Der einzige aktive Vulkan der Antarktis zeigt, wie Kohlendioxid es Vulkanen ermöglicht, permanente Lavaseen an der Oberfläche zu bilden

Links: 3D-Visualisierung durch magnetisches Scannen der inneren Schicht von Erebus (rot ist die leitfähigste und magmareichste); Rechts: Schematische Darstellung petrographischer Prozesse. Die Aufwärtsströmung aus der tiefen kortikalen Ventilregion unterliegt einem transversalen Eindringen von Kohlendioxid und darunterliegendem Magma. Der räumlich kontinuierliche Fluss von CO-dominiertem Magma steht im Kontrast zu den tiefenbegrenzten Magmaregionen von H2O-Bogenvulkanen. Bildnachweis: Phil Wanamaker

Die Antarktis ist seit langem ein Land der Geheimnisse und Heldentaten, die durch die Erkundungen von James Ross, Roald Amundsen, Robert Scott und Ernest Shackleton berühmt wurden. Die Antarktis ist ein wesentliches Puzzleteil für das Verständnis der globalen Kontinentalentwicklung und enthält Beispiele, die das Spektrum der vulkanischen Prozesse auf der Erde skizzieren. Nun zeigt eine gemeinsame Studie der University of Utah und der University of Canterbury New Zealand, wie CO2 Tief in der Erde hilft Magma, nicht in die Tiefen der Erde zu fallen, und ermöglicht es ihm, die Oberfläche zu erreichen und sich dort anzusammeln.

Die Studie veröffentlicht in Naturkommunikation „Erweitert unser Verständnis der Quellen und des Transports verschiedener Arten von Magma und flüchtigen Gasen an die Oberfläche“, sagt Phil Wannamaker, Zweitautor der Studie und Geophysiker am Institute of Energy and Earth Sciences der University of Utah.

Mount Erebus ist ein Beispiel für Kohlendioxid2Ein Rift-Vulkan, eine Ergänzung zu den weithin bekannten Bogenvulkanen im pazifischen Raum und anderswo, der von H2O, ergänzt der neuseeländische Co-Autor Graham Hill, Hauptautor der Studie.

„Das Verständnis sowohl von H2O und CO2 Vulkane sind wichtig, um das Budget für diese flüchtigen Gase tief in der Erde zu berechnen, was bedeutet, dass Material in den Erdmantel injiziert und wieder an die Oberfläche gebracht wird, um von vorne zu beginnen“, sagt Wanamaker.

Wanamaker und Hill führten die Studie mit den Alumni John Stodt und Michel Cordy von der University of Utah sowie der Co-Wissenschaftlerin Virginia Maris durch; Die Geophysiker Paul Bedrosian von der USGS, Martin Unsworth von der University of Alberta, Yasuo Ogawa vom Tokyo Institute of Technology und der Chefvulkanologe Phil Kyle vom New Mexico Institute of Mining and Technology. Zu den Co-Autoren gehören auch Erin Wallen von der University of Hawaii und der Bergsteiger Danny Ullmann, der derzeit Geologie an der Universität Lausanne studiert.

Diese anderen Vulkane

Der Mount Erebus ist der einzige aktive Vulkan in der Antarktis. Er und sein begleitender schlafender Vulkan Mount Terror sind nach den Expeditionsschiffen von Sir James Ross benannt, der ihn und die Berge 1841 in der Antarktis entdeckte. Sir Ernest Shackleton bestieg den Mount Erebus zum ersten Mal im Jahr 1908.

Erebus repräsentiert eine Familie von Vulkanen mit einer alkalischen chemischen Zusammensetzung, mit Laven, die relativ reich an Natrium, Kalium und anderen Elementen sind, einschließlich Seltenerdelementen, während sie relativ arm an Kieselsäure sind.

