 |
The link between magma degassing and the dynamics of explosive eruptions of compositionally monotonous andesite-dacite volcanoes (Ciomadul, Eastern Carpathians)
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
130214 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Kiss, Balázs |
| Title in Hungarian |
A magma kigázosodásának és a robbanásos kitörések dinamikájának kapcsolata monoton andezit-dácit tűzhányók esetében (Csomád, Keleti Kárpátok) |
| Title in English |
The link between magma degassing and the dynamics of explosive eruptions of compositionally monotonous andesite-dacite volcanoes (Ciomadul, Eastern Carpathians) |
| Keywords in Hungarian |
kigázosodás, kitörés dinamika, robbanásos kitörések, Csomád, vulkáni veszély |
| Keywords in English |
degassing, eruption dynamics, explosive eruptions, Ciomadul, volcanic hazard |
| Discipline |
| Mineralogy, Petrology (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Mineralogy |
|
| Panel |
Earth sciences 1 |
| Department or equivalent |
Department of Petrology and Geochemistry (Eötvös Loránd University) |
| Starting date |
2017-11-01 |
| Closing date |
2019-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
9.807 |
| FTE (full time equivalent) |
1.34 |
| 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 Csomád tűzhányó a Kárpát-Pannon térség legutolsó, ~30 ezer évvel ezelőtti vulkán kitöréseinek helyszíne. A geofizikai anomáliák és a területen felszínre ömlő gázok összetétele, még olvadékot is tartalmazó magmás testre utal a vulkán alatt, ami a tűzhányó működésének esetleges jövőbeli felújulását sejteti. A vulkáni működés stílusa jelentősen változott, az utolsó kitörési periódusban főként robbanásos kitörések zajlottak, a korábban jellemző effuzív kitörésekkel szemben. A növekvő mértékű robbanásos jelleg, arra utalhat, hogy a jövőbeli vulkáni működés is hasonló stílusban zajlik majd. A robbanásos kitörések változatos formája jellemezte a vulkáni működést. Szubpliniusi-pliniusi és heves vulcanoi típusú kitörések zajlottak. Egyes kitörések rétegsora jelzi, hogy a kitörések dinamikája akár egyetlen kitörés során is jelentősen változhat. A Csomád piroklasztit rétegeinek vizsgálatával tehát kiválóan tanulmányozható a kigázosodás hatása a vulkán kitörések dinamikájára a kőzettani vulkanológia segítségével. A kőzettani vulkanológia a vulkanológia egy fiatal kutatási területe, amely folyamatos fejlődést mutat. A 2D és 3D képalkotási technikák és a szoftveres képfeldolgozás rohamos fejlődése és alkalmazása a földtudományokba forradalmasította a vulkáni kőzetszövet elemzést. A szöveti elemzéseket általában további vizsgálatokkal egészítik, például az olajiparban használt klasszikus porozitás, permabilitás, sűrűség mérésekkel és a magma kémiai összetételének és illó tartalmának vizsgálatával. Ezen tanulmányok nagymértékben segítik a vulkáni kürtőkben zajló kigázosodási folyamatoknak és a kitörések dinamikájára gyakorolt hatásának a megértését és modellezését.
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 vulkanlógia egyik legfontosabb kulcs kérdése, hogy megértsük a vulkánkitörések dinamikáját befolyásoló folyamatokat. A magma kigázosodása a vulkanizmus egyik legalapvetőbb folyamata és nagymértékben befolyásolja a magma Földkérgbeli fejlődését továbbá jelentős hatással van a vulkáni működés dinamikájára. Amikor egy magma csomag a magmakamra folyamatok révén megindul a felszín felé a dekompresszió hatására számos változás következik be a fizikai tulajdonságaiban. A feláramlás során bekövetkező nyomáscsökkenés következtében megindul az illók kiválása a magmából, köszönhetően annak, hogy a gázok oldhatósága nagymértékben nyomásfüggő. A kigázosodás hatására megindul az olvadék fázis kristályosodása is, hiszen az illók eltávozása (elsősorban a H2O eltávozása, amely a legfontosabb vulkáni gáz) a magma jelentős túlhűlését okozza. A kigázosodási és kristályosodási folyamatok hatására a magma fizikai tulajdonságai jelentősen változnak, nő a viszkozitása és sűrűsége. Ezen fizikai tulajdonságok alapvető hatással vannak a magma kürtőbeli mozgására, így jelentősen befolyásolják a kitörések dinamikáját és a vulkáni működés geofizikai manifesztációját. A magmák kigázosodásának minél precízebb megismerés tehát kulcsfontosságú a tűzhányók várható kitöréseinek monitorozása és előrejelzése szempontjából.
