Published January 25, 2021
| Version v1
Publication
Open
Hekla Revisited: Fractionation of a Magma Body at Historical Timescales
- 1. National Science Foundation
- 2. Colgate University
- 3. University of Alaska Anchorage
- 4. University of Oregon
Description
Abstract Hekla is an elongate volcano that lies at the intersection of the South Iceland Seismic Zone and the Eastern Volcanic Zone. We report major and trace element, oxygen isotopic, and H2O analyses on rocks, glass, melt inclusions, and minerals from almost all of the historical lavas and tephra deposits. This new dataset confirms the remarkable observation that not only are many eruptions compositionally zoned from felsic to mafic, but the extent of zoning relates directly to the length of repose since the previous eruption. Compositional data are consistent with the origin of the basaltic andesites and andesites by fractional crystallization, with no measurable crustal interaction once basaltic andesite has been produced. Although the 1104 CE Plinian rhyolite and 1158 CE dacite are also created by fractional crystallization, uranium–thorium isotopic disequilibria measured by others require that they evolved in a separate body, where magma is stored in a molten state for >104 years. Consistent trace element trends and ratios, as well as oxygenisotopic data, preclude significant crustal input into the evolving magma. The phenocryst assemblages are dominated by crystals that formed from their host melt; an exception is the 1158 CE dacite, which contains abundant crystals that formed from the 1104 CE rhyolite melt. A suite of thermobarometers indicates that most crystals formed in the lower crust at temperatures ranging from ∼1010 to 850 °C. Hekla's unique and systematic petrological time series and geophysical activity are attributed to the unusual geometry of the magma body, which we propose to be a tabular, vertically elongate macrodike, extending from the lower to the upper crust. The vertical body is recharged with basaltic andesite magma at the end of each eruption, which then undergoes cooling and crystallization until the subsequent eruption. The entire system is supplied by a lower-crustal body of basaltic andesite, which is produced by fractional crystallization of basaltic magma in a reservoir that is thermochemically buffered to ∼1010 °C. Cooling and crystallization of recharged basaltic andesite magma in a background geothermal gradient from the lower to the shallow crust accounts for the systematic relationship between repose and composition.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
Abstract Hekla هو بركان مستطيل يقع عند تقاطع المنطقة الزلزالية في جنوب أيسلندا والمنطقة البركانية الشرقية. نبلغ عن تحليلات العناصر الرئيسية والنزرة، ونظائر الأكسجين، و H2O على الصخور والزجاج والشوائب الذائبة والمعادن من جميع رواسب الحمم والتيفرا التاريخية تقريبًا. تؤكد مجموعة البيانات الجديدة هذه الملاحظة الملحوظة التي مفادها أن العديد من الانفجارات لا يتم تقسيمها من الناحية التركيبية من فيلسيك إلى مافيك فحسب، بل يرتبط مدى تقسيم المناطق ارتباطًا مباشرًا بطول فترة الراحة منذ الانفجار السابق. تتوافق البيانات التركيبية مع أصل الأنديزات البازلتية والأنديزيتية عن طريق التبلور الجزئي، مع عدم وجود تفاعل قشري قابل للقياس بمجرد إنتاج الأنديزيت البازلتية. على الرغم من أن الريوليت البليني 1104 م والداسيت 1158 م يتم إنشاؤهما أيضًا عن طريق التبلور الجزئي، إلا أن اختلالات نظائر اليورانيوم- الثوريوم المقاسة من قبل الآخرين تتطلب أن تتطور في جسم منفصل، حيث يتم تخزين الصهارة في حالة منصهرة لمدة 104 سنوات. تمنع اتجاهات ونسب العناصر النزرة المتسقة، بالإضافة إلى بيانات نظائر الأكسجين، مدخلات القشرة القشرية الكبيرة في الصهارة المتطورة. تهيمن البلورات التي تشكلت من ذوبان مضيفها على تجمعات الفينوكريست ؛ والاستثناء هو داسيت 1158 م، الذي يحتوي على بلورات وفيرة تشكلت من ذوبان الريوليت 1104 م. تشير مجموعة من مقاييس الحرارة إلى أن معظم البلورات تشكلت في القشرة السفلية عند درجات حرارة تتراوح من 1010 إلى 850 درجة مئوية. تُعزى السلاسل الزمنية الصخرية الفريدة والمنهجية لهيكلا ونشاطها الجيوفيزيائي إلى الهندسة غير العادية لجسم الصهارة، والتي نقترح أن تكون مجدولًا ممدودًا رأسيًا، ويمتد من القشرة السفلية إلى العليا. يتم إعادة شحن الجسم الرأسي بصهارة الأندسايت البازلتية في نهاية كل ثوران، والتي تخضع بعد ذلك للتبريد والتبلور حتى الثوران اللاحق. يتم تزويد النظام بأكمله بجسم من القشرة السفلية من الأنديزيت البازلتية، والذي يتم إنتاجه عن طريق التبلور الجزئي للصهارة البازلتية في خزان مخزن حراري كيميائيًا إلى 1010 درجة مئوية. إن تبريد وبلورة صهارة الأندسايت البازلتية المعاد شحنها في تدرج حراري أرضي في الخلفية من القشرة السفلية إلى الضحلة يفسر العلاقة المنهجية بين السكون والتكوين.Translated Description (French)
