Consortional assoc.: REvPAMS: an integrated REsearch of a volcano with Potentially Active Magma Storage, the youngest volcano (Ciomadul, E Carpathians) of the Carpathian-Pannonian Region  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
116604
Type K
Principal investigator SZARKA, László Csaba
Title in Hungarian Konzorcium, társ p.: REvPAMS: A Kárpát-Pannon térség legfiatalabb, potenciálisan aktív magmatározóval rendelkező vulkánjának (Csomád, K-Kárpátok) komplex kutatása
Title in English Consortional assoc.: REvPAMS: an integrated REsearch of a volcano with Potentially Active Magma Storage, the youngest volcano (Ciomadul, E Carpathians) of the Carpathian-Pannonian Region
Keywords in Hungarian vulkáni tevékenység, felszín alattii jólvezető képződmények, magmakamrák, litoszféra, asztenoszféra, elektromágneses mélyszomdázás, magnetotellurika(MT), MT leképezés, modellezés, inverzió in
Keywords in English volcanic activity, conductive subsurface bodies, magma chambers, lithosphere, asthenosphere, electromagnetic deep sounding, magnetotellurics(MT), MT imaging, modeling, inversion
Discipline
Geophysics, Physics of the Lithosphere, Seizmology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Volcanology
Panel Agriculture, Environment, Ecology, Earth Sciences committee chairs
Department or equivalent Geodetic and Geophysical Institute (Research Centre for Astronomy and Earth Sciences)
Participants Lemperger, István
Németh, Viktória
Novák, Attila
Prácser, Ernő
Wesztergom, Viktor
Starting date 2015-09-01
Closing date 2020-12-31
Funding (in million HUF) 3.944
FTE (full time equivalent) 6.53
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A Kárpát-Pannon térség elmúlt 20 millió évét változatos vulkáni működés jellemezte és még az elmúlt 1 millió évben is tucatnyi vulkánkitörés történt. A legutolsó vulkáni működés a székelyföldi Csomádon volt 32 ezer éve. A rendelkezésre álló kutatási adatok, beleértve az elmúlt 4 évben végzett saját vizsgálati eredményeinket, arra utalnak, hogy a vulkán alatt még nem teljesen kihűlt magmás test helyezkedhet el. Továbbá, a vulkáni működésben több 10 ezer éves szünetek is lehettek, mialatt a mélyben olvadéktartalmú magma létezett. Mindezek alapján, a vulkán állapotának rögzítéséhez, és jövőbeli tevékenységének értékeléséhez kiemelten fontos a további részletes kutatás, aminek eredményei hozzájárulnak a hosszan szunnyadó és látszólag inaktív vulkánok természetének megértéséhez is.
A projekt egy legmodernebb szemléletű komplex kutatást céloz meg, hogy a Csomád és hasonló vulkánok alatt hosszú időn keresztül létező magmatározók kialakulását és fejlődését megértsük. Ez a kutatás egy erős nemzetközi kapcsolatrendszeren alapul, amelyben a szakma legkiválóbb kutatói vesznek részt és a legmodernebb analitikai elemzéseket alkalmazzuk.
Meghatározzuk a kitörési fázisok pontos idejét, a szunnyadási periódusok hosszát, a magmatározó termális fejlődését és időbeli fennállását. Rekonstruáljuk azokat a folyamatokat, amelyek a rendszer reaktiválódásához és végül vulkánkitöréshez vezetnek akár hosszú szunnyadási idő után is. A vulkán jelenlegi állapotát a gázkiáramlások összetételének folyamatos elemzése, valamint a magnetotellurikus mérések alapján érthetjük meg. E vizsgálati eredmények alapot adnak arra, hogy pontosítsuk a mélyben vélelmezett magmás test geometriáját és annak állapotát.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A szunnyadó és látszólag inaktív vulkánok kutatása, esetleges felébredésük megértése nagy kihívást jelent. Ez gondos, integrált tudományos megközelítést igényel, hogy jellemezni tudjuk a tűzhányó jelenlegi állapotát és a múltbeli viselkedését az alábbi kulcskérdésekkel:
1. A kitörések korának, az epizodikus vulkáni működés időbeliségének pontos meghatározása. Mindehhez a legújabb technikai fejlesztésekkel alkalmazott cirkon geokronológia adja a választ.
