Scientific Reports volume 13、記事番号: 9733 (2023) この記事を引用
672 アクセス
1 引用
2 オルトメトリック
メトリクスの詳細
この記事に対する著者の訂正は 2023 年 7 月 26 日に公開されました
この記事は更新されました
ヨーロッパで最も高く、大部分が氷河で覆われた火山であるエルブルス山は、珪質溶岩でできており、完新世の噴火で知られていますが、そのマグマだまりのサイズと状態は依然として十分に制約されていません。 私たちは、酸素とハフニウムの同位体値と同時記録された高空間分解能の U-Th-Pb ジルコン年代を、各溶岩内で約 0.6 Ma の範囲に渡って報告し、現在の山体を形成するマグマの開始を記録しています。 最適な熱化学モデリングは、高温 (900 °C) によってマグマのフラックスを 1,000 年あたり 1.2 km3 に制限します。最初はジルコンが飽和していなかったデイサイトは、約 0.6 Ma 以降、垂直に広がるマグマ体になりますが、噴火可能なマグマを伴う火山エピソードは、その範囲にのみ広がります。 0.2 Ma を超え、最古の溶岩の年代と一致します。 シミュレーションにより、約 180 km3 のマグマの総体積、時間的に振動するδ18O と εHf の値、および各サンプルの広範囲のジルコン年代分布が説明されます。 これらのデータは、現在の状態（鉛直方向に広がる系の約 200 km3 の融解）と、切望されている地震画像作成を必要とするエルブルスの将来の活動の可能性についての洞察を提供します。 世界中の同様のジルコン記録には、深部で生成されたケイ酸質マグマのマグマ降着による継続的な貫入活動が必要であり、ジルコンの年代は噴火年代を反映しておらず、長期にわたる溶解・結晶化の歴史を反映して噴火よりも約 103 ～ 105 年前のものであることが必要である。
火山災害の推定はさまざまなツールに基づいており、ほとんどの場合、噴火の原因となる上部地殻のマグマ溜まりの画像化や、マグマだまり内の状態の推定が含まれます（例: 1 つの参考文献）。 マグマ中心の下のマグマだまりの状態を理解するために、地球物理学的手法がよく使用されます 2,3 が、それだけでは、厚さが約 102 ～ 103 m を超えない限り、地殻の火山環境で液体が支配的なマグマ体を検出できないことがよくあります。これは調査に使用される地震波の波長程度です。 これは 2009 年に、深さ 2.1 km のアイスランド深層掘削孔プロジェクトの掘削孔が、事前に十分に監視されていたクラフラ カルデラの地表下 2 km にある高温でほぼ結晶のない流紋岩に進入した際に当てはまりました。 流紋岩の敷石は、2015 年に専門的な地球物理学的反射研究によって事後的に初めて検出されました4。 高く、マグマの生産性が高く、一般に氷河に覆われた成層火山の下にどのような種類のマグマ配管経路とマグマ体が存在するかは、依然として重大な不確実性の問題である。
潜在的には、地球物理学的手法と、ジルコン岩石年代学、溶融包有物、最近の火山噴出物の結晶積荷中の帯状パターンを対象とした特定の火山の火山学的および地球化学的調査と組み合わせることで、マグマ体の温度、深さ、および物理的状態を明らかにできる可能性があります1,5。 マグマ記録におけるジルコン岩石年代学（ジルコンの年代測定と年代と同位体および化学値の調査の複数の方法）を使用した最近の取り組みにより、マグマ現象のタイミングとその噴火前の組成進化に多くの光を当てることができます6、7、8、9、10。 11、12、13、14、15。 過去 10 年間に多様なシナリオが出現しました。ジルコンの年代分布と組成は均一で、噴火前の進化した浅い貯留層での結晶化の短いエピソードを記録する場合もありますが、大陸島弧にある多くの長命の成層火山やカルデラでは、ジルコンの U-Th 年代および U-Th-Pb 年代のより長期にわたる記録は、マグマ降着時の結晶化、混合、および結晶残留物からの溶融分離の先史についての洞察を提供します 8,13,14,16。 ジルコン年代と O および Hf 同位体とのさらなる組み合わせ、および同じジルコン結晶内の同時登録スポットで測定された微量元素比は、熱水で変質した壁岩を含むマントルおよび地殻源からの各ジルコンへの寄与に関する重要な情報と制約を提供します。マグマ系内17． 例えば、一部のシステムは、同様の年代にもかかわらず、極端な O と Hf の不均一性を示します 14 。多様な O 源と Hf 源を使用して同時に生成されたジルコン飽和溶融物とジルコン含有溶融物の噴出前バッチアセンブリが必要であり、場合によってはロングテール U-Th または U-Pb が発生します。比較的均質な O および Hf 同位体を含む年代では、よく混合された長寿命の単一の貯留層をサンプリングする必要があります 12。
300 ka). Model ages are displayed for an initial (230Th)/(232Th) corresponding to whole rock Th and U abundances, assuming secular equilibrium. The younger isochron age in A and B is based on the youngest zircon cores, but these are ~ 20 to 37 kyr older than the presumed Late Holocene eruption age of these lavas, as is the zircon surface age in (D), suggesting that zircons were dissolving prior to the eruption (see Fig. S1)./p> 20 kyr ages that also predate the inferred post-glacial eruption ages (Fig. 3). Although collectively zircon rim ages are younger than core ages in the same lavas, depth profiles of zircon faces reveal increasing zircon ages with depth even with minimal ~ 3 µm deep penetration (Fig. 3), and sometimes even the outermost surface ages overlap with core ages. It thus appears that zircon rims that crystallized just prior to eruption are either undetectably thin or completely absent. This may indicate that these zircons were dissolving (rather than growing) before the eruption or was shielded from the melt by storage in a solidified part of the intrusive complex, or a phenocryst as an inclusion. To interpret this result further, we extracted all zircon crystals by HF dissolution from one young lava (Elb-5) and measured the crystal size distribution of