Abstract Hekla est un volcan allongé qui se trouve à l'intersection de la zone sismique du sud de l'Islande et de la zone volcanique orientale. Nous rapportons des analyses d'éléments majeurs et traces, d'isotopes d'oxygène et de H2O sur des roches, du verre, des inclusions fondues et des minéraux de presque tous les dépôts historiques de laves et de téphra. Ce nouvel ensemble de données confirme l'observation remarquable selon laquelle non seulement de nombreuses éruptions sont compositionnellement zonées du felsique au mafique, mais l'étendue du zonage est directement liée à la durée du repos depuis l'éruption précédente. Les données de composition sont cohérentes avec l'origine des andésites basaltiques et des andésites par cristallisation fractionnée, sans interaction crustale mesurable une fois que l'andésite basaltique a été produite. Bien que la rhyolite plinienne de 1104 CE et la dacite de 1158 CE soient également créées par cristallisation fractionnée, les déséquilibres isotopiques uranium–thorium mesurés par d'autres exigent qu'ils évoluent dans un corps séparé, où le magma est stocké à l'état fondu pendant >104 ans. Les tendances et les rapports constants des oligo-éléments, ainsi que les données oxygéno-isotopiques, empêchent un apport important de la croûte dans le magma en évolution. Les assemblages de phénocristaux sont dominés par des cristaux qui se sont formés à partir de leur masse fondue hôte ; une exception est la dacite de 1158 CE, qui contient des cristaux abondants qui se sont formés à partir de la masse fondue de rhyolite de 1104 CE. Une suite de thermobaromètres indique que la plupart des cristaux se sont formés dans la croûte inférieure à des températures allant de ∼1010 à 850 °C. Les séries temporelles et l'activité géophysique pétrologiques uniques et systématiques d'Hekla sont attribuées à la géométrie inhabituelle du corps magmatique, que nous proposons comme un macrodike tabulaire, allongé verticalement, s'étendant de la croûte inférieure à la croûte supérieure. Le corps vertical est rechargé en magma d'andésite basaltique à la fin de chaque éruption, qui subit ensuite un refroidissement et une cristallisation jusqu'à l'éruption suivante. L'ensemble du système est alimenté par un corps inférieur de croûte d'andésite basaltique, qui est produit par cristallisation fractionnée du magma basaltique dans un réservoir qui est thermochimiquement tamponné à environ1010 °C. Le refroidissement et la cristallisation du magma d'andésite basaltique rechargé dans un gradient géothermique de fond de la croûte inférieure à la croûte peu profonde expliquent la relation systématique entre le repos et la composition.Translated Description (Spanish)
Hekla es un volcán alargado que se encuentra en la intersección de la Zona Sísmica del Sur de Islandia y la Zona Volcánica Oriental. Reportamos análisis de elementos principales y traza, isótopos de oxígeno y H2O en rocas, vidrio, inclusiones de fusión y minerales de casi todas las lavas históricas y depósitos de tefra. Este nuevo conjunto de datos confirma la notable constatación de que no solo muchas erupciones están zonificadas compositivamente de félsica a máfica, sino que la extensión de la zonificación se relaciona directamente con la duración del reposo desde la erupción anterior. Los datos de composición son consistentes con el origen de las andesitas basálticas y las andesitas por cristalización fraccionada, sin interacción cortical medible una vez que se ha producido la andesita basáltica. Aunque la riolita pliniana de 1104 CE y la dacita de 1158 CE también se crean por cristalización fraccionada, los desequilibrios isotópicos de uranio-torio medidos por otros requieren que evolucionen en un cuerpo separado, donde el magma se almacena en estado fundido durante >104 años. Las tendencias y proporciones consistentes de oligoelementos, así como los datos oxigenoisotópicos, impiden una entrada significativa de la corteza en el magma en evolución. Los conjuntos de fenocristales están dominados por cristales que se formaron a partir de su masa fundida huésped; una excepción es la dacita 1158 CE, que contiene abundantes cristales que se formaron a partir de la masa fundida de riolita 1104 CE. Un conjunto de termobarómetros indica que la mayoría de los cristales se formaron en la corteza inferior a temperaturas que oscilan entre ~1010 y 850 °C. Las series temporales y la actividad geofísica únicas y sistemáticas de Hekla se atribuyen a la geometría inusual del cuerpo de magma, que proponemos como un macrodique tabular, verticalmente alargado, que se extiende desde la corteza inferior hasta la superior. El cuerpo vertical se recarga con magma de andesita basáltica al final de cada erupción, que luego se enfría y cristaliza hasta la erupción posterior. Todo el sistema es suministrado por un cuerpo de andesita basáltica de la corteza inferior, que se produce por cristalización fraccionada de magma basáltico en un depósito que se tampona termoquímicamente a ~1010 °C. El enfriamiento y la cristalización del magma de andesita basáltica recargado en un gradiente geotérmico de fondo desde la corteza inferior hasta la superficial explican la relación sistemática entre el reposo y la composición.Files