2. A magmás rendszer kialakulását és termális fejlődését cirkon ásványokon végzett in-situ izotóp és nyomelem elemzés, valamint amfibolok és plagioklászok integrált szöveti és geokémiai vizsgálata alapján írjuk le. Ez hozzásegít annak a kulcskérdésnek a megválaszolásához is, hogy szükséges-e olvadéktartalmú magma a hatékony remobilizációhoz?
3. A vulkánkitörések előtti magmakamra folyamatokra és a reaktiváció időbeliségére zónás ásványok nagy felbontású elemzésével, valamint nyomelemprofilok diffúziós modellszámításai alapján következtetünk.
4. A csomádi dácit különleges lehetőséget ad, hogy a bazaltos magmák szerepét feltárjuk egy hosszú életű „hideg” magmakása reaktiválásában, mivel akár egyetlen kőzetmintában előfordulnak mafikus ásványok és felzikus kristálycsomók, így egyszerre két magmás rendszer fejlődése is vizsgálható.
5. A kibocsájtott gázok éves összetétel-meghatározása, a He-izotóparány mérése lehetővé teszi a geotermális rendszer állapotának megértését, a gázokban lévő magmás komponens kimutatását.
6. A magmás rendszer jellegének és geometriájának pontosítására magnetotellurikus méréseket végzünk, amelyek kiterjednek a felső köpenyben lévő, esetlegesen olvadt területeket jelző anomáliák kimutatására is.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A vulkáni működés a Föld legdrámaibb eseményei közé tartozik, ami potenciális veszélyt jelent a lakott területekre. A vulkánkitöréshez vezető folyamatok megértése a legnagyobb tudományos kihívások közé tartozik, amelynek kiemelt társadalmi fontossága van. Úgy véljük, hogy egy vulkán állapotát elsősorban az alatta lévő magmás rendszer jelenlegi állapotának és múltbéli fejlődésének ismerete alapján értékelhetjük. E kutatás újszerűsége, hogy egy látszólag inaktív, de potenciálisan aktív magmatározóval (PAMS) rendelkező tűzhányó kutatását tűzi célul. Számos olyan pusztító vulkánkitörésről tudunk, amit nem előzött meg vulkáni működés a történelmi időkben, azaz a vulkán nem tűnt veszélyesnek. Nincs kétség afelől, hogy ilyen események a jövőben is lesznek. Ezért kulcsfontosságú tudnunk azt, hogy mi okozza e hosszan szunnyadó vulkánok feléledését és mindez milyen gyorsan történik! A kutatás célja, hogy megismerjük a kis-közepes térfogatú dácitos magmatározók kialakulását és fejlődését, továbbá azt, hogy ezek miképpen maradhatnak fenn akár több 10 ezer éven keresztül és reaktiválódhatnak akár évtizedek alatt. A projekt tudományos eredményeivel új perspektívát nyithat a kevéssé vizsgált, hosszú ideig szunnyadó, de potenciálisan nagy veszélyt jelentő vulkánok kutatásában.
A projekt során a legkorszerűbb módszertani és analitikai eszközöket alkalmazzuk, hogy a komplex magmás eseményeket a forrástól a felszínig rekonstruáljuk. Meghatározzuk a folyamatsorban részt vevő magmák eredetét és fejlődését, a fő magmás események időbeli lefolyását. Ezek felismerése hozzásegít a tűzhányók működésének jobb megértéséhez, továbbá azoknak a jeleknek a meghatározásához, amelyek egy hosszú életű „hideg” magmatározó remobilizációját jelezhetik. Mindez hatékonyan segítheti a vulkáni kitörés előrejelzést.
