分类
布朗大学新闻

研究显示了为什么地下岩浆房有一个“最佳点”的深度

计算机模型显示了为什么喷发的岩浆房往往位于地下6至10公里的地方。

普罗维登斯,R.I.(布朗大学)——一项新的研究揭示了为什么那些为反复发生的、常常是爆炸性的火山喷发提供食物的岩浆房往往位于地壳内一个非常狭窄的深度范围内。发表在《自然地球科学》上的这一发现,将有助于科学家更好地了解世界各地的火山活动过程。

该研究利用计算机模型来捕捉岩浆房(地壳中含有部分熔融岩石的储层)如何随时间演化的物理过程。模型显示,两个因素——水蒸气的能力泡沫的岩浆,和地壳扩张的能力来适应室增长——是关键因素制约岩浆房的深度,一般发现6到10公里深。

布朗大学的地质学家、该研究的第一作者克里斯蒂安·胡贝尔(Christian Huber)说:“我们从观察中得知,就反复喷发的岩浆房的深度而言,似乎存在一个最佳点。”“为什么会有这样的最佳状态一直是一个悬而未决的问题,而这项研究首次解释了控制它的过程。”

6至10公里的深度通常对应浅层压力约1.5千巴,深层压力约2.5千巴。该模型显示,在压力小于1.5千巴的情况下,岩浆内部的水很容易形成气泡,导致剧烈的火山爆发,喷发出的岩浆超过了可以替代的数量。这些腔室很快就不复存在了。在超过2.5千巴的压力下,地球深处的温暖温度使岩浆房周围的岩石变得柔软和柔韧,这使得岩浆房能够舒适地生长而不喷发到地表。随着时间的推移,这些系统会冷却并凝固,而不会爆发。

Huber说:“在1.5到2.5之间,系统运行良好。”“它们可以爆发,重新充电,然后继续前进。”

Huber说,这些模型的关键在于它们捕捉到了宿主地壳和岩浆本身的动力学。深岩浆房在不发生喷发的情况下生长的能力已经相当清楚,但水蒸气对浅岩浆房施加的限制尚未得到充分认识。

Huber说:“对于为什么这个宜居带应该以1.5千巴的速度结束,还没有一个很好的解释。”“我们证明了气体的行为非常重要。它只会导致更多的物质喷发出来,而不是被重新充电。”

Huber说,这些发现将有助于了解全球岩浆预算。

Huber说:“地壳中的岩浆与地表喷发的岩浆的比例是一个很大的问题。”“岩浆向大气提供二氧化碳和其他气体,从而影响气候。所以,有一个向导来了解什么会产生,什么会留下是很重要的。”

论文的合著者梅雷迪思·汤森、温德格吕特和奥利维尔·巴赫曼。这项工作由国家科学基金会(NSF-EAR 1760004)和瑞士国家基金(200021_178928)资助。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.brown.edu/news/2019-08-19/magmachamber