egab001.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إعادة زيارة هيكلا: تجزئة جسم الصهارة في الجداول الزمنية التاريخية
- Translated title (French)
- Hekla revisité : Fractionnement d'un corps magmatique à des échelles de temps historiques
- Translated title (Spanish)
- Hekla Revisited: Fraccionamiento de un cuerpo de magma en escalas de tiempo históricas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3123444942
- DOI
- 10.1093/petrology/egab001
References
- https://openalex.org/W1555353126
- https://openalex.org/W1568473704
- https://openalex.org/W1612863919
- https://openalex.org/W1968389139
- https://openalex.org/W1969534882
- https://openalex.org/W1970518981
- https://openalex.org/W1974586982
- https://openalex.org/W1975753933
- https://openalex.org/W1976264605
- https://openalex.org/W1976365635
- https://openalex.org/W1977392315
- https://openalex.org/W1980000874
- https://openalex.org/W1980256892
- https://openalex.org/W1981502583
- https://openalex.org/W1981929738
- https://openalex.org/W1985674828
- https://openalex.org/W1988339658
- https://openalex.org/W1988899852
- https://openalex.org/W1989231484
- https://openalex.org/W1993538053
- https://openalex.org/W2000321590
- https://openalex.org/W2001331480
- https://openalex.org/W2002023042
- https://openalex.org/W2002854202
- https://openalex.org/W2005047665
- https://openalex.org/W2008442425
- https://openalex.org/W2011817623
- https://openalex.org/W2013074586
- https://openalex.org/W2014623771
- https://openalex.org/W2014786581
- https://openalex.org/W2019742135
- https://openalex.org/W2020120609
- https://openalex.org/W2022454210
- https://openalex.org/W2022999132
- https://openalex.org/W2023563727
- https://openalex.org/W2024572491
- https://openalex.org/W2024975374
- https://openalex.org/W2026688680
- https://openalex.org/W2034988475
- https://openalex.org/W2036608712
- https://openalex.org/W2037452070
- https://openalex.org/W2043082843
- https://openalex.org/W2045907467
- https://openalex.org/W2046406137
- https://openalex.org/W2046755277
- https://openalex.org/W2058264256
- https://openalex.org/W2058348077
- https://openalex.org/W2067519620
- https://openalex.org/W2069432536
- https://openalex.org/W2069650400
- https://openalex.org/W2072399733
- https://openalex.org/W2077385643
- https://openalex.org/W2079375907
- https://openalex.org/W2079696961
- https://openalex.org/W2079728625
- https://openalex.org/W2080803297
- https://openalex.org/W2081146791
- https://openalex.org/W2081723971
- https://openalex.org/W2084315078
- https://openalex.org/W2086305547
- https://openalex.org/W2090845424
- https://openalex.org/W2092076591
- https://openalex.org/W2092502947
- https://openalex.org/W2093983309
- https://openalex.org/W2095293218
- https://openalex.org/W2096026030
- https://openalex.org/W2109210486
- https://openalex.org/W2116772661
- https://openalex.org/W2120263840
- https://openalex.org/W2120529412
- https://openalex.org/W2129338715
- https://openalex.org/W2135320224
- https://openalex.org/W2136150281
- https://openalex.org/W2141874414
- https://openalex.org/W2141875048
- https://openalex.org/W2143060221
- https://openalex.org/W2143830780
- https://openalex.org/W2144086740
- https://openalex.org/W2147064838
- https://openalex.org/W2160505034
- https://openalex.org/W2182217848
- https://openalex.org/W2317773385
- https://openalex.org/W2318934336
- https://openalex.org/W2325758656
- https://openalex.org/W2330204384
- https://openalex.org/W2334581221
- https://openalex.org/W2347455006
- https://openalex.org/W2414287436
- https://openalex.org/W2460061628
- https://openalex.org/W2465938567
- https://openalex.org/W2510102031
- https://openalex.org/W2525427633
- https://openalex.org/W2540352821
- https://openalex.org/W2547903502
- https://openalex.org/W2582688509
- https://openalex.org/W2598542502
- https://openalex.org/W2604587559
- https://openalex.org/W2774767820
- https://openalex.org/W2791899939
- https://openalex.org/W2792260976
- https://openalex.org/W2901268527
- https://openalex.org/W2906951611
- https://openalex.org/W2910274825
- https://openalex.org/W2913126251
- https://openalex.org/W2970176767
- https://openalex.org/W2990107724
- https://openalex.org/W2994064957
- https://openalex.org/W3210121459
- https://openalex.org/W407216367
- https://openalex.org/W4234440840
- https://openalex.org/W4241551012
- https://openalex.org/W4252804378
- https://openalex.org/W4322392061
- https://openalex.org/W631750548