Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9733(2023) 이 기사 인용
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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 7월 26일에 게시되었습니다.
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유럽에서 가장 높고 대부분 빙하로 이루어진 화산인 엘브루스 산은 규산 용암으로 이루어져 있으며 홀로세 폭발로 유명하지만 마그마 챔버의 크기와 상태는 여전히 제한적입니다. 우리는 산소 및 하프늄 동위원소 값과 함께 등록된 높은 공간 분해능 U-Th-Pb 지르콘 연대를 보고하며, 각 용암의 범위는 ~ 0.6Ma이며, 현재 건물을 형성하는 마그마 개시를 기록합니다. 가장 적합한 열화학 모델링은 뜨거운(900°C)에 의해 1.2km3/1000년의 마그마 플럭스를 제한하며, 처음에는 지르콘 불포화 데이사이트를 ~0.6Ma 이후 수직으로 확장된 마그마체로 제한하는 반면, 분출 가능한 마그마가 있는 화산 에피소드는 0.2Ma가 넘었으며, 이는 가장 오래된 용암의 나이와 일치합니다. 시뮬레이션은 ~ 180km3의 총 마그마 부피, 시간적으로 진동하는 δ18O 및 εHf 값, 각 샘플의 광범위한 지르콘 나이 분포를 설명합니다. 이러한 데이터는 현재 상태(수직적으로 확장된 시스템에서 ~ 200km3의 용융물)에 대한 통찰력과 절실히 필요한 지진 영상을 요구하는 Elbrus의 미래 활동에 대한 잠재력을 제공합니다. 전 세계적으로 유사한 지르콘 기록은 깊은 곳에서 생성된 규산 마그마의 마그마 강착에 의한 지속적인 관입 활동을 필요로 하며, 지르콘 연대는 분출 연령을 반영하지 않지만 오랜 용해-결정화 역사를 반영하여 ~ 103~105년 정도 앞섭니다.
화산 위험 평가는 다양한 도구를 기반으로 하며 거의 항상 폭발을 일으키는 상부 지각 마그마 저장소의 영상화와 마그마 챔버의 상태 추정을 포함합니다(예: 참조 문헌 1개). 마그마 중심 아래에 있는 마그마 챔버의 상태를 이해하기 위해 지구물리학적 방법이 종종 사용됩니다2,3 그러나 이 방법만으로는 두께가 약 102~103m를 초과하지 않는 한 지각 아화산 환경에서 액체가 지배하는 마그마 몸체를 탐지하지 못하는 경우가 많습니다. 이는 조사에 사용되는 지진파의 파장 정도입니다. 이것은 2009년에 2.1km 깊이의 아이슬란드 심해 시추공 프로젝트(Iceland Deep Drillhole Project) 시추공이 이전에 잘 모니터링되었던 크라플라(Krafla) 칼데라 표면 아래 2km에 뜨겁고 수정이 거의 없는 유문암에 들어간 경우였습니다. 유문암상은 전문적인 지구물리학적 반사 연구를 통해 2015년에야 사후에 발견되었습니다4. 어떤 종류의 마그마 배관 경로와 마그마 몸체가 키가 크고, 마그마적으로 생산적이며, 일반적으로 빙하로 형성된 성층화산 아래에 존재하는지는 여전히 상당한 불확실성의 문제입니다.
잠재적으로, 최근 화산 산물의 결정화물에 있는 지르콘 암석연대학, 용융물 함유물 및 구역 패턴을 표적으로 하는 특정 화산의 화산학적 및 지구화학적 조사와 지구물리학적 방법을 결합하면 마그마 몸체의 온도, 깊이 및 물리적 상태를 밝힐 수 있습니다. 마그마 기록에서 지르콘 암석연대학(지르콘 연대측정과 연대, 동위원소 및 화학적 가치를 조사하는 다양한 방법)을 사용하는 최근의 노력은 마그마 사건의 시기와 폭발 전 구성의 진화에 대해 많은 정보를 제공할 수 있습니다6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15. 지난 10년 동안 다양한 시나리오가 나타났습니다. 어떤 경우에는 지르콘 연령 분포와 구성이 균일하고 폭발 이전에 진화되고 얕은 저장소에서 결정화의 짧은 에피소드를 기록하지만 대륙 호형 섬의 많은 수명이 긴 성층화산과 칼데라에서는 지르콘 U-Th 및 U-Th-Pb 연대에 대한 더 오랜 기록은 마그마 강착 동안 결정질 잔류물로부터 결정화, 혼합 및 용융 분리의 선사시대에 대한 통찰력을 제공합니다8,13,14,16. O 및 Hf 동위원소와 지르콘 연대의 추가 조합은 물론 동일한 지르콘 결정 내 공동 등록 지점에서 측정된 미량 원소 비율을 통해 열수 변형된 벽 암석을 포함한 맨틀 및 지각 소스의 각 지르콘에 대한 기여에 대한 중요한 정보 및 제약 조건을 제공합니다. 마그마 시스템 내에서17. 예를 들어, 일부 시스템은 다양한 O 및 Hf 공급원을 사용하여 동시에 생성된 지르콘 포화 및 지르콘 함유 용융물의 사전 폭발 배치 조립이 필요한 비슷한 연령에도 불구하고 극단적인 O 및 Hf 이질성을 표시하며, 다른 경우에는 긴 꼬리 U–Th 또는 U–Pb 상대적으로 균질한 O 및 Hf 동위원소를 가진 연령에서는 잘 혼합되고 수명이 긴 단일 저장소12를 샘플링해야 합니다.
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>
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