В лаборатории геохимии магматических и метаморфических пород Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН в рамках международного сотрудничества с ведущими научными центрами США и Западной Европы провели исследование продуктов уникального эксплозивного извержения пикритовой базальтовой магмы вулкана Этна (Италия), произошедшего 3930 лет назад.

Установлено, что исходные магмы извержения содержали до 1 мас.% CO₂ и 6 мас.% H₂O и начинали кристаллизоваться на глубине более 30 км. Высокие концентрации летучих компонентов определяли быстрый транспорт магм из мантии и необычайно эксплозивный характер извержения.

Результаты исследования опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters (Barth, Portnyagin, Mironov et. al., 2024).

В рамках международного сотрудничества проведено исследование продуктов уникального эксплозивного извержения примитивной пикритовой базальтовой магмы вулкана Этна (Италия) (рис. 1), произошедшего 3930 лет назад (средний бронзовый век).

Данное извержение («FS») образовало стратифицированные отложения тефры и отнесено к субплинианскому катастрофическому типу с индексом эксплозивности VEI=4. К данному типу относят также недавние извержения таких вулканов как Эйяфьядлайёкюдль (2010) в Исландии и Мерапи (2010) и Семеру (2021) в Индонезии, но для базальтового состава магм такая высокая степень эксплозивности не характерна.

В ходе исследования из отложений тефры были выделены необычные для вулкана Этна вкрапленники высокомагнезиального оливина (Fo_90-91), которые содержали природнозакаленные расплавные включения — микрофрагменты (до 0,1 мм в поперечнике) природной магмы, захваченные на глубине при кристаллизации оливина-хозяина. Расплавные включения были экспериментально сгомогенизированы и закалены (рис. 2) при давлении 400 МПа, и температуре до 1330 °С на специальной установке типа «газовой бомбы» (IHPV) в Институте минералогии Университета Лейбница (Ганновер, Германия).

Это позволило затем оценить с помощью ионнозондового анализа включений исходные содержания всех летучих компонентов в родоначальных магмах этого извержения, в том числе содержания CO₂ и H₂O, концентрация которых составила до 1 и 6 мас. % соответственно (рис. 3 А).

Такие высокие концентрации летучих, измеренные напрямую в расплавах обнаружены впервые для природных первичных магм Земли. Источником СО₂ в родоначальных магмах являлся мантийный углерод, вероятно субдукционного происхождения, а не карбонатные осадочные породы под вулканом как предполагалось ранее. Оценка глубины начала кристаллизации таких магм с высоким содержанием углекислого газа и воды составила более 30 км, ниже границы Мохоровичича между земной корой и мантией под вулканом, и свидетельствует о мантийном происхождении родоначальных магм Этны (рис. 3 Б).

Результаты математического моделирования профилей содержания воды и форстерита в оливине, полученных с помощью ИК-спектроскопии и электроннозондового микроанализа,  указывают на то, что максимальное время подъема мантийных магм на поверхность составляло 1-5 дней (скорость подъёма >0,1 м/c), минимальное — 2-3 часа, причем заключительная стадия подъёма (<15 км) могла происходить чрезвычайно быстро со средней скоростью ~1 км/мин (~17,5 м/с), с вариацией скоростей подъёма от 0,35 до 3 км/мин (время подъёма от 45 до 5 минут) (рис 3 В, Г). Такой быстрый транспорт магм из мантии и необычайно эксплозивный характер этого доисторического извержения вулкана Этна был обусловлен высокими исходными концентрациями CO₂ и H₂O.

По словам старшего научного сотрудника ГЕОХИ РАН к.г.-м.н. Н.Л. Миронова, одного из соавторов проведенного исследования, полученные результаты открывают широкую перспективу для дальнейшего изучении вопроса о связи содержания летучих в магмах и характера вулканических извержений, особенно для регионов недавнего или современного вулканизма, например, таких как Большой и Малый Кавказ, Курильские острова и Камчатка, где проявлено необычайное разнообразие вулканических извержений по характеру эксплозивности, а вопросы вулканоопасности имеют важное значение для населения и различной инфраструктуры.

С российской стороны работа выполнена при поддержке РФФИ в ходе двустороннего международного сотрудничества Россия-Германия (РФФИ-DFG).

Источник: ГЕОХИ РАН.