地幔中氧同位素为解释印尼火山猛烈喷发提供了新线索

2021年06月25日 00:45 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

印尼火山是世界上最危险的火山之一。通过对来自巴厘和爪哇熔岩中微小矿物的化学分析,乌普萨拉大学研究人员有了新发现。他们现在更清楚地了解了这个特定区域地幔是如何组成的,以及岩浆在喷发前是如何变化的。这项研究发表在《自然通讯》上。

岩浆是在地幔中形成的,过去人们对印尼地幔的组成只有部分了解。如果对这一地区的地幔有了更深入的了解,就能使我们能够为岩浆喷发前冲破20至30公里厚地壳时的化学变化建立更可靠的模型。岩浆成分在不同的地质环境中有很大差异,并与火山爆发类型有关。印度尼西亚群岛是由火山作用形成的,火山作用是由两个地球大陆板块在那里碰撞造成的。在这次碰撞中,印度-澳大利亚板块以每年约7厘米的速度滑到欧亚板块下方。这个过程被称为俯冲,可以引起强烈地震。

当岩浆在地表爆发之前穿透地壳时,会与周围的岩石发生化学反应。因此,在不同的火山中,它会有很大的差异。为了更好地掌握印尼火山活动的起源,研究人员希望找出原始岩浆的成分,即来自地幔本身的岩浆。由于样品不能直接从地幔中提取,地质学家研究了最近从四座火山喷发出来熔岩中的矿物质,这四座火山包括爪哇的默拉皮和科鲁特火山,巴厘岛的阿贡和巴图尔火山。

研究人员利用来自二次离子质谱仪(SIMS)强大离子束研究了辉石晶体。这种矿物是最早从岩浆中结晶出来的矿物之一。他们想要确定的是氧同位素16O和18O的比值,这揭示了岩浆来源和演化的很多信息。

熔岩大约含有50%的氧,地壳和地幔的氧同位素组成差别很大。因此,为了追踪岩浆离开地幔后从地壳吸收了多少物质,氧同位素非常有用。研究人员发现巴厘岛的辉石矿物在穿越地壳的过程中几乎没有受到任何影响。它们的成分相当接近于它们的原始状态,这表明在俯冲过程中,最少的沉积物被拉到地幔中。在爪哇的矿物中发现了完全不同的模式。

研究人员能够看到爪哇的默拉皮展现出与巴厘岛火山截然不同的同位素特征。部分原因是默拉皮的岩浆在喷发前与地壳发生了强烈的相互作用。这一点非常重要,因为当岩浆与火山下方爪哇底层中部的石灰岩发生反应时,岩浆就会充满二氧化碳和水,喷发会变得更具爆炸性。这也许就是默拉皮火山如此危险的原因。它实际上是印度尼西亚最致命的火山之一,在过去的100年里,它已经杀死了近2000人,最近的一次火山喷发夺去了400条生命。

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