A Kárpát-Pannon térség jelenleg nyugodtnak tűnik, és úgy látszik nem fenyegeti vulkánkitörés veszélye. A térséget jellemző korábbi hosszú vulkáni tevékenység és a legutolsó kitörések viszonylag fiatal kora azonban arra figyelmeztet, hogy ez a helyzet váratlanul, gyorsan megváltozhat. A kutatómunka e látszólag meghökkentő, de nem elvethető, a társadalom figyelmét, érdeklődését már felkeltő lehetőség körülményeit igyekszik feltárni.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Társadalmunkban egyre nagyobb érdeklődés övezi a vulkáni működések lefolyását, ezek okainak magyarázatát, egyre nagyobb igény mutatkozik arra, hogy a vulkánkitörések előrejelzési módszerei tökéletesedjenek. Az aktív tűzhányók megfigyelése és kutatása mellett, az utóbbi években hosszú szunnyadás után felébredt vulkánok (pl. Chaitén, Sinabung, Eyjafjallajökull) arra figyelmeztetnek, hogy jobban meg kell ismernünk a látszólag inaktív, de potenciálisan veszélyes tűzhányók működését is. Legfrissebb kutatási eredményünk, miszerint olvadéktartalmú magmás test van a székelyföldi Csomád alatt, nagy médiafigyelmet kapott. Továbbá, kimutattuk azt is, hogy egy ilyen magmakása több mint 100 ezer évig is létezhetett a vulkán alatt és ezalatt fennáll a reaktiválódás lehetősége. Ez további tudományos munkára serkent, hogy megértsük a Csomád viselkedését és megismerjük azt, hogy mi okozza a viszonylag gyors, akár néhány évtized alatt történő feléledést és a bekövetkező vulkánkitörést.
E kutatás új perspektívát nyújt a hosszan szunnyadó, de potenciálisan veszélyes tűzhányók működésének vizsgálatában. A legkorszerűbb módszereket és analitikai eszközöket használjuk, a tudományos munkában nemzetközi szinten is a legkiválóbb szakemberek vesznek részt. Ez nagy elismerést jelent és segítséget ad a széles körben érdeklődésre számot tartó eredmények elérésében. Meghatározzuk a vulkánkitörések idejét, a szunnyadó időszakok hosszát, a magmakamrában zajló folyamatokat, a Csomád alatti magmás test jellegét és kiterjedését, valamint a vulkán reaktiválódásának idejét. Ebből az adatokból megállapíthatók milyen jelek utalhatnak egy ilyen vulkán feléledésére, ami segítheti a vulkáni veszély előrejelzést.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In the Carpathian-Pannonian region there were dozens of volcanic eruptions even during the Quaternary, the last one occurred in the Ciomadul, E-Carpathians at 32 ka. The available scientific data, including the new results of our research for the past 4 years, suggest that this volcano is younger than thought before and a still cooling magma body can be inferred beneath it (PAMS volcano). Furthermore, it appears that there were several 10’s ka quiescence periods in the volcanism, while mushy magma still resided in the depth. Thus, a more detailed research on Ciomadul is inevitable to characterize its present status and to evaluate whether it is capable of further eruptions. The result of such complex study could lead to a better understanding how volcanoes, particularly the long-dormant and seemingly inactive volcanoes work.
We propose a cutting edge research with an aim to understand the dynamic processes that create long-lasting magma reservoirs beneath such volcanoes and to get knowledge on the triggering mechanisms that drive them into states of unrest and eruption even after long quiescence. This project is based on a strong international partnership with top-scientists and application of state-of-the-art techniques.
This project will determine the precise age of the eruptive phases, the repose time between them, the lifetime and thermal evolution of the deep magmatic system, the processes and timescale of the pre-eruptive magma chamber reactivation. The present state of the volcano will be monitored by continuous gas geochemical analysis, whereas the geometry and the nature of the inferred crustal magma body will be delineated by magnetotelluric measurements.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Research of dormant and seemingly inactive volcanoes is a scientific challenge and requires integration of state-of-the-art techniques to elucidate the present and past behaviour of a volcano.
1. Precise determination of the eruption ages and constrains on the episodic behaviour of the volcanic activity. Zircon dating provides the most reliable data to answer this question.
