Erebus je činná sopka Antarktidy s lávovým jezerem ve svém kráteru. To, co vidíme na povrchu je ovšem jen zlomek toho, co se děje pod povrchem.
Graham Hill, první autor, a kolegové ve studii zveřejněné v Nature Communications poodhalují podzemní strukturu vulkánu, pohyb a charakter magmatu, až do hloubky 100 km. Přítomnost lávového jezera a výstup magmatu z hlubin Země zde významně ovlivňují dávkování oxidem uhličitým (CO2) ze svrchního pláště, které jde ruku v ruce s netypickým prostorovým uspořádáním magmatického přívodného kanálu pod vulkánem.
Během tří antarktických letních sezón tým odborníků za asistence horského průvodce Daniela Uhlmanna rozmístil v okolí vulkánu 129 přístrojů pro měření magnetotelurických dat. Magnetotelurická metoda umožňuje zjistit elektrický odpor hornin v hloubkách od desítek metrů až po kilometry a je velmi citlivá na přítomnost taveniny v horninovém masívu. Princip metody lze vzdáleně přirovnat k vyšetření CT v medicíně, které poskytuje prostorový obraz vnitřních orgánů a tkání v těle člověka.
Model ukazuje, že kanál, který vede magma k povrchu a lávovému jezeru nemá klasický tvar sloupce, ale je zúžený a odkloněný. Vulkán totiž sedí na složitější zlomové struktuře, která přispěla k ohybu. Ohyb v horní části přívodního kanálu nepravidelně dávkuje magma a plyny do rezervoáru v horních cca 10 km. Magma se doplňuje a ohřívá a tavenina s nižším obsahem vody napájí lávové jezero.
S poklesem tlaku směrem k povrchu dochází k přeměně skupenství a dříve rozpuštěné plyny se z taveniny uvolňují. Vodní pára v magmatu se tak stává výraznou těkavou komponentou a může vést k explozi.
Erebus s ohledem na složení magmatu patří do rodiny sopek s vyšším zastoupením alkalických prvků a vysokým podílem CO2. Jeho magma blízko povrchu je velmi suché, voda tvoří řádově 0,1 % hmotnosti. To jej činí méně náchylným k explozi. U obloukových sopek v obdobné hloubce je obsah vody okolo 4 % hmotnosti. Tento „suchý stav“ je výsledkem postupného vysychání magmatu díky CO2 přicházejícího z pláště.
Tento vulkán si G. Hill zvolil záměrně. Je to další kousek ve skládačce, pomáhá nám lépe pochopit způsob kontroly transportu magmatu u různých typů sopek. A ve větším měřítku i oběh některých prvků či těkavých látek v Zemi.
Obr.: Kráter vulkánu „Mount Erebus“. Vědci se k sopce dopravovali helikoptérou od novozélandské základny Scott Base. Zleva geofyzik Graham Hill, horský průvodce a v současnosti také student geologie Daniel Uhlmann a geofyzik Phil Wannamaker. Foto: Daniel Uhlmann
Obr. vlevo: Příprava na ukotvení magnetotelurického přístroje, na pozadí je Erebus. Na fotce jsou zleva John Stodt, Phil Wannamaker a Graham Hill. Obr. vpravo: Graham Hill obsluhuje magnetotelurický měřící bod Cape Evans na Rossově ostrově, v pozadí je Transantarktické pohoří. Foto: Daniel Uhlmann
Letecký snímek magnetotelurické aparatury v terénu. Vykopávání měřící aparatury během vánice. Foto: Daniel Uhlmann
Obr.vlevo: Mapa Antarktidy s naznačenou polohou sopky Erebus na Rossově ostrově. Zdroj: Haran, T., J. Bohlander, T. Scambos, and M. Fahnestock compilers. 2005. MODIS Mosaic of Antarctica image map. CC: CC BY-SA 3.0
Obr. vpravo: Výsledná 3D vizualizace podpovrchové struktury sopky Erebus. Oblasti s nižším elektrickým odporem značí místa se zvýšeným obsahem tavenin. Obr. a) žlutý sloupec odpovídá oblasti s taveninou, která sahá nejméně 100 kilometrů pod Erebus. Červená struktura znázorňuje kanál „suchého“ magmatu s vysokým obsahem CO2, které napájí lávové jezero sopky. Obr. b) je schématické znázornění procesů, které pod lávovým jezerem probíhají.
Studie:
Hill, G.J., Wannamaker, P.E., Maris, V., et al. Trans-crustal structural control of CO2-rich extensional magmatic systems revealed at Mount Erebus Antarctica. Nature Communication 13, 2989 (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-30627-7
Tisková zpráva ke stažení zde.
Studie vzešla z dlouhodobé spolupráce G. Hilla a Phila Wannamakera (University of Utah, USA). Na projektu se dále podíleli V. Maris, J. A. Stodt, M. Kordy (University of Utah, Energy & Geoscience Institute, USA), E. Wallin (University of Hawaii at Manoa, Hawaii Institute of Geophysics and Planetology, USA), geofyzici P. Bedrosian (United States Geological Survey, USA), M. J. Unsworth (University of Alberta, Kanada), Y. Ogawa (Tokyo Institute of Technology, Japonsko) a hlavní vulkanolog P. Kyle (New Mexico Institute of Mining and Technology, USA).