VOLATILE SYSTEMATICS OF THE ICELAND HOTSPOT -

MANTLE VOLATILE HETEROGENEITY AND TRANSPORT OF VOLATILES FROM MANTLE TO SURFACE

Sæmundur Ari Halldórssonet al.

Overview

Volatile elements and magmatic gases Research questions and aims Mantle plumes, Iceland and helium isotopes Recent studies

Hydrogen Chlorine

On-going projects

Krafla• Tölum um eldfjalla- eða kviku-gas sem eimast hefur úr kviku á

hitabiliun ca. 850-1250°C en nær að lokum jafnvægi við P og T aðstæður á yfirborði jarðar.

• Lofttegundir eimast úr kviku vegna þrýstifalls sem veldur mettun, en einnig vegna kristöllunar sem eykur styrk þeirra í sístækkandi rúmmáli kviku.

• Lofttegundir sem mynda eldfjallagas, eru sumar hverjar leystar upp í bergkvikunni.

• Eldfjallagas dreifist frá kviku sem það eimast úr, í jarðlög, grunnvatn og andrúmsloftið.

Earth degassing and magmatic volatiles

Atmophile (loftsækin): mynda gös við tiltölulegan lágan T

Aðalefni í gasfasa CO2

H2O SO2 og H2S HCl

Snefilefni í gasfasa N2

He, Ne, Ar… Önnur gös t.d. H2, CH4, O2, F, CO….

Öll eru þau hinsvegar snefilefni í bráðum

Gas-snauð frumjörð

“Tilgátur um uppruna vatns á jörðinni, dreifingu þess og myndunarsögu, eru eitt mikilvægasta vandamál jarðefnafræðinnar”

Á jörðinni hefur vatn safnast saman með nokkrum ferlum. Stærstur hluti vatnsins virðist hafa borist til jarðar frá vatnsríkum-hnöttum eins og loftsteinum og halastjörnum utan úr sólkerfinu.

Lífræn efnasambönd hafi, að mestu leyti, borist til Jarðar með halastjörnum og smástirnum.

Líklega hefur jörðin að einhverju leyti myndast úr efnum sem innihéldu reikul efni en losnuðu síðar út við eldgos?

• Ummerki um Íslenska möttulstrókin er að finna beggja vegna Atlantshafsins, á Bretlandseyjum og á austur- og vesturströnd Grænlands, en jafnframt á austurströnd Baffin-eyju við Davis-sund í norðvesturhluta Kanada.

• Í kristöllum úr bergi þaðan hafa mælst hæstu hlutföll 3He/4He í storkubergi á jörðinni. 

• Uppruni í möttulefni sem hugsanlega má rekja allt aftur til árdaga jarðar, 

Wolfe et al., 1997

• Möttulstrókar eru geysilega umfangsmikil svæði í möttli jarðar.

• Hitauppstreymi frá neðri hluta möttuls og/eða kjarna.

• Úthafseyjar sem einkennast af mikilli eldvirkni, hafa löngum verið taldar tengjast slíkum hitafrávikum í möttli jarðar.

Helíum samsætur Helíum hefur aðeins tvær samsætur:

3He (stöðug, kjarnasamruni í frumheimi) 4He (geislavirkt niðurbrot efna í U + Th röðinni)

Niðurstöður settar fram sem frávik frá lofti (R/ RA) = (3He/4He)Sýni/(3He/4He )Loft

Hin fasta jörð borin saman við andrúmsloft

Efri möttul (DMM) einkennist af afar þrögnu spanni (~8RA) Meglandsskorpan hefur hlutfall lægra en loft Úthafseyjar hafa áberandi há gildi = djúpstæðar helíum uppsprettur sem rekja

allt aftur til árdaga jarðar,  

Kortlagning uppstreymisrása íslenska möttulstróksins með helíum samsætum

Sunna Harðardóttir og fl.

• Svo létt vetni í neðri möttli bendir til þess að vatn hafi hugsanlega verið til staðar við myndun jarðarinnar en ekki aðeins borist til hennar með smástirnum og halastjörnum.

