DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03334-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41993777
تاريخ النشر: 2026-04-14
المؤلف: Matteo Lupi وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الجيولوجي والجيوكيميائي
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على الوجود الكبير للصهارة والانصهار الجزئي في مقاطعة توسكاني البركانية، إيطاليا، حيث يتم تخزين أكثر من 5,000 كم³ من هذه المواد في القشرة المتوسطة. هذه النتيجة جديرة بالملاحظة بشكل خاص نظرًا لنشاط المنطقة البركاني الضعيف في العصر الرباعي والتحديات في تحديد السوبر بركانات دون دليل سطحي. تشير البيانات تحت السطحية إلى أن هذه الخزانات البركانية تساهم في أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية ذات الطاقة العالية في المنطقة، مما يشير إلى أن مقاطعة توسكاني البركانية تحتوي على نشاط بركاني كبير مقارنةً بما هو موجود تحت السوبر بركانات المعروفة مثل يلوستون وتوبا.
تعتبر تداعيات هذا الاكتشاف عميقة، حيث تعزز فهمنا للتطور الطويل الأمد للأنظمة البركانية الناضجة وديناميات المقاطعات البركانية الكبيرة. إن التعرف على وجود هذه الأحجام الكبيرة من الصهارة أمر بالغ الأهمية لتقدم تقييمات المخاطر البركانية واستكشاف الطاقة الحرارية الأرضية في المناطق التي كانت تُعتبر سابقًا أقل نشاطًا.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تطوير نموذج لسرعة الموجات القصيرة ثلاثي الأبعاد ($V_s$) للقشرة العليا بعمق 15 كم في توسكاني، كاشفًا عن تباينات كبيرة في سرعات الزلازل. تم بناء النموذج باستخدام ملف مرجعي أحادي البعد مستمد من بيانات الضوضاء المحيطة، مما يسمح بحساب كل من الشذوذات المطلقة والنسبية في السرعة. ومن الجدير بالذكر أنه عند عمق حوالي 3 كم، تم تحديد شذوذات سرعة سريعة في المنطقة المعدنية التوسكانية، وخاصة حول غافورانو، وامتدت نحو الساحل التيراني وجزيرة إلبا الشرقية. وغالبًا ما تتزامن هذه المجالات السريعة مع التعبيرات السطحية لمراكز الهيدروحرارية، مما يشير إلى وجود علاقة بين سرعة الزلازل والنشاط الحراري الأرضي.
مع زيادة العمق، أصبح الجسم السريع الذي يمتد شمال غرب أكثر وضوحًا، متماشيًا مع التعبير السطحي للمناطق الغنية بالخام. وعلى العكس، تم ملاحظة منطقتين بارزتين ذات سرعة منخفضة في الموجات القصيرة في الأجزاء الوسطى والجنوبية الشرقية من النموذج، تتوافق مع حقول الطاقة الحرارية الأرضية الرئيسية مثل لارديريلو وراديكوندولي. عند عمق 12 كم، أظهرت هذه الشذوذات ذات السرعة المنخفضة سرعات موجات قصير تصل إلى حوالي 1.2 كم/ث. أشارت الملفات الرأسية إلى أن هذه المناطق ذات $V_s$ المنخفضة ليست معزولة ولكنها جزء من مجال أوسع من الموجات القصيرة المنخفضة تمتد أفقيًا، خاصة تحت نظام الطاقة الحرارية الأرضية في أمياتا، الذي يتميز بنشاطه البركاني في العصر البلايستوسيني الأوسط. تشير النتائج إلى تفاعل معقد بين الهياكل الجيولوجية وأنظمة الطاقة الحرارية الأرضية في المنطقة.
المناقشة
في هذه المناقشة، يقدم المؤلفون تحليلًا مفصلًا لهياكل سرعة الزلازل ضمن القشرة العليا بعمق 15 كم في مقاطعة توسكاني البركانية (TMP). تؤكد اختبارات الدقة الخاصة بهم موثوقية الانعكاسات إلى هذا العمق، مما يدعم وجود أجسام بركانية تتبرد في القشرة المتوسطة، كما تم الإشارة إليه سابقًا في الأدبيات. تحدد الدراسة منطقة انتقال، تُعرف باسم أفق K، بين أعماق 3 إلى 4 كم، والتي قد تمثل حدود تكتونية أو ريوولوجية أو تراكم للسوائل فوق الحرجة. يجادل المؤلفون بأن الانخفاض الملحوظ في سرعات الموجات القصيرة، خاصة عند أعماق حوالي 3 كم، يدل على وجود سوائل بركانية، مع أدلة من بيانات الحفر تشير إلى ظروف فوق حرجة عند هذا العمق.
