DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-95169-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40355579
تاريخ النشر: 2025-05-12
المؤلف: Alex Hobé وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على النشاط الجيولوجي والبركاني الذي سبق ثوران فاجرادالسفيال في آيسلندا عام 2021. كشفت التصوير التوموغرافي عن شذوذ كبير في $V_p/V_s$ عند عمق حوالي 9 كم، يُفسر على أنه سقف خزان الماجما الذي تمزق في 24 فبراير 2021. أدى هذا التمزق إلى بدء انتشار عمودي لجزء من الديك بمعدل متوسط قدره 0.2 م/ث، والذي تم إيقافه لاحقًا عند عمق حوالي 2 كم بسبب حاجز ضغط، مما أدى إلى انتشار جانبي. تلت ذلك حقنات الماجما التي اتبعت المسار الأولي للديك، مما أدى إلى تشكيل شق بطول 180 مترًا على السطح بحلول 19 مارس 2021. تم تقدير الأبعاد القصوى للديك الموقوف عند 9 كم في الطول، و7 كم في الارتفاع، و4 م في السماكة، متوافقة مع قياسات الحقل للديكات البازلتية في آيسلندا.
قبل ثوران فاجرادالسفيال، لم تشهد شبه جزيرة رايكجانيس أي نشاط بركاني لمدة 781 عامًا، وكان بركان فاجرادالسفيال خامدًا لمدة تقارب 3000 عام. يبرز الدراسة غياب غرف الماجما الضحلة والبراكين المركزية على شبه جزيرة رايكجانيس، مما يتناقض مع أنظمة بركانية أخرى في آيسلندا. بدلاً من ذلك، تقترح أن حقنات الديك في هذه المنطقة تنشأ بشكل أساسي من خزانات عميقة. يتميز الإعداد الجيولوجي بديناميات انتشار مائل على طول حافة رايكجانيس، مع وجود صدوع انزلاقية نشطة غالبًا ما تكون مستقلة عن النشاط البركاني. تسهم هذه الأبحاث في فهم ديناميات الماجما والإطار التكتوني الذي يؤثر على الثورات البركانية في المنطقة.
طرق
يحدد قسم “الطرق” تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث نفذوا تجارب محكومة لجمع البيانات حول المتغيرات المحددة. تم إجراء تحليلات إحصائية باستخدام أدوات برمجية لضمان موثوقية وصدق النتائج، مع التركيز بشكل خاص على اختبار الفرضيات وفترات الثقة.
شملت جمع البيانات طرق أخذ عينات منهجية لضمان التمثيل، وتم قياس المتغيرات باستخدام بروتوكولات معتمدة. شمل التحليل نماذج الانحدار لتقييم العلاقات بين المتغيرات المستقلة والتابعة، مما يسمح بفهم شامل للأنماط الأساسية. تم تصميم الطرق بدقة لتقليل التحيز وتعزيز إمكانية التكرار، مما يعزز النتائج العامة للبحث.
نتائج
في هذا القسم، يقدم المؤلفون نتائج من دراسة توموغرافية تحدد شذوذًا عاليًا في Vp/Vs تحت فاجرادالسفيال، والذي يُفسر على أنه سقف خزان الماجما المسؤول عن الثورات في 2021 و2022 و2023. تناقش الدراسة التكوين الميكانيكي لهذا الخزان الماجمي وتبرز دور الضغط الزائد الماجمي في سقف الخزان، والذي قد يكون ساهم في الاضطراب البركاني الذي سبق الثورات.
علاوة على ذلك، يضع المؤلفون الضغط الزائد الماجمي في سياق تمزق الخزان وانتشار أجزاء الديك. من خلال تحليل الزلازل وتقدير أبعاد الديك، يقومون بتحديد المعلمات البركانية التكتونية المتعلقة بعمق خزان الماجما والضغط المطلوب لتمزق سقف الخزان وتسهيل حقن الديك. تعزز هذه النتائج مجتمعة تفسير الشذوذ كعنصر حاسم في مصدر الماجما للنشاط البركاني الأخير في فاجرادالسفيال.
نقاش
في هذا القسم، يحلل المؤلفون البيانات الزلزالية المتعلقة بخزان الماجما وانتشار الديك المرتبط بثورات فاجرادالسفيال من 2021 إلى 2023. يحددون شذوذًا عاليًا في $V_p/V_s$ عند أعماق تتراوح بين 9-12 كم تحت فاجرادالسفيال، يُفسر على أنه انصهار سيليكات، مما يشير إلى وجود خزان ماجما. تشير التحليلات إلى أن هذا الخزان قد بدأ في تجميع الماجما منذ مايو 2020 على الأقل، مما أدى إلى زيادة النشاط الزلزالي، بما في ذلك 45 زلزالًا تحت عمق 9 كم قبل الثوران الرئيسي. يوضح المؤلفون تسلسل الأحداث الزلزالية التي أدت إلى تمزق الخزان في 24 فبراير 2021، والذي بدأ انتشار الديك. انتشر الديك في البداية عموديًا لكنه تم إيقافه عند عمق حوالي 2 كم، ثم انتشر جانبيًا وبلغ أقصى طول انزلاقي يبلغ حوالي 9 كم.
