Het gesmolten gesteente dat vulkanen voedt, kan wel duizend jaar in de aardkorst worden opgeslagen. een resultaat dat kan helpen bij het beheer van vulkanische gevaren en betere voorspellingen van wanneer uitbarstingen kunnen optreden.

Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge gebruikten vulkanische mineralen die bekend staan ​​als 'kristallen klokken' om te berekenen hoe lang magma kan worden opgeslagen in de diepste delen van vulkanische systemen. Dit is de eerste schatting van de opslagtijden van magma nabij de grens van de aardkorst en de mantel, genaamd de Moho. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Wetenschap .

"Dit is als geologisch speurwerk, " zei Dr. Euan Mutch van Cambridge's Department of Earth Sciences, en de eerste auteur van het papier. "Door te bestuderen wat we in de rotsen zien om te reconstrueren hoe de uitbarsting was, we kunnen ook weten in wat voor omstandigheden het magma is opgeslagen, maar het is moeilijk te begrijpen wat er gebeurt in de diepere delen van vulkanische systemen."

"Bepalen hoe lang magma in de aardkorst kan worden opgeslagen, kan modellen helpen verbeteren van de processen die vulkaanuitbarstingen veroorzaken, " zei co-auteur Dr. John Maclennan, ook van het departement Aardwetenschappen. "De snelheid van het opstijgen en opslaan van magma is nauw verbonden met de overdracht van warmte en chemicaliën in de korst van vulkanische gebieden, wat belangrijk is voor geothermische energie en het vrijkomen van vulkanische gassen in de atmosfeer."

De onderzoekers bestudeerden de Borgarhraun-uitbarsting van de Theistareykir-vulkaan in het noorden van IJsland, die ongeveer 10 gebeurde, 000 jaar geleden, en werd rechtstreeks vanuit de Moho gevoed. Dit grensgebied speelt een belangrijke rol bij de verwerking van smelten terwijl ze vanuit hun brongebieden in de mantel naar het aardoppervlak reizen. Om te berekenen hoe lang het magma in dit grensgebied is opgeslagen, de onderzoekers gebruikten een vulkanisch mineraal dat bekend staat als spinel, zoals een kleine stopwatch of kristallen klok.

Met behulp van de kristalklokmethode, de onderzoekers konden modelleren hoe de samenstelling van de spinelkristallen in de loop van de tijd veranderde terwijl het magma werd opgeslagen. specifiek, ze keken naar de diffusiesnelheden van aluminium en chroom in de kristallen en hoe deze elementen 'gezoneerd' zijn.

"Diffusie van elementen werkt om het kristal in chemisch evenwicht te brengen met zijn omgeving, "zei Maclennan. "Als we weten hoe snel ze diffunderen, kunnen we achterhalen hoe lang de mineralen in het magma zijn opgeslagen."

De onderzoekers keken hoe aluminium en chroom in de kristallen waren gezoneerd, en realiseerde zich dat dit patroon hen iets spannends en nieuws vertelde over de bewaartijd van magma. De diffusiesnelheden werden geschat met behulp van de resultaten van eerdere laboratoriumexperimenten. De onderzoekers gebruikten toen een nieuwe methode, het combineren van eindige-elementenmodellering en Bayesiaanse geneste bemonstering om de opslagtijdschalen te schatten.

"We hebben nu echt goede schattingen in termen van waar het magma vandaan komt in termen van diepte, "zei Mutch. "Niemand heeft ooit dit soort tijdschaalinformatie uit de diepere korst gekregen."

Het berekenen van de opslagtijd van magma hielp de onderzoekers ook om te bepalen hoe magma naar het oppervlak kan worden overgebracht. In plaats van het klassieke model van een vulkaan met een grote magmakamer eronder, de onderzoekers zeggen dat in plaats daarvan, het lijkt meer op een vulkanisch 'sanitair systeem' dat zich door de korst uitstrekt met veel kleine 'tuiten' waar magma snel naar de oppervlakte kan worden overgebracht.

Een tweede paper van hetzelfde team, onlangs gepubliceerd in Nature Geoscience, ontdekte dat er een verband bestaat tussen de opstijgsnelheid van het magma en het vrijkomen van CO2, wat gevolgen heeft voor vulkaanmonitoring.

De onderzoekers merkten op dat er in de dagen voor de uitbarsting voldoende CO2 van het magma in gas werd overgebracht om aan te geven dat CO2-monitoring een nuttige manier zou kunnen zijn om de voorlopers van uitbarstingen in IJsland te spotten. Gebaseerd op dezelfde set kristallen uit Borgarhraun, de onderzoekers ontdekten dat magma in slechts vier dagen uit een kamer van 20 kilometer diep naar de oppervlakte kan stijgen.