2015. január 11., vasárnap

Kutatócsoportunk eredményeiből: van még magma a székelyföldi Csomád alatt, azaz mi az a PAMS vulkán?

2015 elején az MTA-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoport tudományos munkája egy fontos állomáshoz érkezett, tudományos közleményünket a vulkanológia területének egyik vezető nemzetközi szakfolyóirata publikálta. Az egyik kiemelt kutatási témánk a térség legfiatalabb tűzhányójának, a székelyföldi Csomádnak a vizsgálata. Hogy vizsgálható egy látszólag inaktív vulkán természete? Egyáltalán van létjogosultsága egy olyan kutatásnak, ami egy alapvetően nyugodt, utoljára 32 ezer éve kitört vulkánt vesz célba?
A Csomád lávadóm együttese észak felől

Kiindulás alapelvünk az, hogy egy vulkán természete nehezen érthető meg csak a felszínen látható jelenségek vagy műszerek által fogható jelek alapján, ami különösen igaz akkor, ha a tűzhányó már régen mutatott aktivitást. Úgy véljük, hogy a lényegi tulajdonságok feltárásához a vulkánok alá kell nézni. A vulkán csak egy bonyolult folyamatok sorozatának végjáték produktuma, a vulkáni kitörés a tűzhányó életében csak egy ritka esemény. A vulkán akkor is él, ha a felszínen semmi nem mutat erre. A folyamatok ekkor a felszín alatt, a földkéregben, vagy az alatt, a földköpeny felső részén zajlanak. Hozzáállásunk tehát az, hogy nézzük be, mi zajlik a vulkán alatt és csak ekkor tudunk megfelelő diagnózist felállítani és értékelni a tűzhányó esetleges jövőbeli tevékenységét. Az előző évben Kiss Balázs vezetésével publikáltuk a tűzhányó vulkáni kőzeteiben található amfibol ásvány elemzéséből levonható következtetéseket. Az amfibol kristályok megjelenése és kémiai összetétele alapján rekonstruáltuk a korábbi kitörések során zajlott magmakamra folyamatokat, megbecsültük a kristályosodás során fennállt hőmérséklet és nyomás viszonyokat. Ez volt most is a kiindulás pontunk. Világossá vált, hogy a vulkáni kitörések előtt a földkéregben már jó ideje, akár több tízezer éven keresztül is létezhetett magmakamra, amelyben a magma közel megszilárdulási állapotban volt, azaz olyan hőmérsékleten, ami még valamennyi olvadék jelenlétét lehetővé tette.
Egy vulkán viselkedése csak úgy érthető meg, ha amellett, hogy minden rezdülését, jeleit rögzítjük, megnézzük mi van alatta. A tűzhányók alatt sok lépcsős magmatározó-rendszer található. Ez bazaltos magmák által táplált vulkánok alatt egyszerűbb, andezites, dácitos és riolitos magmákhoz kapcsolódó vulkánok esetében komplexebb

Rendben, nézzünk alá - de hogyan? Ehhez két módszert használtunk. Az egyik a korábbi vizsgálatok folytatása, azaz a vulkáni kőzetekben lévő ásványok megjelenése és kémiai összetételbeli változása, az ebből számolható hőmérséklet és nyomás értékek. Az utóbbi egyszerűen átváltható mélységre, így információt kapunk arra, hogy hol is lehetett a magmakamra. A másik módszer geofizikai eszköz olyan, ami érzékeny egy részben olvadt anyag, a magmakamra fizikai tulajdonságaira. Ez a magnetotellurika módszere, aminek az alkalmazása az elmúlt években mutatott fellendülést, köszönhetően annak, hogy a hosszadalmas, bonyolult számolások a fejlett számítógépes háttérrel már gyorsabban megoldható, mint korábban. A magnetotellurika módszere azon alapul, hogy a Föld természetes mágneses és elektromos terének változását (mind az irányát, mind az intenzitását) méri. Ez különösen a napkitörések időszakban mérhető érzékenyen. A napszélből származó töltött részecskék behatolnak a Föld mágneses terébe és jelentős elektromos áramokat gerjesztenek, ezek egy része behatol a Föld belsejébe. Ez utóbbi jeleket műszerekkel felfoghatjuk és következtetéseket vonhatunk le a felszín alatti kőzettestek elektromos vezetőképességére.
A csomádi vulkáni kőzetekben gyakori ásvány az amfibol, a baloldali mikroszkópos képen a barnás színű kristályok. Érdekes módon kémiai összetételük két csoportra osztható és ez azt jelenti, hogy két különböző hőmérsékleti tartományban keletkeztek. Az egyik viszonylag alacsony hőmérsékleten 700-750 fokon, a másik csoport pedig 200 fokkal magasabb hőmérsékleten.