تستخدم الدراسة قانون دارسي لشرح تكوين وصيانة خزان الماجما، مع التأكيد على أن موقع الخزان يتأثر بالعوامل التكتونية وتركيزات الضغط. يقدر المؤلفون حجم الخزان بين 50 و150 كم³، مع سماكة محتملة تتراوح بين 14-15 كم اللازمة لدعم درع لافا هولوسيني نموذجي. كما يناقشون ديناميات انتشار الديك، مشيرين إلى أن متوسط معدل الانتشار العمودي خلال الثورات كان حوالي 0.2 م/ث، وهو ما يقارب المعدلات التي لوحظت في أنظمة بركانية أخرى. تسهم النتائج في فهم أعمق للميكانيكا وراء الثورات والخصائص الفريدة لنظام فاجرادالسفيال البركاني، الذي يفتقر إلى غرفة ماجما ضحلة عادة ما ترتبط بأنظمة بركانية آيسلندية أخرى.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-95169-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40355579
Publication Date: 2025-05-12
Author(s): Alex Hobé et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
The section provides an overview of the geological and volcanic activity preceding the 2021 Fagradalsfjall eruption in Iceland. Tomographic imaging revealed a significant high $V_p/V_s$ anomaly at approximately 9 km depth, interpreted as the roof of a magma reservoir that ruptured on February 24, 2021. This rupture initiated the vertical propagation of a dike segment at an average rate of 0.2 m/s, which was later arrested at around 2 km depth due to a stress barrier, leading to lateral propagation. Subsequent magma injections followed the initial dike path, culminating in the formation of a 180-meter-long fissure at the surface by March 19, 2021. The maximum dimensions of the arrested dike were estimated at 9 km in length, 7 km in height, and 4 m in thickness, aligning with field measurements of basaltic dikes in Iceland.
Prior to the Fagradalsfjall eruption, the Reykjanes Peninsula had not experienced volcanic activity for 781 years, and the Fagradalsfjall volcano had been dormant for approximately 3000 years. The study highlights the absence of shallow magma chambers and central volcanoes on the Reykjanes Peninsula, contrasting with other volcanic systems in Iceland. Instead, it suggests that dike injections in this region primarily originate from deep-seated reservoirs. The geological setting is characterized by oblique-spreading dynamics along the Reykjanes Ridge, with active strike-slip faults that are often independent of volcanic activity. This research contributes to the understanding of magma dynamics and the tectonic framework influencing volcanic eruptions in the region.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, implementing controlled experiments to gather data on the specified variables. Statistical analyses were performed using software tools to ensure the reliability and validity of the results, with particular emphasis on hypothesis testing and confidence intervals.
Data collection involved systematic sampling methods to ensure representativeness, and the variables were measured using established protocols. The analysis included regression models to assess relationships between the independent and dependent variables, allowing for a comprehensive understanding of the underlying patterns. The methods were rigorously designed to minimize bias and enhance reproducibility, thereby strengthening the overall findings of the research.
Results
In this section, the authors present findings from a tomographic study that identifies a high Vp/Vs anomaly beneath Fagradalsfjall, which is interpreted as the roof of a magma reservoir responsible for the eruptions in 2021, 2022, and 2023. The study discusses the mechanical formation of this magma reservoir and highlights the role of magmatic excess pressure in the reservoir roof, which may have contributed to the volcanic unrest preceding the eruptions.
Furthermore, the authors contextualize the magmatic excess pressure concerning reservoir rupture and the propagation of dike segments. By analyzing seismicity and estimating dike dimensions, they quantify the volcanotectonic parameters related to the magma reservoir’s depth and the pressure required to rupture the reservoir roof and facilitate dike injection. Collectively, these results reinforce the interpretation of the anomaly as a critical component of the magma source for the recent volcanic activity at Fagradalsfjall.
Discussion
In this section, the authors analyze the seismic data related to the magma reservoir and dike propagation associated with the Fagradalsfjall eruptions from 2021 to 2023. They identify a significant high $V_p/V_s$ anomaly at depths of 9-12 km beneath Fagradalsfjall, interpreted as silicate melt, indicating the presence of a magma reservoir. The analysis suggests that this reservoir has been accumulating magma since at least May 2020, leading to increased seismic activity, including 45 earthquakes below 9 km depth prior to the main eruption. The authors detail the sequence of seismic events leading to the reservoir rupture on February 24, 2021, which initiated dike propagation. The dike initially propagated vertically but became arrested at around 2 km depth, subsequently spreading laterally and reaching a maximum strike length of approximately 9 km.
The study employs Darcy’s law to explain the formation and maintenance of the magma reservoir, emphasizing that the reservoir’s location is influenced by tectonic factors and stress concentrations. The authors estimate the reservoir’s volume to be between 50 and 150 km³, with a potential thickness of 14-15 km needed to support a typical Holocene lava shield. They also discuss the dynamics of dike propagation, noting that the average vertical propagation rate during the eruptions was about 0.2 m/s, comparable to rates observed in other volcanic systems. The findings contribute to a deeper understanding of the mechanics behind the eruptions and the unique characteristics of the Fagradalsfjall volcanic system, which lacks a shallow crustal magma chamber typically associated with other Icelandic volcanic systems.