The Breiðdalur volcanic system, eastern Iceland, comprises of a ~600 km3 central volcano, a 30 - 40 km long dyke swarm and plateau basalts erupted from this dyke swarm. The entire volcanic system was active from 10.1 to 7.8 Ma, the central volcano was only active from 10.1 to 9.1 Ma and the formation of the dyke swarm appears to be initiated at 9.9 Ma and continued for a further 1.3 Ma. The central volcano is predominantly basaltic (80-85 %) and basaltic lava formed the broad flanks of the volcano between 10.1 Ma and about 9.5/9.6 Ma. More evolved lavas of basaltic icelandite to icelandite composition also erupted onto the flanks during this time, a 400 m thick sequence of icelandites formed on the south east flank of Breiðdalur from 9.9 to around 9.7 Ma. These early-formed intermediate lavas appear to have formed through fractional crystallisation of basaltic magma, resulting the formation of a crustal magma storage zone/chamber below the volcano.
At around 9.6 to 9.5 Ma silicic magmatism began at Breiðdalur volcano, one of the earliest silicic events was a caldera forming event. This created the depression of Breiðdalur caldera, which was infilled by silicic pumice agglomerate, and further deformed by subsequent eruptions. This early silicic magma was most likely formed via partial melting of hydrated basaltic crust and drove the explosive volcanism. The Breiðdalur caldera was 8 to 10 km wide and around 500 m deep, it is infilled with the products of silicic explosive eruptions, silicic effusive eruptions and mafic to intermediate late-stage intrusions. The unconsolidated deposits of the caldera infill were, at the time, extensively reworked by water and it featured caldera lakes, as evident from sequences of lake sediments containing some trace fossils. The caldera in-fill sequence is overlain by the Summit Group, a sequence of horizontal to sub-horizontal lavas, ignimbrite, tuffs and sediments that was erupted at around 9.3 Ma. At this time silicic lavas were erupted on the flanks of the volcano, most prominently the South East Rhyolites group in the south-east and the Fossárdalur composite lava in the south. Silicic magmatism ceases around 9.1 Ma.
The dyke swarm began to form two hundred thousand years after the initiation of the central volcano and was active from at about 9.8 Ma to 7.8 Ma. The dykes are basaltic in composition and their emplacement is undoubtedly in parts linked to the plateau basalts that envelope and overlie the central volcano. The central volcano was buried by plateau basalts in a few hundred thousand years and all activity ceases in the Breiðdalur area at 7.8 Ma.
The now extinct volcanic systems of Þingmúli, Breiðdalur and Álftafjörður were all active at a similar time, or in the period 11 Ma to 8 Ma and featured overlapping volcanism. Reyðarfjörður and Streitishvarf volcanic systems are older, or around 12 to 11 Ma. All systems are tholeiitic tholeiitic and produced magmas that feature slight enrichment in incompatible trace elements compared to Mid Ocean Ridge Basalt (MORB) magmas. Isotopic analysis was undertaken on a suite of samples from these volcanic systems and the results indicate that Breiðdalur, Þingmúli and Streitishvarf are isotopically indistinct and share similar deep magma sources, although the last-mentioned system is slightly older. The magmas of the Reyðarfjörður system, the northernmost one in this study, originated from more depleted source compared to the above-mentioned systems. On the other hand, the southernmost one, Álftafjörður, had a more enriched source. These characteristics appear to indicate a spatial variation in isotopic geochemistry, similar to that observed in the currently active volcanic zones, rather than a temporal variation. We also present an updated geochronological map of the east fjords and maps of the geochemical variation in East fjord lavas.
Eldstöðvakerfið sem er kennt við Breiðdal á Austurlandi samanstendur af 600 km3 megineldstöð, með rúmmál metið upp á, og 30-40 km löngum gangasveim sem framleiddi ofan og umliggjandi flæðibasalthraun. Eldstöðvakerfið var virkt á tímabilinu frá 10,1 til 7,8 milljónum
ára (Ma), megineldstöðin frá 10,1 til 9,1 Ma. Gangasveimurinn byrjaði að myndast fyrir 9.9
Ma og var virkur næstu 2,3 milljónir ár. Megineldstöðin er að mestu gerð úr basalthraunum
frá gosum á tímabilinu 10.1 Ma til 9,5/9,6 Ma og hlóðu upp ytri hlíðar fjallsins. Þróaðri
hraun úr basaltísku íslandíti og íslandíti mynduðust einnig á þessum tíma og þá einkum á
tímabilinu 9,9-9,7 Ma þegar 400 m þykk syrpa af íslandíthraunum staflaðist upp í suðausturhlíðum fjallsins. Þessar ísúru kvikur mynduðust sennilega við hlutkristöllun á kvikunni
sem lagði til basísku hraunin í árdaga eldstöðvarinnar og benda til þess að einhvers konar
kvikugeymsla (kvikuhólf?) hafi þá þegar myndast undir megineldstöðinni.