Na mármost, az amfibolok kémiai összetételéből azt kaptuk, hogy a vulkán alatti magmakamra 8-15 km mélységben volt. Az alacsony hőmérsékletű amfibolok és egyéb ásványok azt jelzik, hogy a kitörések előtt hosszú időn keresztül léteznie kellett egy 700-750 fokos, azaz éppen a teljes kristályosodás hőmérséklete feletti állapotban lévő magmás testnek. Ebben 10-15% olvadék lehetett csupán, a többi rész kristályok tömege volt. Egy ilyen anyag nem képes vulkáni kitörést elindítani, meg sem tud moccanni. Egy fontos felismerés volt, szintén az amfibolok kémiai összetétel vizsgálata alapján, hogy a vulkáni kitörések előtt a hőmérséklet több mint 200 fokkal emelkedett. Mi ennek az oka? Nem lehet más, mint egy magas hőmérsékletű, friss magma érkezése. A magmakamrába nyomuló bazaltos olvadék felhevítette a valamennyi olvadékot tartalmazó, túlnyomórészt azonban kristályokból álló magmakását, egyes részei jelentős mértékben megolvadtak és ennek során már kitörésre alkalmas magmatömeg állt elő. Ez az utóbbi folyamat pedig jelenlegi ismereteink szerint nagyon gyorsan, akár évek, évtizedek alatt végbemehetett.
A következtetés tehát az, hogy amennyiben egy vulkán alatt van magmakása, azaz némi olvadékot is tartalmazó magmás tömeg, akkor az gyorsan felolvasztható és emberi időléptékkel is gyorsan reaktiválható, azaz kitörésre alkalmas magmatömeg jöhet belőle létre. Ha a magmakamrában lévő kőzetolvadék teljesen kikristályosodott volna, azaz a magmatározó teljesen szilárd lenne, akkor azt nagyon nehezen tudná felolvasztani még egy magas hőmérsékletű, bazaltos magma is. A kulcs tehát a magmakása állapot! Rendben, akkor egy vulkáni kitörés előtti állapot fontos szereplői egy alacsony hőmérsékletű, olvadékot is tartalmazó magmakása, egy friss, magas hőmérsékletű magma benyomulása és a gyors reaktiválás, azaz a magmakása részleges felolvasztása. Kutatásunk következő lépése az egyik szereplőt kereste: van-e a Csomád alatt olvadékot is tartalmazó magmás tömeg, azaz magmakása?
A Csomád kráterrégiója alatt, a földkéregben 10-25 km mélyen a magnetotellurikus mérések adatai egy elektromosan jól vezető területet jeleznek (piros színárnyalatok jelöli).

A megnotellurikus mérések során érzékenyen kimutathatók a elektromosan jól vezető területek. Ezek olyanok, amelyek egymással összeköttetésben álló fluidumokat is tartalmaznak. Ez lehet magas hőmérsékletű vizes oldat, de lehet kőzetolvadék is. A mérési adatokból számolt két-dimenziós és három-dimenziós modellek egyértelműen azt jelezték, hogy a vulkáni kráterterület alatt 10-25 km mélyen egy elektromosan jól vezető terület van. További modellszámításaink alapján ezt úgy értelmeztük, hogy ez legvalószínűbben egy 5-15% kőzetolvadékot is tartalmazó magmás test lehet. Rendben, ez jól hangzik, de vajon van-e erre más, független bizonyíték is? Nos, a jól vezető terület mélysége pontosan egybeesik azzal a mélységgel, amit az amfibol ásványok kémiai összetételéből számoltunk. Sőt, román kutatók nem sokkal korábban publikálták eredményeiket, miszerint a Csomád alatt kimutatható egy, a normál értékekhez viszonyítva kis rengéshullám-sebességű zóna, ami 8-20 km mélységben észlelhető. Minden úgy tűnik ugyanabba a mélységközbe mutat és mindegyik legegyszerűbben egy olvadéktartalmú magmás testtel értelmezhető.
Minden egy irányba mutat, azaz egymástól független vizsgálati eredmények azt jelzik, hogy a Csomád alatt olvadékot is tartalmazó magmás test lehet 8-20 km mélységben.

