Clinopyroxene As a Quantitative Window Into Pre-Eruptive Magma Storage Conditions

Descripción del proyecto

Mejora de las estimaciones de la presión volcánica

La profundidad de almacenamiento del magma influye en el comportamiento eruptivo de un volcán al afectar a factores como la cristalinidad y el contenido volátil, que a su vez repercuten en la intensidad de la erupción. Sin embargo, la estimación de la presión preeruptiva sigue siendo incierta, especialmente cuando se basa en la química del clinopiroxeno. El equipo del proyecto CANVAS, que cuenta con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, explorará cómo se relacionan las variaciones químicas y estructurales del clinopiroxeno con la presión de cristalización. En el proyecto se llevarán a cabo experimentos de cristalización en basalto islandés bajo presiones atmosféricas y de la corteza, analizando los clinopiroxenos resultantes con microanálisis de sonda de electrones y microdifracción de rayos X de sincrotrón. CANVAS es el primer estudio a gran escala sobre las presiones de la corteza terrestre y su objetivo es perfeccionar nuestra comprensión de la respuesta a la presión del clinopiroxeno, lo que permitirá realizar estimaciones más precisas de la presión de los magmas en erupción y mejorar la vigilancia de los volcanes activos.

Objetivo

The pre-eruptive pressure (depth) of magma storage beneath a volcano modulates the eruptive behaviour observed at the surface. Pressure controls the physical properties of magma such as the crystallinity via pressure-sensitive phase equilibria as well as the concentration of dissolved volatiles within the melt. Such parameters drastically affect how violently the volcano will erupt, and by extension the resultant societal and economic impact. However, it is increasingly apparent that one of the main ways that we recover pre-eruptive pressure from magmas, namely the link between the major element chemistry of the magmatic mineral clinopyroxene and pressure, is subject to large uncertainty. CANVAS will improve our understanding of the coupling between the chemical-structural variability of clinopyroxene and the crystallisation pressure. We will run a series of equilibrium crystallisation experiments on an Icelandic basalt starting material at atmospheric (1 atmosphere) and crustal (200 800 megapascals) pressures, employing thermal methods to grow large (>30 m) crystals. Experimental clinopyroxenes will be measured for major elements using electron probe microanalyser. The same crystals will be subject to synchrotron X-ray microdiffraction to establish crystal structure and electron density, refining the true (observed) distribution of cations within the crystal lattice. The true composition of natural clinopyroxene has been previously shown to differ from assumed chemistry. In doing so, we will perform the first large, systematic study of clinopyroxene at crustal pressures by synchrotron to our knowledge. This approach will allow us to robustly isolate experimental pressure effects from temperature and melt composition, refining the observable chemical and physical response of clinopyroxene. Our findings will significantly improve the robustness of pressure estimates from erupted magmas, a key data source to benchmark geophysical signals in active volcanoes.