Rýólít eldvirkni byrjaði í Breiðdalsmegineldstöðinni fyrir um 9,6-9,5 Ma sem leiddi af sér
myndun öskju í toppi fjallsins. Askjan, sem er að stórum hluta fyllt af vikurbrexíu, hélt áfram
að þróast í þeim eldgosum sem fylgdu í kjölfarið. Rýólít kvikur Breiðdalseldstöðvarinnar virðast hafa myndast við hlutbráðnun á vatnaðri basaltskorpu og dreif áfram sprengigosavirknina í eldstöðinni. Askjan í Breiðdalseldstöðinni var 8- 10 km í þvermál og allt að
500 m djúp, og er fyllt af gosmyndunum súrra sprengigosa og hraungosa ásamt seint tilkomnum basískum og ísúrum innskotum. Gjóskumyndanirnar í öskjufyllunni urðu á þessum
tíma fyrir verulegu rofi og endurflutningi, sennilega að mestu vegna úrkomu. Um tíma voru
lítil „öskjuvötn“ inni í öskjunni og setið í öðru þeirra hefur varðveitt steinrunnin för eftir vatnalífverur. Ofan á gosmyndanir öskunnar leggst „Toppmyndunin“ (e. Summit Group), sem
er syrpa af lárétt liggjandi stafla sem er byggður upp af hraunum, gjóskuhlaupaseti, og gjósku
sem mynduðust í eldgosum í kringum 9,3 Ma og inniheldur í minna mæli setlagamyndanir.
Á svipuðum tíma mynduðust rýólíthraun í hraungosum á ytri hlíðum eldstöðvarinnar og
þar eru mest áberandi Suðaustur Rýólít Hraunasyrpan (e. South East Rhyolite Group) sem
krýnir fjallagarðinn sem skilur að Berufjörð og Breiðdal og síðan samsetta hraunið (e. composite lava) neðarlega í suðurhlíðum eldstöðvarinnar og rekja má með Fossárfjalli og yfir í
Fossárdal. Þessi rýólít eldvirkni var öll um 9.1 Ma.
Gangasveimurinn byrjaði að myndast tvö hundruð þúsund árum seinna en megineldstöðin
og var virkur frá 9.8 Ma til 7,8 Ma. Berggangarnir eru að mestu basískir og eflaust tengist myndun sumra þeirra myndun flæðibasalthraunanna sem umlykja og leggjast ofan á
Breiðdalseldstöðina. Eldstöðin grófst í hraun á nokkrum hundrað þúsund árum og virkni
lognaðist út af í Breiðdal fyrir um 7,8 Ma.
Kulnuðu eldstöðvarkerfin Þingmúli, Breiðdalur og Álftafjörður voru öll virk á svipuðum
tíma, eða á tímabilinu 11 Ma til 8 Ma og með til hlýðandi skörun í eldvirkninni. Kerfin
sem eru kennd við Reyðarfjörð og Streitishvarf eru eldri, eða um 12-11 Ma. Öll kerfin
eru þóleiítísk og framleiddu kvikur sem eru heldur auðugri af utangarðsefnum en dæmigerðar úthafshryggja kvikur (þ.e. MORB). Samsætugreiningar á sýnum sem var safnað
innan þessara kerfa sýna að Breiðdals-, Þingmúla- og Streitishvarfskerfin eru óaðgreinanleg, sem bendir til þess að basaltkvikur þessara kerfa eiga rætur sínar að rekja til upptaka
með sömu samsetningu og það þrátt fyrir aldursmuninn á síðastnefnda og hinum tveimur
fyrrnefndu kerfum. Basaltkvikur Reyðarfjarðarkerfisins, sem liggur nyrst af þessum kerfum,
virðast konar frá upptökum sem eru heldur snauðari í utangarðsefnum, á meðan basaltkvikur syðsta kerfisins, sem er kennt við Álftafjörður, er heldur auðugari í utangarðsefnum. Þessar
niðurstöður benda til þess að það er staðbundin munur á samsætusamsetningu upptakasvæða
kvikunnar sem komu upp í þessum eldstöðvarkerfum á sínum tíma, ekki ósvipað þeim mun
sem er til staðar í dag innan virkra gosbelta á Íslandi. Einnig fylgir með uppfært jafnaldurkort af Austfjarðarstaflanum og kort sem sýna svæðisbundnar breytingar í efnasamsetningu hraunlagastaflans.
