观察到过”。

然而,杰克逊表示,这些妆容变化可能并不罕见。 只是在这么早的阶段对喷发进行采样的机会并不少见。 例如,在 2021 年 Fagradalsfjall 火山喷发之前,最近的一次火山喷发发生在 8 个世纪前的冰岛雷克雅内斯半岛。 他怀疑这一新活动标志着冰岛西南部一个新的、数百年的火山循环的开始。

“我们通常没有记录大多数火山喷发的早期阶段,因为它们被后期熔岩流掩埋,”他说。 据研究人员称,这个项目让他们看到了一种被认为是可能的但没有直接看到的现象。

对于科学家来说,这一发现代表了我们如何在世界各地建立火山模型的“主要限制”。 然而,目前尚不清楚这种现象对其他火山有多大的代表性,或者它在引起喷发中起什么作用。 对于杰克逊来说,这是一个提醒,地球仍然有秘密要失去。

“所以当我出去采样古代熔岩流时,或者当我将来阅读或写论文时,我会一直在想:这可能不是火山喷发的全部故事,”他说。

参考:“冰岛 Vagradalsvilla 火山深层岩浆源的快速转变”,作者:Somundur A. Halldorsson、Edward W. Marshall、Alberto Carracciolo、Simon Matthews、Eniko Bali 和 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 Kiertensdottir、Barbara I. Klein、Clive Oppenheimer、Alessandro Ayuba、Evgenia Ilyinskaya、Marcelo Pettito、Gaetano Giudice 和 Andrei Stefansson,2022 年 9 月 14 日, 脾气本性.
DOI: 10.1038 / s41586-022-04981-x

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