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 lenyűgöző megnyilvánulása a dinamikus Föld működésének, azonban egyre nagyobb kockázatot is jelent a társadalomra nézve, a Föld népességének folyamatos növekedése és a fokozódó technikai kiszolgáltatottság következtében. Körülbelül 600 millió ember él aktív tűzhányók közelében, kiszolgáltatva a vulkáni működésnek.
A vulkáni működés veszélyét a vulkán kitörések dinamikája határozza meg. Az egyik legjelentősebb veszélyt az explozív kitörések hordozzák a társadalomra nézve, amelyet számos eset támaszt alá, például az izlandi Eyjafjallajökull kitörése 2010-ben, a chilei Puyehue Cordon-Caulle kitörése 2011-ben vagy a Pinatubo kitörése 1991-ban, stb. A robbanásos kitörések változatos veszélyt hordoznak. Egy heves kitörés stabil kitörési felhője távoli területeket (akár 100 km-es távolságban) is sújthat a piroklaszt hullás révén, megakaszthatja a légi közlekedést vagy hatással lehet az éghajlatra is. Emellett a kitörési oszlop időszakos összeomlása, halálos piroklaszt árakat idéz elő, amely fokozott veszélyt jelent a vulkán közelében élőkre. A robbanásos kitörést befolyásoló folyamatok megismerése tehát különösen fontos, hogy csökkenteni lehessen a társadalom kitettségét, ezen folyamtokkal szemben. A kitörés stílusa és a vele járó veszély akár rövid időskálán is változhat, például egy kitörés során, vagy hosszabb időskálán kitörésről kitörésre.
A monoton andezit-dácit vulkánok (pl.: Uturuncu, Mt. Hood, Aucanquilcha, Csomád) kitöréseit, hasonló összetételű és petrográfiájú magmák táplálják, ami arra utal, hogy a magma genezis hasonló folyamatok révén zajlik, a jellemzően hosszú idejű vulkáni működés során. Kitöréseik jellemzően effuzívak, viszkózus láva folyásokkal vagy lávadóm kitüremkedéssel. Azonban a Csomádon piroklasztit rétegei egyértelműen jelzik, hogy ezt a hosszú idejű effuzív működést erőteljes robbanásos aktivitás válthatja fel, a magma kémiai összetételének változása nélkül.
A kutatás célja, hogy megértsük a kigázosodás hatását a monoton andezit-dácit vulkánok ritkán észlelt robbanásos kitöréseire. A kigázosodás és a kitörési dinamika kapcsolatát korábban még nem vizsgálták a Csomádon, ezért a jelent tanulmány egy teljesen új perspektíváját tárhatja fel a vulkán aktivitásának.
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.
A vulkán kitörések a Föld leglátványosabb folyamatai közé tarozik, azonban számos tragikus példa bizonyította, hogy egyetlen kitörés is képes több ezer embert elpusztítani és egy várost lerombolni. Ezentúl a kitörés távoli hatásai olyan országokra is kihatással lehetnek, amelyek a vulkántól távol helyezkednek el, a technikai kiszolgáltatottság következtében. Erre nyújtott példát az izlandi Eyjafjallajökull vulkán kitörése 2010-ban megbénítva az európai légiközlekedést.