2. Development and thermal evolution of the magmatic system will be constrained by in-situ isotopic and trace element content of zircons as well as combined textural and geochemical study of amphiboles and plagioclases. This could help also to answer whether existence of melt-bearing crystal mush is indeed necessary for effective reactivation?
3. Pre-eruptive magma chamber processes and the timescale of reactivation will be reconstructed using chemically zoned crystals and diffusion modelling of trace elements.
4. The Ciomadul dacites give a unique opportunity to reveal the role of mafic magmas in the remobilization of the “cold” mushy magma storage since mafic minerals and felsic crystal clots can be often observed even in single rock samples. Thus, it is possible to constrain development both the mafic and the silicic magma reservoirs.
5. The annual determination of the emitted gas composition, particularly the He-isotope ratios could provide an insight into the state of the geothermal system and the role of the magmatic input.
6. The spatial extent of the magma body will be further refined by magnetotelluric survey. In addition, we will attempt to detect anomalies in the uppermost mantle that could be attributed to the presence of partially melted material.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Volcanic eruptions are dramatic episodes of the Earth’s lifetime and yield a potential danger to populated areas. Understanding the processes that lead to volcanic eruptions is among the primary research challenges and has a great societal importance. We think that the state of a volcano can be evaluated based on the knowledge about the present nature and the past behaviour of the deep magmatic system. The innovation of this research is the characterization of a seemingly inactive volcano with a potentially active magma storage (PAMS volcano). There are many examples for devastating volcanic events in localities where no historical eruptions occurred. It is not a question that such events can be expected in the future, therefore there is a requirement to know more about the mechanism and particularly the timescale of such processes. Our aim in this research is to gather information on the dynamics by which small to medium volume silicic magmas are generated and stored in the continental crust even for several 10’s ka and finally reactivated and erupt in a timescale maybe within decades. Thus, we attempt to open new perspectives in the characterization of long-dormant and therefore less known, but potentially dangerous volcanoes.
We apply cutting edge methodologies and techniques that could help to understand the complex magmatic events from the source to the surface. Recognition of the end-member magmas, constraining their origin and evolution, recording the timescale of the principal events in the magma reservoir could all contribute to our understanding how volcanoes work. Revealing the deep magmatic processes could help in eruption forecasting by collecting possible signs before the magma storage reactivation.
The Carpathian-Pannonian region presently seems to be a quiet area in terms of volcanic eruptions. However, the long history of volcanic activity and the relatively young age of the last eruptions could indicate that this status could change unexpectedly. Thus, a careful scientific investigation is necessary that could provide data, which can be used in the evaluation whether further volcanic eruption could occur in this region.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Presently, there has been an increasing need in our societies to improve the techniques to forecast volcanic eruptions. In addition to the extensive studies and monitoring of well-known active volcanoes, eruptions in the past couple of years (e.g., Chaitén, Sinabung, Eyjafjallajökull) warn that we have to know more about the long-dormant volcanoes. Our new scientific result that melt-bearing magma reservoir could still exist beneath Ciomadul (E-Carpathians), the youngest volcano of our region, got wide interest in the media and the society. Furthermore, we could show that such mushy magma could have resided for >100 ka beneath the volcano and between the active phases several 10’s ka repose time could elapse. Thus, there is a requirement to understand better the behaviour of this volcano that could help also to open new perspective in the studies of long-dormant and thus, potentially dangerous volcanoes. We will determine precisely the age of the volcanic eruptions and constrain the length of the quiescence time using high-quality zircon dating. A crucial point is the characterisation of the past magma chamber processes and the timescale of these events to evaluate whether the inferred magma body beneath Ciomadul could be capable of further eruptions. Continuous gas measurements as well as a geophysical survey will attempt to decipher the nature and the geometry of the deep-seated magma body and to detect any anomalies in the uppermost mantle that could indicate the presence of hot, possibly partially melted material. Our research could lead to a better understanding how seemingly inactive volcanoes work and what signs can be expected before their reactivation.



Back »