A jelenlegi adatok úgy tűnik mind azt jelzik, hogy a Csomád alatt 8-20 km mélységben még most is lehet egy magmakása tömeg. Megvan tehát az egyik szereplő, amely szükséges ahhoz, hogy akár rövid időn belül is vulkánkitörés legyen. Egyelőre azonban csak ez az egy szereplő van, amelyik "Csipkerózsika"-álomba merült, ezért jelenleg semmi jel nem mutat arra, hogy aktivizálódjon és vulkánkitörés következzen be. Szükséges még a királyfi, azaz a magas hőmérsékletű bazaltos magma, ami a magmakásába nyomulva "felébresztheti" a "Csipkerózsika"-magmakását és vulkánkitörést okozzon. Mindezek alapján azt mondhatjuk, hogy a Csomád egy potenciálisan aktív magmatározóval rendelkező vulkán (angolul: 'volcano with potentially active magma storage', röviden 'PAMS volcano'). Jelenleg nem mondható, hogy potenciálisan aktív, hiszen ez a jelző azokra a tűzhányókra használható, amelyek az elmúlt 10 ezer évben legalább egyszer már kitörtek. Nincs besorolási kategória azonban azokra a vulkánokra, amelyek több tízezer éve nem törtek ki, azonban vannak jelek arra, hogy a mélyben még van magma és akár lehet a jövőben még kitörésük. Ilyen például a Yellowstone, ami 70 ezer éve tört ki utoljára vagy a bolíviai Uturuncu, ami 270 ezer éve volt aktív, mégis ez utóbbi esetében az erős felszínemelkedés és a kapcsolódó földrengések azt jelzik, hogy jelentős mennyiségű magma nyomult a vulkáni alatti földkéregbe. A tanulmányunkban javasolt PAMS vulkán elnevezés ezekre a tűzhányókra is viselkedésükre megfelelő jelzőt ad, ami utal arra, hogy a jövőben akár ki is törhetnek ugyanúgy, ahogy az a Csomád esetében is állítható. Tudjuk azonban a Csomád esetében azt is, hogy ehhez mi szükséges. Így, ha elindulna egy ilyen készülődés, akkor tudhatjuk, hogy a jelek mire utalhatnak, azaz kutatási eredményeink hozzájárulhatnak egy hatékony vulkánkitörés előrejelzéshez.

Az ismertetett eredmények a következő friss tudományos tanulmányban jelentek meg:
Harangi, Sz., Novák, A., Kiss, B., Seghedi, I., Lukács, R., Szarka, L., Wesztergom, V., Metwaly, M., Gribovszki, K. (2015): Combined magnetotelluric and petrologic constrains for the nature of the magma storage system beneath the Late Pleistocene Ciomadul volcano (SE Carpathians). - Journal of Volcanology and Geothermal Research, Volume 290, 1 January 2015, Pages 82–96.

Best Blogger Tips

6 megjegyzés:

  1. Rendben, de mi van a magyarországi vulkánokkal? Mondjuk az északi középhegység részeit képezőkkel? Azok nem lehetnek PAMS vulkánok?

    VálaszTörlés
  2. Kedves Sparhelt! Nem, mert definíció szerint azok a PAMS vulkánok, amelyek alatt kimutatható, hogy van olvadék-tartalmú magmás test, azaz magmakamrájuk reaktiválható.

    VálaszTörlés
  3. Ezek szerint történtek ilyen magmakamra vizsgálatok a magyarországi vulkánokkal is?

    VálaszTörlés
  4. Jo estet kivanok.
    Leyngelorszagbol szrmazom. Interesyję się wulkanizmem na Węgrzech, czytam Pana Blog i Kemenes wulkanpak, Nograd geopark, Balaton-Bakony geopark. Bardzo dobrze zrobione ! Chciałem zapytać czy podobne badania jak z Csomad hill prowadzicie na młodych obiektach wulkanicznych na Węgrzech. Interesuje mnie Matra Volcanic Complex - erupcyjne centrum Nyugati Matra (Agasvar, Ovar hegy) vulcanic tectonic faul, Fekete lake, Koris bog ? wzrost mofetta vulcanic CO2 Matraderecske. Czy aktywne procesy zachodzą pod górami Matra ?
    Ciekawi mnie też Bakony-Balaton Higlland Volcanic, Kopacsi hegy (Fuzes-to) 2,61 Ma, Bondoro hegy 2,3 Ma, Fekete hegy 5,56 - 3,36 Ma.
    Czy te wulkany posiadają komory magmowe i w jakim stanie ?
    Jest jeszcze na Słowacji Putikov Vrsok 106.000 lat (Nova Bana).
    Koszonom.
    Przemysław Nowak-Falkiewicz

    VálaszTörlés
  5. Dear Przemysław Nowak-Falkiewicz, could you please write us in English? Best Wishes, Szabolcs Harangi

    VálaszTörlés