A Mt St. Helens (1980-1986) és az Unzen (1990-1995) kitörései során tett megfigyelések rávilágítottak, hogy a magma transzportja a magmakamrától a felszínig, vagyis a vulkáni kürtőben zajló folyamtok, különösen fontosak a bekövetkező kitörések szempontjából. A feláramlás során bekövetkező nyomás csökkenés hatására zajló illó vesztés és kristályosodás következtében a magma fizikai állapota nagymértékben megváltozik, ami jelentős hatással van a magma feláramlásra és a kitörés stílusára. Ezek megfigyelések kezdték inspirálni a kürtőbeli folyamtok tanulmányozását, számos új irányt kutatási irányt nyitva a vulkanológiában. A kürtőbeli folyamatokat nyitott könyvként őrzik a megdermedt magma darabkái (a vulkáni kőzetek), amelyet a kőzettani vulkanológusok hasonló nyomozó munkával derítenek fel, mint a bűneseteket a detektívek.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The Ciomadul volcano produced the youngest eruptions in the Carpathian-Pannonian Basin ~30 kyrs ago. Geophysical anomalies and chemistry of emitted gases of the area suggest a still partially molten magmatic body beneath it, with a possible rejuvenation of the volcanic activity. The eruptive style has changed with time and the last eruptive period was dominated by explosive eruptions compared to the older effusive activity. This pattern of the volcanic activity at Ciomadul suggest that future activity may be continue in a similar explosive fashion. The volcano produced explosive eruptions in various style, sub-plinian-plinian eruptions and violent vulcanian explosions also occurred. Some well-preserved fall out deposits of single eruptions indicate that the eruption dynamics of the volcano can also change markedly during a single eruption. Thus the effect of degassing on eruption style or on the evolution of a single eruption can be excellently studied at the Ciomadul volcano using volcano petrology. Volcano petrology of conduit processes is a relatively recent field of volcanology and experience a continuous, strong development. The development is enhanced by introduction of modern 2D, 3D imaging techniques and associated image analyses into geosciences revolutionizing the analyses of volcanic rock textures. The textural study is often integrated with the application of methods (determining density, porosity, permeability) from the oil industry and analyses of the chemistry and volatile content of the magma. All of these studies are strongly enhance the understanding and modelling the efficiency of gas loss from volcanic conduits and its influence on eruption dynamics.
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.
Understanding the control on eruption dynamics of volcanoes is a core question in volcanology.
The dynamics of volcanic eruptions and crustal magma evolution is largely affected by the degassing of magma, one of the most fundamental process of volcanism. Once a magma batch is mobilized from the upper part of the magma storage and ascend towards the surface the consequent decompression will cause some volatile phases to exsolve and some solid phase to precipitate, because volatile solubility is primarily controlled by the pressure and crystallization is strongly enhanced by volatile loss from the magma due to the undercooling. Gas exsolution, gas separation and related crystallization can have profound effects on the physical properties of magmas. Viscosity and denstity are greatly affected by loss of H2O (the main volcanic gas), showing strong increase during degassing. These physical properties have a first-order control on the flow along volcanic conduits and therefore have a large influence on the eruption dynamics and on the geophysical manifestation of volcanism. Thus it is crucial to understand degassing for monitoring and forecasting eruptions.
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.
Volcanoes and their eruptions are a fascinating manifestation of a dynamic Earth. However, they can seriously threat the society due to both expanding populations and increasing reliance on infrastructure. Almost 600 million people live close enough to an active volcano to be affected by eruptions. The dynamics of volcanic eruptions determines the hazard of the activity. Explosive eruptions have a major hazard to the society in proximal and distal areas too, as it was illustrated by the 2010 eruption of Eyjafjallajökull volcano in Iceland, the 2011 eruption of Puyehue Cordon-Caulle volcano in Chile, the 1991 eruption of Pinatubo Philippines etc. Large eruptions with steady and sustained eruption plumes may impact wide areas through pyroclastic fallout, disrupt air traffic or perturb climatic cycles. But they can also produce deadly pyroclastic flows that threat seriously the nearby society in case of column collapse. Thus it is essential to understand the processes that govern explosive eruptive activity to reduce human vulnerability to volcanic eruptions. The eruption style and the associated hazard can change in a short timescale, during a single eruptive event (in a few hour) or at a longer time scale when the eruption style change from one eruptive event to another.
