冰岛火山喷发的地幔具有复杂的历史

冰岛格林达维克附近断断续续的火山喷发已经持续了10个多月。自那时以来，多次喷发都从该岛国地壳底部的一个岩浆源汲取了岩浆。这些岩浆涌向地表，形成了壮观的熔岩喷泉和熔岩流，覆盖了靠近这个小渔村和蓝泻湖地热区的大片区域。

值得庆幸的是，只有一名工人因跌入裂缝而死亡，另有两人因吸入二氧化硫气体和夜间擅自徒步进入熔岩区而受伤。这证明了冰岛通过仔细的火山监测来减轻进一步伤害的能力。

Sundhnúkur火山喷发的积极一个方面是，火山学家能够观察到即将喷发的迹象，然后对这些事件中喷出的熔岩进行采样。这意味着可以构建一个时间序列，既能了解每次新喷发前发生的情况，也能了解地表流淌的熔岩成分在喷发之间和喷发期间是如何变化的。

给地壳把脉

冰岛气象局（IMO）一直在利用喷发之间地面的变形情况，来研究在新的喷发开始之前，岩浆侵入地壳的阈值是多少。喷发之间地表膨胀（抬升）的量可以被建模为地壳中填充的岩浆量。

通过仔细追踪地表（上图）的日常变化，IMO已经能够绘制出曲线，显示需要多少膨胀，从而有多少岩浆，才能触发新的喷发。

事实证明，在过去一年中，这个数值相当一致。在追踪的9次喷发中，有8次是在系统重新充注了1000万至2000万立方米的岩浆（上图）后开始的。这相当于大约8-15个罗马斗兽场的熔岩量。

上次喷发在9月初结束，向地表倾倒了约6000万立方米的熔岩。根据此后的形变测量，该系统目前已累积了约400万立方米的岩浆（截至2024年9月24日）。这可能意味着需要再等待一段时间，新的喷发才有可能发生。

所有岩浆的来源

在所有这些喷发中，火山学家也在喷发期间和之间对熔岩进行了采样。我们可以通过熔岩的化学和同位素成分来了解岩浆在地幔中的来源、岩浆形成后结晶的矿物、岩浆在地壳中停留的温度、深度和持续时间，以及它到达地表的速度。一点地球化学知识有助于深入了解火山系统！

西蒙·马修斯（Simon Matthews）及其合作者最近在《科学》杂志上发表的一项研究，探讨了Sundhnúkur火山喷发下的岩浆系统究竟有多简单或复杂。他们发现，它可能比我们想象的要复杂得多。

Matthews及其合作者研究了过去10个月喷发出的熔岩和矿物的地球化学和同位素成分。他们使用了不易受橄榄石、辉石和斜长石等矿物形成影响的元素——在本例中是钾和钛（上图）。这些元素在喷出熔岩中的变异性很可能反映了熔岩来源的差异，而不是自形成以来发生的任何变化。

大多数人会想象火山下方有一个巨大的、完全熔化的岩浆球体，通过一根吸管将熔岩输送到地表。过去十年对全球各种类型火山的研究表明，情况并非如此。相反，许多火山将其岩浆储存在不同的“储层”（或称“储藏池”）中，这些储层可能会在喷发前混合岩浆和晶体。

没有大罐

然而，在冰岛和夏威夷等地的火山上，此前的许多证据表明“大罐”模型可能适用。但是，Matthews等人发现，在格林达维克附近喷出的熔岩成分令人惊讶地不均匀，这表明它不是来自一个大罐，而是以离散的、独立的储层形式储存的，这些储层可能在喷发期间的不同时间被混合和抽取。

事实上，熔岩的成分是如此不均匀，以至于岩浆的来源——冰岛下方的地幔熔融——对这些不同的岩浆储层可能略有不同。这构成了一个复杂的故事，即岩浆的来源发生变化，岩浆穿过地壳上升，直到到达距离地表约5公里处，储层开始充填。这正是通过地壳形变测量到的。然后，在喷发开始时，这些储层被抽取，可能在上升过程中混合。

与一个大罐不同，抽取大量小型岩浆储层的火山，其地壳变化也会不同，因为这些储层在充填。所有这些工作都有助于我们更好地了解火山爆发前、爆发期间和爆发后岩浆是如何储存在火山下的。这意味着我们可以更精确地改进对喷发可能性的模型。