Геологи объединяют магматические породы, имеющие общее происхождение, в одном регионе в единый глубинный источник, или домен. Естественно предположить, что современные лавы из одного домена также будут обладать достаточно однородным химическим составом. Однако данные, полученные в результате наблюдений за деятельностью вулкана Сундхнукур в Исландии в 2023-2024-х годах, вызвали сомнения в этом.
Океанический вулканизм, проявляющийся на островах или в срединно-океанических хребтах, характеризуется составом лавы, отличным от континентального. Преимущественно это базальты, формирующиеся из вещества мантии, которое поднимается посредством конвекции или в виде плюмов и накапливается в резервуарах земной коры.
Обычно при каждом извержении на поверхность попадает лава с идентичным химическим составом, что указывает на наличие единого резервуара, где магма накапливается до извержения. Данный факт учитывается при создании моделей поведения вулканов и при оценке рисков в процессе геофизического мониторинга в режиме реального времени.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи из Университета Исландии, Университета Клермон-Оверни (Франция) и немецкие коллеги провели исследование во время извержения вулкана Сундхнукур в Исландии. Этот вулкан, являющийся частью системы Свартсенги, находится в четырех километрах от города Гриндавик. Вулкан был неактивен на протяжении 800 лет, однако в декабре 2023 года он активизировался. Изменения поверхности, предшествовавшие извержению, указывали на то, что магматический резервуар находится на глубине около пяти километров, в средней части земной коры.
Во время извержения вулканов системы Фаградальсфьядль в 2021 году ученые зарегистрировали химически отличающиеся друг от друга расплавы в резервуаре, расположенном на глубине 16 километров — на границе между корой и мантией (поверхность Мохоровичича). Это указывало на то, что эти разнородные расплавы поднимаются к среднему коровому резервуару, находящемуся под Свартсенги. Вскоре появилась возможность это проверить.
Для изучения извержения Сундхнукура, произошедшего с декабря 2023 по май 2024 года, ученые собрали образцы лавы и тефры из различных мест. После этого образцы были проанализированы с использованием методов петрологии и химии, что позволило установить содержание основных и микроэлементов, минеральный состав, а также соотношение изотопов стронция и неодима.
Это позволило более точно определить характеристики магматического домена — области в земной коре, откуда происходят излияния магмы. Также появилась возможность наблюдать эти процессы в реальном времени, непосредственно во время извержения. Результаты научной работы опубликованы в журнале Science.
Несмотря на то, что все образцы представляли собой толеитовые базальты, их состав существенно менялся с течением времени. В одних пробах содержание оксидов магния и калия было низким, в других – высоким. Аналогичная картина наблюдалась во время извержения Фаградальсфьядля, и подобные случаи встречались и среди древних лавовых образований.
По мнению авторов статьи, наличие среднего по размеру магматического очага с гетерогенным составом магм является уникальной особенностью Исландии. Скорее всего, это обусловлено присутствием нескольких отдельных резервуаров.
Несмотря на это, исследователи признают возможность ошибки, поскольку не все древние лавовые поля были изучены с достаточной детализацией, а лавы, сформировавшиеся на самых ранних этапах извержения, не всегда были идентифицированы. Ярким примером химической неоднородности (хотя и не столь выраженной) служат древние лавы Боргархраун на севере Исландии, образовавшиеся в районе границы Мохо.