zircon using crystal lengths (Supplementary Fig. 1). There is a prominent lack of smaller crystals (< 20 μm) and a deficiency of small (< 50 µm) crystals that are consistent with the dissolution, or starved growth of this crystal population prior to eruption (e.g.38,39)./p> 1 Ma, split into two magmatic episodes./p> 800 °C (Fig. 5a) is formed in the central area beneath the volcano. These temperatures would correspond to melt fractions > 80% if no eruptions are allowed in the system. However, our model considers that if a critical volume of magma with the melt fraction > 75% is formed anywhere in a vertically extensive system, an eruption occurs and removes 90% of the available magma, tapping all areas. The subvolcanic system shrinks as this occurs and mass and heat conservations are obeyed in the system41. We consider that eruption volumes are distributed by an exponential law42 as is typical for many volcanoes worldwide (more frequent small eruptions and less frequent large eruptions) and such a sequence of eruption volumes is generated randomly prior to the simulation. Larger eruptions require longer incubation intervals of melt accumulation. Figure 5b shows the distribution of the melt fraction inside the crustal domain affected by intrusion. Contours of 5, 50, and 75% of melt are shown. Model simulations show that eruptions drain most of the magma from the magma chamber while a vertically extended crystal mush zone is formed around the central part of the volcano. Melt volumes and the volume of erupted material are shown in Fig. 5d. Figure 6 presents the history of melt production and eruption and assimilation proportion of the crust in erupted material. Before eruptions start to incubate, the volume of the present melt beneath Elbrus increases progressively to ~ 300 km3 over 0.4 Myrs. After an incubation period, eruptions start, triggering a trend towards decreasing melt volumes as the magma is evacuated from the system to the surface forming the magmatic edifice of Elbrus. After that, continuing magma supply from depth is almost completely balanced by eruptions. The proportion of the locally melted crustal rocks in the erupted magma (Fig. 6b) ranges from ~ 0.1 to 0.3, and only slightly decreases during the evolution of the system because eruptions mingle magma from different parts of the system. This may correspond to the subtle trend of decreasing crustal contribution with time as observed for O and Hf isotopes in zircon (Fig. 4). Figure 5d shows the distribution of magma chambers with time. Their horizontal extent is much smaller than the vertical extent due to a wide range of depths of dikes injection. Eruptions start deep in the system where the thermal conditions required for melt generation are reached early, and then progressively magma drainage moves upwards as the system matures. Notice that magma bodies have complex shapes and overall would fit the current paradigm of vertically extensive magma systems43. Due to different melt connectivity, some eruptions sample only a narrow range of depths, whereas others excavate magma from the whole extent of the magmatic system./p> 0.7 Ma) and new systems. This is supported by the older ignimbrites being only known from the west of the current edifice, and thus the previous magma body is likely located underneath./p>
日本語 
English
Français
Deutsch
Español
Italiano
Português
한국어
Русский