• Örlítil korn, sem innihéldu vatn og voru fyrir hendi þegar reikistjörnur sólkerfisins voru að myndast, drógust inn í jörðina við myndun hennar.

• Nýlegar greiningar á samsætum vetnis í bráðar-innlyksum í allra frumstæðustu kristöllum sem er að finna í bergi frá Baffin eyju og Íslandi vöktu talsverða athygli

• Léttasta vetni sem mælst hefur í möttul-ættuðu efni

• Almennt er afar erfitt að greina samsætur reikulla efna (t.d. H, C, N, and S) í basalti

• Snefilefni og reikul• Eimast flest nokkuð auðveldlega úr kviku við þrýstilétti • Það flækir málið ennfrekar að samsætur geta skilist að við afgösun• Hafa gjarnan fleiri en eitt oxunarstig (S2- og S6+) og mynda

margbreytilega efnisþætti sem eru algengir við yfirborð jarðar • Í raun eru um afar fábreytilegt gagnasafn að ræða þegar úthafseyjar

eru annars vegar

• Túlkun þessara gagna samt ekki auðveld• Hversu góð hylki eru kristal innlyksur í

raun og veru?• Vetni afar létt og sveimar nokkuð

auðveldlega í gegnum kristal

Bólstraberg, gler og reikul efni

Jakobsson and Guðmundsson, 2008

• Bólstraberg gjarnan að finna þar sem nægum vatnsþrýstingi var viðhaldið ofan við gosstöð

• Gos undir nokkuð þykkum jökli

• Hraðkældur gler-rimi umlykur bólstra

• Einstakt efni til að rannsaka reikul efni í kviku

• Vensl klór samsætna, snefilefnahlutfalla og lang-lífra geislavirkra samsætna útiloka grunnstæð kvikuferli

• Klór samsætur stjórnast af misleitni möttuls!• Lang líklegasta uppspretta þessa þunga klórs,

eru sjávarsetlög sem sökkva niður í möttul á flekamótum

• Mengun frá sjávar-ættuðu efni mun minna vandamál en á úthafshryggjakerfinu

• Gerir okkur kleyft að kanna uppruna klórs í íslensku bergi og þar af leiðandi í djúp-möttul ættuðu efni, með klór samsætum

SHB: Endurgert eftir Chris Ballentine

Uppsprettur reikulla efna í íslenska möttulstróknum eru því a.m.k. af tvennum toga:• Frumefni frá árdögum jarðar• Endurunnið efni

Hvað er í gangi í dag, aðferðir, samstarf og framhaldið:Samsætuhlutföll vetnis og brennisteins í íslensku bólstrabergi

NORDSIMSIRMS, UTA

S extraction line, UI

On-going collaboration….. Jarðvísindastofnun (sample prep., MC-ICP-MS, EMPA………)

Sæmundur A. Halldórsson, Andri Stefánsson, Enikö Bali, Barbara Kleine (postdoc), Jóhann Gunnarsson Robin (PhD student) Scripps Institution of Oceanography, UCSD (Eðalgös, kolefni og köfnunarefni)

David R. Hilton University of Texas, Austin (Klór og vetni)

Jaime D. Barnes Massachusetts Institute of Technology (Brennisteinn)

Shuhei Ono Department of Terrestrial Magmatism, Carnegie Institution of Washington (SIMS)

Erik H. Hauri NORDSIM, Swedish Museum of Natural History (SIMS)

Martin J. Whitehouse, University of Manchester (Br, I, Kr, Xe)

Margaret E. Hartley, Greg Holland, Ray Burgess

Takk fyrir

Active degassing at Holuhrauni (MTG)

Hvað er í gangi í dag, aðferðir, samstarf og framhaldið

• Samsætur S, Cl, H, Kr og Xe í bergi en styrkur I og Br • Flókið verkefni…………..• Aðgangur að öflugum samstarfsaðilum lykilatriði• Margt hinsvegar gerlegt hér! Lykilatriði að þekkja sýnin vel!

MAP215, Scripps

MC-ICP-MS, UI S extraction line, UI EMPA, UI Fluorination line, MIT

VG-5400, Scripps NORDSIMS IRMS, MIT