Alkalische Vulkane unterscheiden sich stark von denen in der Cascade Range, die sich von Nordkalifornien über British Columbia bis nach Alaska erstreckt. Die Wasserfälle befinden sich an einem Ort, an dem sich die tektonischen Platten der Erde aufeinander zu bewegen, wobei die Meereskruste unter die Kontinentskruste drückt. Wenn die Ozeankruste in das Land sinkt und teilweise schmilzt, wird das Wasser in den Felsen Teil der Schmelze und ist das vorherrschende „flüchtige“ oder Molekül, das leicht auseinanderbricht oder aus einer Lösung wie einem Sprudel aus einem Erfrischungsgetränk explodiert.

Entwickeltes Magma steigt innerhalb und über der Kruste auf, erreicht jedoch normalerweise nicht die Oberfläche, da der Druck der darüber liegenden Kruste mit dem Aufstieg abnimmt und das Wasser aufblitzt, manchmal explosionsartig wie im Fall von Mount St. Helens im Jahr 1980 oder Mount Lassen im Jahr 1912 Das verbleibende Magma erstarrt und gefriert an seinem Platz, normalerweise in einer Tiefe von etwa fünf Kilometern.

Aber der Vulkan Erebus auf Ross Island in der Antarktis liegt in einer kontinentalen Riftzone. Ein Kontinentalriss entsteht, wenn sich die Erdkruste voneinander trennt. Western Utah ist ein Beispiel für eine Verwerfungszone. Es befindet sich aktiv an der östlichen Grenze der geologischen Provinz des Great Rift Basin und dehnt sich langsam zwischen Ost und West aus. Erebus liegt am Rande des westantarktischen Grabensystems, das vor zig Millionen Jahren entstand und bis heute andauert.

Magma zu unseren Füßen heben – fügen Sie einfach Kohlendioxid hinzu

Wannamaker und Hill beendeten die MT-Position nahe dem Rand des Erebus-Kraters und trugen die Flaggen des US-Antarktisprogramms und des Marsden Fund der Royal New Zealand Society. Bildnachweis: Mark Decker.

Magma in der Riftzone enthält auch flüchtige Stoffe aus dem Recycling von Meereskruste und Sedimenten, aber es ist viel älter und wird durch den Riftprozess an die Oberfläche freigesetzt. Anstelle von Wasser sind die flüchtigen Bestandteile in diesem Magma Kohlendioxid2beherrschen es.

Erebus enthält auch einen durchgehenden Lavasee, der ein klassisches Merkmal von fortgeschrittenem Kohlendioxid ist2Reich ausgebrochener Vulkan. Aber Lavaseen, unter anderem auch Nyiragongo in Ostafrika, sind in Bogenvulkanen wie den Cascades nicht zu finden und zeigen, dass Riftvulkane etwas haben müssen, das Magma relativ friedlich an die Oberfläche gelangen lässt.

Fotografieren von Magma im Inneren der Erde

Es ist unpraktisch, Gesteinsproben aus Tiefen von mehr als ein paar Kilometern unter der Oberfläche zu entnehmen, daher verlassen sich Forscher auf geophysikalische Methoden, um auf Strukturen und Prozesse in größeren Tiefen zu schließen. Dies ist vergleichbar mit einem CT-Scan des menschlichen Körpers. Die gebräuchlichsten und beliebtesten geophysikalischen Techniken sind seismische Techniken, die Schallwellen für die interne Bildgebung verwenden. Dies findet beispielsweise in der Öl- und Gasexploration breite Anwendung. Um Erebus herum sind jedoch natürliche seismische Quellen verstreut, die tief in die Erde reichen können, und solche Bilder wurden nur für geringe Tiefen abgeleitet.

Hill, Wanamaker und ihre Kollegen verwendeten eine Methode namens Magnetic Sounding. Die magnetische Sondierung verwendet natürliche elektromagnetische Wellen, die von der Sonne und durch Blitzeinschläge erzeugt werden. Die meisten dieser Wellen bewegen sich durch die Luft, aber „ein Teil von ihnen dringt in den Boden ein, zerstreut wichtige Felsstrukturen und kehrt an die Oberfläche zurück, wo wir sie mit hochentwickelten „Voltmetern“ messen können“, sagt Wanamaker.

