南極大陸で唯一の活火山は、CO2によって火山が地表に永続的な溶岩湖を形成する方法を示しています

左:エレバス内部のマグネトテルリックスキャンからの3D可視化(赤は最も導電性が高く、マグマが豊富です)。 右:マグマプロセスの概略図。 深部地殻弁帯からの上方への流れは、CO2と同伴マグマの一時的な突破を経験します。 CO2が優勢なマグマの空間的に連続的な上昇は、H2O弧火山の深さが制限されたマグマゾーンとは対照的です。 クレジット:Phil Wannamaker

南極大陸は長い間、ジェームズロス、ロアールアムンセン、ロバートスコット、アーネストシャクルトンの探検で有名になった謎と英雄的な偉業の地でした。 世界的な大陸の進化を理解するためのパズルの重要な部分である南極大陸には、地球の火山過程のスペクトルを定義する例が含まれています。 現在、ユタ大学とニュージーランドのカンタベリー大学の共同研究は、COがどのように2 地下深くは、マグマが地球の奥深くに閉じ込められるのを防ぎ、マグマが地表に到達して溜まるのを助けます。

で公開された研究 ネイチャーコミュニケーションズ 「さまざまな種類のマグマと揮発性ガスの発生源と地表への輸送についての理解を深めます」と、この研究の2番目の著者でユタ大学のエネルギー地球科学研究所の地球物理学者であるPhilWannamakerは述べています。

「エレバス山はCOの一例です2-パシフィックリムや他の場所で広く知られている弧状火山を補完する、Hが支配するリフト火山が支配的2O」と、研究の筆頭著者であるニュージーランドの共同研究者であるグラハムヒルは付け加えます。

「両方のHを理解する2OとCO2 火山は、地球のマントルへの物質の注入と、地表に戻って最初からやり直すことを含む、地球の深部にあるこのような揮発性ガスの収支を計算するために重要です」とWannamakerは言います。

WannamakerとHillは、ユタ大学の卒業生であるJohnStodtとMichalKordy、および準科学者のVirginieMarisと共同で調査を実施しました。 米国地質調査所の地球物理学者PaulBedrosian、アルバータ大学のMartyn Unsworth、東京工業大学の小川康夫、ニューメキシコ鉱業技術大学の上級火山学者PhilKyle。 共著者には、ハワイ大学のエリン・ウォリンと、現在ローザンヌ大学で地質学を学んでいる登山家のダニー・ウルマンも含まれていました。

それらの他の火山

エレバス山は南極大陸で唯一の活火山です。 それとその休眠中の仲間の火山、テラー山は、1841年にそれらと南極横断山脈を発見したジェイムズ・ロス卿の探検船にちなんで名付けられました。エレバス山は、1908年にアーネストシャクルトン卿と党によって最初に登られました。

Erebusは、アルカリ性の化学組成を持つ火山のファミリーを例示しています。溶岩は、ナトリウム、カリウム、および希土類元素を含むその他の元素が比較的豊富ですが、シリカは比較的不足しています。

アルカリ性の火山は、カリフォルニア州北部からブリティッシュコロンビア州を経てアラスカに至るカスケード山脈などの火山とは大きく異なります。 カスケードは、地球の構造プレートが互いに向かって押し合っている場所にあり、海の地殻は大陸の地殻の下に押し込まれています。 その海洋クラストが地球に沈み、部分的に溶けると、岩石の水は溶けたものの一部になり、主要な「揮発性」、つまり容易に溶解する分子、または炭酸飲料のフィズのように溶液から泡立ちます。

その進化するマグマは地殻の中や中を上昇しますが、通常は地殻に到達しません。これは、上にある地殻からの圧力が上昇とともに減少するため、1980年のセントヘレンズ山の場合のように、時には爆発的に水がフラッシュアウトするためです。 1912年にラッセン山。残りのマグマは、通常、約3マイル(5 km)の深さで失速して凍結します。

しかし、南極のロス島にあるエレバス火山は、大陸のリフトゾーンにあります。 大陸のリフトは、地球の地殻とマントルが引き離されるときに起こります。 ユタ州西部はリフトゾーンの一例です。 それは活発にリフトしているグレートベースン地質区の東の境界にあり、ゆっくりと東西に伸びています。 エレバスは西南極リフトシステムの縁に沿って位置し、数千万年前に始まり、今日も続いています。

マグマを私たちの足元に持ってくる—CO2を追加するだけです

WannamakerとHillは、米国南極プログラムとニュージーランド王立協会マースデン基金の旗を掲げて、エレバスクレーターリム近くのMTサイトを完成させました。 クレジット:Mark Deaker