Compositionally monotonous andesite-dacite volcanoes (e.g. Uturuncu, Mt. Hood, Aucanquilcha, Ciomadul) are supplied by magmas with fairly similar petrography and chemistry suggesting similar conditions and processes of magma genesis at each volcano. They are also characterised by long term volcanism. Their activity is usually effusive with viscous lava flow or lava dome extrusion, but pyroclastic sequences of the Ciomadul volcano indicate that the long term effusive activity can turn into violent explosive eruption without the change of magma chemistry. The aim of the study is to understand the control of degassing on the rarely observed explosive eruptions of compositionally monotonous andesite-dacite volcanoes. The degassing processes and its role on eruptive behaviour of the Ciomadul volcano will be analysed for the first time. Thus the present study will provide a fairly new perspective about the activity of this volcano.
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.
Volcanic eruptions are spectacular processes, but several example exist when a single eruption killed several thousands of people, and wiped city off the map. On the other hand the far off effect of volcanic eruptions can threat several countries away from the volcano due to the increasing reliance on infrastructure as demonstrated by the disruption of air traffic caused by the the 2010 eruption of Eyjafjallajökull volcano in Iceland. Thus understanding volcanic activity is strongly required to lower human exposure to volcanic hazard.
The importance of magma transport from the storage to the surface (the role of volcanic conduits) was realised after detailed observations of eruptions of Mt. St. Helens (1980-1986) and Unzen (1990-1995) coupled with recognition of the extent to which the physical properties of magma could change during ascent due to decompression-driven crystallization and volatile loss. The rheological changes associated with degassing processes set up complex feedbacks between conditions of magma ascent and resulting styles of eruptive behaviour. These early observations inspired the study of conduit processes opening several new research topics in volcanology. These conduit processes are preserved by the frozen magma (the volcanic rocks) as an open book and volcano petrologists can recover these conduit processes of volcanic eruptions similarly as detectives solve the crime.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Kata Molnár,Réka Lukács,István Dunkl,Axel K. Schmitte,Balázs Kiss,Ioan Seghedi,János Szepesi,Szabolcs Harangi: Episodes of dormancy and eruption of the Late Pleistocene Ciomadul volcanic complex (Eastern Carpathians,Romania) constrained by zircon geochronology, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2019 | | Szabolcs Harangi, Kata Molnár, Axel K. Schmitt, István Dunkl, Ioan Seghedi, Ágnes Novothny, Mihály Molnár,Balázs Kiss, Theodoros Ntaflos, Paul R. D. Mason, Réka Lukács: Fingerprinting the Late Pleistocene tephras of Ciomadul volcano, eastern-central Europe, Journal of Quaternary Science, 2020 | | Kiss Balázs, Karátson Dávid, Aradi László, Szepesi János, Biro Tamás, Sági Tamás, Szilagyi Verinoka, Kis Zoltán, Béla Rebeka: The explosiveness of the dacitic Ciomadul lava dome complex, VMSG The Volcanic and Magmatic Studies Group Annual Meeting (2020) Abstract book, 2020 | | Kiss Balázs, Karátson Dávid, Aradi László, Szepesi János, Biro