Магма, питающая вулканы, может храниться в земной коре тысячи лет

Геологи из Кембриджского университета (Великобритания) использовали вулканические минералы, известные как «кристаллические часы», чтобы рассчитать, как долго магма может храниться в самых глубоких частях вулканических систем. В результате была получена первая оценка периода хранения раскаленной массы вблизи границы земной коры и мантии, называемой границей Мохоровича (или сокращенно границей Мохо). Выводы ученых опубликованы в журнале Science.

«Это настоящий геологический детектив. Определение того, как долго магма может храниться в земной коре, может помочь улучшить модели процессов, которые вызывают извержения. Скорость нарастания и накопления магмы тесно связана с переносом тепла и химических веществ в коре вулканических регионов, что важно для геотермальной энергии и выброса газов в атмосферу», – объясняет Юан Муч, ведущий автор исследования из Кембриджского отдела наук о Земле.

В своей работе исследователи обратились к извержению вулкана Тхейстаареыкир в северной Исландии, которое произошло примерно 10 000 лет назад и питалось непосредственно из Мохо. Эта граничная зона играет важную роль в изучении расплавов, поскольку они перемещаются из своих исходных областей в мантии к поверхности Земли. Чтобы вычислить, как долго магма хранилась в этой области, геологи использовали вулканический минерал шпинель.

Используя метод «кристаллических часов», исследователи смоделировали, как состав кристаллов шпинели изменялся за время хранения магмы. В частности, они рассмотрели скорость диффузии алюминия и хрома в кристаллах и то, как эти элементы «зонированы».

«Диффузия элементов приводит кристалл в химическое равновесие с окружающей средой. Если мы знаем ее скорость, то можем выяснить, насколько долго минералы хранились в магме», – пишут авторы исследовагия.

Исследователи посмотрели на то, как алюминий и хром были зонированы в кристаллах, и поняли, что этот паттерн говорит им нечто захватывающее и новое о продолжительности хранения магмы. Скорость диффузии была оценена с использованием результатов предыдущих лабораторных экспериментов, после чего геологи применили новый подход, сочетающий моделирование методом конечных элементов и байесовскую вероятность для оценки сроков хранения.

«Мы провели действительно точную оценку глубины происхождения магмы. Оказалось, что она может оставаться под поверхностью в течение сотен и тысяч лет. Никто никогда не получал такую ​​временную информацию из глубокой коры», – сообщил Юан Муч.

Расчет времени хранения магмы также помог исследователям определить, как она может переноситься на поверхность. Вместо классической модели вулкана с большой магматической камерой под ним, это больше похоже на раскаленный «водопровод» с множеством небольших протоков, из которых магма может быстро переноситься на поверхность.

«Магма может подняться из камеры глубиной 20 километров к поверхности всего за четыре дня, но даже этого времени может быть достаточно для спасения местных жителей и подготовки к возможным последствиям извержения», – заключают авторы исследования.