科学家报告称，最近冰岛的火山“火灾”源于地表下大量岩浆的聚集
加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家在 2021 年冰岛雷克雅内斯半岛爆发的“法格拉达尔斯菲尔大火”期间，发现了岩浆在地下聚集和融化的地球化学特征。对法格拉达尔斯菲亚尔火山喷发的熔岩进行连续采样，可以对地球化学信号进行详细的时间序列分析。这些结果表明，火山喷发始于大量岩浆的汇集，这与最初假设的岩浆直接从地幔上升形成对比。
斯克里普斯海洋学地质学家詹姆斯·戴和他的同事于7 月 31 日在《自然》杂志上报告了这项研究的分析结果。
“通过定期收集熔岩，然后在实验室测量其成分，我们可以知道火山深处的熔岩是什么，”研究负责人戴说。“这有点像定期测量某人的血液。在这种情况下，火山的‘血液’是从火山中喷涌而出的壮观的熔岩。”
戴、斯克里普斯海洋学系的学生和国际同事一直在研究冰岛以外其他近期火山喷发的玄武岩熔岩。这些喷发包括 2021 年加那利群岛拉帕尔马岛的塔霍盖特火山喷发和 2022 年夏威夷莫纳罗亚火山喷发。他们发现了拉帕尔马岛下方存在类似岩浆池的证据。
“冰岛火山爆发之所以如此引人注目，是因为最早的熔岩中存在巨大的地壳信号，”戴说。“结合我们在拉帕尔马岛的研究，这表明地壳岩浆储存可能是冰岛或加那利群岛等大型玄武岩喷发前常见的过程。这些信息对于了解未来的火山灾害非常重要，”他补充道，“因为它可能有助于预测火山活动。”
先前的研究表明，法格拉达尔斯菲亚尔火山喷发时并未与地壳发生相互作用。戴的团队（包括加州大学圣地亚哥分校本科生萨凡纳·凯利）利用锇元素的同位素组成来了解火山下方的情况。
“使用锇的用处在于，”Day 说，“锇的同位素之一是由另一种金属铼的放射性衰变产生的。由于这两种元素在熔化过程中的行为不同，其中一种元素铼在地壳中富集。”Day 和同事利用铼和锇的不同行为来证明 Fagradalsfjall 大火产生的早期熔岩受到了地壳的污染。
地球可分为多个层。最深的部分是金属核心。最浅的层是大气层、海洋和岩石地壳。所有人类都生活在地壳上，地壳主要由花岗岩或玄武岩等岩石组成，就像冰岛熔岩中发现的一样。地核和地壳之间是地球巨大的地幔。地幔层是熔化发生的地方，产生的岩浆为冰岛的火山提供养分。
之前发表的关于雷克雅内斯海脊最近火山喷发的研究成果曾使用其他地球化学指纹来研究熔岩。这些指纹表明熔岩中只有地幔成分。锇同位素对地壳非常敏感，可以明确识别出地壳成分是否添加到早期熔岩中。
“这项工作始于萨凡纳（凯利）的本科研究经历，我们完全预料到在整个火山喷发过程中，熔岩中都会出现地幔信号，”戴说。“当我们坐在质谱仪前测量早期样本并看到其中明显的地壳信号时，你可以想象我们是多么惊讶。”
研究小组分析了 2021 年和 2022 年法格拉达尔斯菲亚尔火山喷出的熔岩。2021 年的熔岩受到地壳污染，而 2022 年的熔岩则没有。他们得出的结论是，最早的熔岩汇聚在地壳中并与地壳相互作用可能有助于引发火山喷发。
“在此之后，后来喷发的岩浆似乎利用了预先存在的通道到达地表，”戴说。
Day 和同事们计划在未来继续研究冰岛和其他玄武岩喷发。雷克雅内斯半岛以前的喷发已经持续了几个世纪。
“看来冰岛的火山‘大火’会比我活得更久，”戴说。“那里可能继续发生的火山喷发将提供大量重要的科学信息，帮助人们了解火山的运作方式及其相关危害。我们的研究表明，火山喷发的开始不仅在视觉上十分壮观，在地球化学上也同样如此。”
除了戴和凯利之外，斯克里普斯海洋研究所的杰弗里·库克、冰岛大学的威廉·莫兰和托尔·托尔达森、以及瑞典乌普萨拉大学的瓦伦丁·特罗尔也参与了这项研究。
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