Tamás, Sági Tamás, Szilagyi Verinoka, Kis Zoltán: Conduit processes of the Sf. Ana (TGS) sub-Plinian-Vulcanian eruption sequence of the Ciomadul volcano (SE Carpathians), EGU General Assembly Conference Abstracts (2021): EGU21-14665, 2021 | | Szabolcs Harangi, Kata Molnár, Balázs Kiss, Réka Lukács, István Dunkl, Axel K. Schmitt, Ioan Seghedi, Ágnes Novothny, Mihály Molnár,Oross Rebeka, Theodoros Ntaflos, Paul R. D. Mason: Eruption ages and geochemical fingerprints of the distal tephras from the Late Pleistocene Ciomadul volcano, East Carpathians, INTAV International Field Conference on Tephrochronology Book of Abstracts pp. 53-54., 2018 | | Kata Molnár, Szabolcs Harangi , Réka Lukács,István Dunkl,Axel K. Schmitt,Balázs Kiss,Tamás Garamhegyi ,Ioan Seghedi: The onset of the volcanism in the Ciomadul Volcanic Dome Complex (Eastern Carpathians): Eruption chronology and magma type variation, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2018 | | Szabolcs Harangi, Balázs Kiss , Kata Molnár,Boglárka Mercédesz Kis, Réka Lukács, Ioan Seghedi, Attila Novák, István Dunkl, Axel K. Schmitt, Bachmann Olivier, Kata Mészáros, Artur Ionescu, Anna Paula Vinkler, Jankovics M. Éva, János Szepesi, Ildikó Soós, Marcel Guillong, Mickael Laumonier , Mihály Molnár, László Placsu ,Ágnes Novothny,Elemér Pál-Molnár, László Szarka: Egy hosszan szunnyadó dácit vulkán anatómiája: a Csomád kutatásának legújabb eredményei, 8. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés In : Dégi J., Király E., Kónya P., Kovács I. J., Pál-Molnár E., Thamóné Bozsó E., Török K., Udvardi B. (szerk): Ahol az elemek találkoznak: víz, föld és tűz határán: 8. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés., 2017 | | Balázs Kiss, Christoph Hauzenberger , Szabolcs Harangi, Theodoros Ntaflos: DioRiolit: a csomádi dácit petrogenezise, 8. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés In : Dégi J., Király E., Kónya P., Kovács I. J., Pál-Molnár E., Thamóné Bozsó E., Török K., Udvardi B. (szerk): Ahol az elemek találkoznak: víz, föld és tűz határán: 8. Kőzettani és Geokémiai Vándorgyűlés., 2017 | | Balázs Kiss,Szabolcs Harangi, Theodoros Ntaflos, Paul R. D. Mason: Petrological mapping of Volcanic Plumbing Systems using amphiboles in mixed intermediate magmas: a case study from the Ciomadul Volcano (E-Carpathians) , IAVCEI 2017 Abstract book, 2017 | | Szabolcs Harangi,Réka Lukács,Balázs Kiss, Axel K. Schmitt, Bachmann Olivier,Kata Mészáros,Ioan Seghedi,Christoph Hauzenberger , Paul R. D. Mason: Petrologic contraints for a warm magma storage prior to the latest eruption of the Ciomadul volcano, eastern-central Europ, IAVCEI 2017 Abstract book, 2017 | | Szabolcs Harangi,Réka Lukács,Balázs Kiss, Ioan Seghedi, Attila Novák, Kata Molnár, Boglárka kis, Axel K. Schmitt, Bachmann Olivier,Mickael Laumonier, Theodoros Ntaflos: Anatomy of the long-dormant late Pleistocene dacitic Ciomadul volcano, eastern-central Europe, The Royal Society workshop Abstract book in: Edmonds, M., Cashman, K., Holness, M., Jackson, M. (eds): Magma reservoir architecture and dynamics. , 2017 | | Bianca Németh,Balázs Kiss,Szabolcs Harangi,Réka Lukács: Preliminary silicate melt inclusion study in phenocrysts from the Csomád (Ciomadul) volcano (Eastern Carpathians) , ECROFI 2017 European Current Research On Fluid Inclusions, Biennial Meeting Fluid & Melt Inclusions Abstract book, 2017 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