Wenn elektromagnetische Wellen das Erdinnere passieren, bewegen sie sich schneller oder langsamer, je nachdem, wie elektrisch sie die Felsen und andere Materialien leiten oder ihnen widerstehen. Magma ist leitfähig und kann daher mit dieser Technik nachgewiesen werden.

Dies ist nicht der erste geophysikalische Vorstoß der Wanamaker-Gruppe in die Antarktis. Zusammen mit U Alaun und Co-Autor Dr. John Stodt leisten sie Pionierarbeit in der Technologie für hochauflösende magnetische Messungen an den polaren Eisschilden. Zusätzlich zu Studien, die in der zentralen Westantarktis und in der Antarktis durchgeführt wurden, leitete Wanamaker eine mehrjährige Expedition durch die Berge der zentralen Antarktis, die zeigte, wie diese Berge angehoben wurden. Ihre Methode wird jetzt von anderen Forschern sowohl in der Arktis als auch in der Antarktis verwendet.

Von 2014 bis 2017 nahmen Wanamaker und Kollegen Messungen an 129 magnetischen Standorten vor, die Ross Island in Erebus bedecken. Die von allen Stationen gestreuten elektromagnetischen Strahlungsmuster wurden dann von einem Computerprogramm zusammengestellt, um ein Bild der Erdkruste und des oberen Mantels über die Insel und den Vulkan bis zu einer Tiefe von etwa 60 Meilen (100 Kilometer) zu erstellen.

Ihre magnetochromatischen Daten zeigen einen steilen Kanal mit geringem elektrischem Widerstand, der seinen Ursprung im oberen Erdmantel hat – der Magmaquelle. Aber der Kanal macht in der tiefen Kruste eine deutliche Seitenkurve, bevor er den seichten magmatischen Speicher und den Lavasee erreicht. Wir interpretieren die laterale Kurve als ein strukturelles „Fehlerventil“, das den tangentialen Fluss von Magma und Kohlendioxid steuert.2 Die Gase, die die High-Level-Phonolith-Magma-Entwicklungskammer speisen und erhitzen”, sagt Wanamaker. Phonolith ist die Gesteinsart, die vom Erebus-Magma gebildet wird.

Dieses Gesteinsventil entstand wahrscheinlich aus dem Schnittpunkt von Nord-Süd- und Ost-West-Verwerfungen, von denen bekannt ist, dass Verwerfungen in der gleichen Ost-West-Richtung in der Gegend um Erebus existieren und einen Magmapfad an die Oberfläche liefern.

Im Gegensatz zu H2O-reiche Bogenvulkane in den Kaskaden und im pazifischen Raum, CO2Dominant Erebus zeigt Strukturen, die Magma direkt in den Lavasee aufsteigen lassen, da Magma nicht wie wasserdominiertes Magma in der Kruste stecken bleibt.

„Verständnis der Transportkontrollen und -pfade für diese Art von CO-dominiertem Vulkan2, offenbart uns die Größenordnungen und Volumina des fluktuierenden Transports auf der Erde”, sagt Wannamaker. Solche Vulkane an anderen Orten sind wichtige Gastgeber für wichtige Mineralvorkommen wie seltene Erden, die für den zukünftigen Ressourcenbedarf der Gesellschaft von zunehmender Bedeutung sind. ”


Was darunter liegt: Vulkangeheimnisse gelüftet


Mehr Informationen:
Die strukturelle Kontrolle über die Kruste von CO2-reichen erweiterten magmatischen Systemen wird im Mount Erebus Antarktis offenbart, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-30627-7

Präsentiert von der University of Utah

das Zitat: Antarktikas einziger aktiver Vulkan zeigt, wie Kohlendioxid es Vulkanen ermöglicht, dauerhafte Lavaseen an der Oberfläche zu bilden (2022, 30. Mai), abgerufen am 31. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05- antarctica-volcano- co2-vulkane-peristent.html

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