Циклические внедрения флюида предупредили об извержении вулкана Фаградальсфьядль

Геологи проанализировали деформации земной поверхности и сейсмичность на полуострове Рейкьянес за год перед извержением вулкана Фаградальсфьядль в марте 2021 года. Они разработали модель для описания циклов подъема и опускания территории в пределах геотермального поля Свартсенги в восьми километрах к западу от места извержения. Наблюдаемые деформации лучше всего объясняются внедрением магматического флюида в водоносные горизонты. Общий объем флюида оценили в 0,11 ± 0,05 кубического километра. Работа опубликована в Nature.

Остров Исландия возвышается более чем на два километра над уровнем моря в северной части Атлантики. Он возник там, где расходятся Северо-Американская и Евразийская плиты и работает мантийный плюм. На острове геологи насчитали 30 вулканических систем, каждая из которых извергается в своем темпе. Например, вулкан Катла «просыпается» раз в 50-100 лет, а на полуострове Рейкьянес извержения происходят с интервалом в 800-1000 лет. Каждый вулканический эпизод длился от одного до трех столетий, при этом потоки базальтовой лавы вытекали из трещин и покрывали близлежащую территорию.

Новый цикл активности на Рейкьянесе начался в январе 2020 года, когда сейсмостанции уловили рой землетрясений в пределах геотермального поля Свартсенги. Одновременно с толчками было зафиксировано вздутие территории, которое сменилось проседанием. Три таких цикла инфляции и дефляции произошли в первой половине 2020 года. В августе поднятие началось уже в геотермальном поле Крисувик, которое расположено в 20 километрах к востоку от Свартсенги. В феврале 2021 года интенсивный рой землетрясений указал на образование магматической дайки между двумя полями, и 19 марта 2021 года раскрылась трещина. Подробнее о сейсмических событиях в регионе можно прочитать в материале «Скандинавские тряски».

Группа исследователей из Германии, Исландии, Италии, Китая и Чехии под руководством Оулавюра Флоувенца (Ólafur Flóvenz) из Геологической службы Исландии обратилась к геофизическим данным, чтобы объяснить поведение вулканической системы перед извержением Фаградальсфьядль. Ученые создали каталог землетрясений, который охватывает период с 1 февраля по 30 августа 2020. В него попали 39 500 землетрясений с 26 сейсмических станций, расположенных вокруг Свартсенги. Также они использовали данные гравиметрической съемки и интерферометрического радара с синтезированной апертурой (InSAR).

Анализ данных интерферометрического радара за 12 месяцев до начала извержения указал на область в Свартсенги площадью более 80 квадратных километров, которая вздымалась и опускалась в течение 2020 года. Во время первого эпизода территория поднялась на 66 миллиметров за 30 дней, а затем просела на 10 миллиметров за 18 дней. Во втором эпизоде подъем составил 55 миллиметров за 48 дней, который сменился опусканием на 16 миллиметров за 24 дня. Заключительный эпизод характеризовался общим вздутием на 32 миллиметра за 60 дней. 18 июля недалеко от центра инфляции произошло землетрясение магнитудой 4,1. С этого момента вплоть до середины декабря территория опустилась на 38 миллиметров. Большая часть землетрясений на глубине менее четырех километров была зарегистрирована в пределах области поднятия, причем все неглубокие толчки были локализованы в ее центре.

Исследователи предложили модель, которая связывает полученные наборы данных и динамические процессы в коре и мантии. На глубине 15-20 километров под полуостровом Рейкьянес лежит магматический резервуар, подпитываемый потоками мантийной магмы. Насыщенный углекислым газом флюид и, возможно, магма, мигрируют из этого кармана на глубину около семи километров, где они аккумулируются в течение нескольких недель или месяцев. Когда давление достигает критических значений, флюид выталкивается в геотермальные водоносные горизонты и приподнимает лежащие выше породы. Первые три партии флюида в 2020 году попали в геотермальную систему Свартсенги, а четвертая — в Крисувик. Общий объем флюида оценили в 0,11 ± 0,05 кубического километра. В феврале 2021 года избыточное давление сумело разломать хрупкую кору, образовав магматическую дайку, из которой 19 марта начал вытекать раскаленный расплав.

Представленная модель согласуется с наблюдениями за извержением. Скорость излияния лавы была умеренной в течение первого месяца, а потом выросла до 11 кубических метров в секунду, судя по объему лавы, застывшей на поверхности. Исходя из объема флюида, закачанного в геотермальные поля, минимальный объем дегазированной магмы под вулканом Фаградальсфьядль исследователи оценили в 2–9 кубических километров. Работа показывает ранее неисследованное взаимодействие тектонического спрединга, магматических резервуаров и флюидов с геотермальными полями.

Ранее на N + 1 мы писали про канарский остров Ла-Пальма, где в сентябре 2021 года раскрылась трещина после роя землетрясений, а также про ключевые параметры магматическое расплава, которые определяют характер извержения вулканов.

Елена Гарова