リフトゾーンのマグマにも海洋地殻や堆積物のリサイクルによる揮発性物質が含まれていますが、これらははるかに古く、リフトプロセスによって地表に放出されます。 水の代わりに、これらのマグマの揮発性物質はCOです2-支配的。

Erebusには、進化したCOの古典的な特徴である、永続的な溶岩湖もあります。2-豊富なリフト火山。 しかし、東アフリカのニーラゴンゴ火山などに代表される溶岩湖は、カスケードのような弧状の火山には見られず、マグマが比較的平和に地表に到達することを可能にするリフト火山について何かがあるに違いないことを示しています。

地球内のマグマを描く

地表から数キロメートル以上の深さから岩石のサンプルを収集することは非現実的であるため、研究者は地球物理学的手法に依存して、より深い深さの構造とプロセスを推測します。 これは、人体のCTスキャンに似ています。 最も広く適用され、よく知られている地球物理学的手法は地震波であり、音波が内部イメージングに使用されます。 これは、たとえば、石油やガスの探査に広く適用されます。 しかし、エレバス火山周辺では、地球の奥深くまで到達できる自然の震源はまばらであり、それを使った画像は浅い深さまでしか得られていません。

Hill、Wannamakerらは、マグネトテルリックサウンディングと呼ばれる方法を使用しました。 マグネトテルリックサウンディングは、太陽と稲妻によって生成される自然の電磁波を使用します。 そのような波のほとんどは空中を伝わりますが、「一部は地球を貫通し、関心のある岩石構造を散乱させて表面に戻り、そこで測定できます」と、Wannamakerは言います。

電磁波が地球の内部を通過するとき、それらは岩や他の物質が電気を伝導または抵抗する程度に応じて、より速くまたはより遅く伝わります。 マグマは導電性であるため、この手法で検出できます。

これは、Wannamakerのグループにとって南極への最初の地球物理学的な進出ではありません。 彼らは、Uのミョウバンと共著者のジョン・ストット博士とともに、極地の氷床での高忠実度のマグネトテルリック測定の技術を開拓しました。 中央西南極と南極での研究に加えて、Wannamakerは中央南極横断山脈を横断するマルチシーズンキャンペーンを主導し、それらの山がどのように隆起したかを示しました。 彼らの技術は現在、北極と南極の両極地域で他の研究者によって使用されています。

2014年から2017年にかけて、Wannamakerらは、エレバスのロス島をカバーする129のマグネトテルリックサイトで測定を行いました。 次に、すべてのステーションからの後方散乱電磁放射のパターンがコンピュータープログラムによって組み立てられ、島と火山を通過して約60マイル(100 km)の深さまで地球の地殻と上部マントルの画像が作成されました。

彼らのマグネトテルリックデータは、マグマ源である上部マントルに由来する電気抵抗率の低い急勾配の導管を示しています。 しかし、導管は、より浅いマグマ貯留と山頂溶岩湖に到達する前に、深い地殻で顕著な横方向の曲がり角を取ります。 「私たちは、横方向の回転を、マグマとCOの一時的な流れを制御する構造的な「断層弁」を表すと解釈します。2 高レベルのフォノライトマグマ進化チャンバーを補充して加熱するガス」とWannamakerは言います。フォノライトはエレバスのマグマによって形成された岩石タイプです。

このマグマ弁は、南北と東西の断層が交差することによって形成される可能性があります。これは、同じ東西方向の断層がエレバス周辺に存在することが知られており、マグマの地表への経路を提供するためです。

Hとは異なり2カスケード山脈と環太平洋地域のOに富む弧状火山、CO2-支配的なエレバスは、マグマが水支配のマグマのように地殻に停滞しないため、マグマが火山の溶岩湖に向かって上昇することを可能にする構造を示しています。

「COが支配するこのタイプの火山の輸送制御と経路を理解する2、地球内の揮発性輸送の規模と量を明らかにします。他の場所にあるこのような火山は、希土類などの必須の鉱物堆積物の重要なホストであり、社会の将来の資源ニーズにとってますます重要になっています。」


その下にあるもの:火山の秘密が明らかに


詳しくは:
南極エレバス山で明らかにされたCO2に富む拡張マグマシステムの地殻横断構造制御 ネイチャーコミュニケーションズ (2022)。 DOI:10.1038 / s41467-022-30627-7

ユタ大学提供

引用:南極大陸の唯一の活火山は、CO2によって火山が地表に永続的な溶岩湖を形成する方法を示しています(2022年5月30日)。 -persistent.html

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