تشير النتائج إلى وجود أحجام كبيرة من الانصهار الجزئي في TMP، مع تقديرات تشير إلى وجود نواة من الانصهار تحتوي على كسور سائلة تتجاوز 80% ومناطق محيطة من المواد الغنية بالبلورات. يرسم المؤلفون أوجه شبه بين TMP وأنظمة بركانية رئيسية أخرى، مشيرين إلى أنه بينما يظهر TMP خصائص مشابهة للسوبر بركانات، فإنه يفتقر إلى أحداث ثورانية موثقة. يقترحون أن اللزوجة العالية للصهارات الغنية بالألمنيوم في المنطقة قد تعيق الثورات، مما يؤدي إلى تراكم الانصهارات في القشرة العليا. توفر هذه الدراسة رؤى حاسمة حول العمليات البركانية التي تلعب دورًا في TMP، مما يساهم في فهم كل من الأنظمة البركانية والحرارية الأرضية والعوامل التي تؤثر على سلوكها الثوراني.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03334-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41993777
Publication Date: 2026-04-14
Author(s): Matteo Lupi et al.
Primary Topic: Geological and Geochemical Analysis
Overview
The research highlights the significant presence of magma and partial melt in the Tuscan Magmatic Province, Italy, where over 5,000 km³ of such materials are stored in the middle crust. This finding is particularly noteworthy given the region’s sparse Quaternary volcanic activity and the challenges in identifying supervolcanoes without surface evidence. The subsurface data suggest that these magmatic reservoirs contribute to the high-enthalpy geothermal systems in the area, indicating that the Tuscan Magmatic Province harbors substantial magmatic activity comparable to that found beneath well-known supervolcanoes like Yellowstone and Toba.
The implications of this discovery are profound, as it enhances our understanding of the long-term evolution of mature magmatic systems and the dynamics of large magmatic provinces. Recognizing the existence of these large magma volumes is crucial for advancing volcanic risk assessments and geothermal energy exploration in regions previously thought to be less active.
Results
In this study, a 3-D shear wave velocity ($V_s$) model of the upper 15 km of the crust in Tuscany was developed, revealing significant variations in seismic velocities. The model was constructed using a 1-D reference profile derived from ambient noise data, allowing for the calculation of both absolute and relative velocity anomalies. Notably, at approximately 3 km depth, fast velocity anomalies were identified in the Tuscan metalliferous region, particularly around Gavorrano, and extended towards the Tyrrhenian coast and eastern Elba Island. These fast domains often coincide with surface expressions of hydrothermal centers, indicating a correlation between seismic velocity and geothermal activity.
As depth increased, the NW-striking fast body became more pronounced, aligning with the surface expression of ore-rich regions. Conversely, two prominent low-shear-wave zones were observed in the central and southeastern parts of the model, correlating with major geothermal fields such as Larderello and Radicondoli. At 12 km depth, these low-velocity anomalies exhibited shear wave velocities dropping to approximately 1.2 km/s. Vertical profiles indicated that these low $V_s$ regions are not isolated but part of a broader low shear wave domain extending horizontally, particularly beneath the Amiata geothermal system, which is notable for its Middle Pleistocene volcanic activity. The findings suggest a complex interplay between geological structures and geothermal systems in the region.
Discussion
In this discussion, the authors present a detailed analysis of the seismic velocity structures within the upper 15 km of the crust in the Tuscan Magmatic Province (TMP). Their resolution tests confirm the reliability of inversions to this depth, supporting the existence of cooling magmatic bodies in the middle crust, as previously suggested in the literature. The study identifies a transition zone, referred to as the K-horizon, between depths of 3 to 4 km, which may represent a tectonic or rheological boundary or the accumulation of supercritical fluids. The authors argue that the observed reduction in shear wave velocities, particularly at depths around 3 km, is indicative of magmatic fluids, with evidence from drilling data suggesting supercritical conditions at this depth.
The findings indicate significant volumes of partial melt in the TMP, with estimates suggesting a core of melt with liquid fractions exceeding 80% and surrounding regions of crystal-rich material. The authors draw parallels between the TMP and other major volcanic systems, noting that while the TMP exhibits characteristics similar to supervolcanoes, it lacks documented eruptive events. They propose that the high viscosity of the peraluminous magmas in the region may inhibit eruptions, leading to the accumulation of melts in the upper crust. This study provides critical insights into the magmatic processes at play in the TMP, contributing to the understanding of both volcanic and geothermal systems and the factors influencing their eruptive behavior.