Basalt lava degassing: mechanism and characterisation

Abstract

The volcanic gas composition emitted during basaltic eruptions is relatively well understood, but the emissions from cooling lava fields have been less studied, along with their environmental impacts. The study investigated the gas emission from crystallising lava, as well as the internal structure of lava and associated segregation veins. Gas samples were collected from the eruptive crater, cooling vents, and solidifying lava in Fagradalsfjall. The gas emissions were found rich in sulphur and sulphide-forming elements at the eruptive crater, while post-eruptive gas is richer in halogens, especially chlorine at the crystallising lava and fluorine at the cooling vent. Estimates of emissions from crystallising lava show significant release of metals that form chlorides. The relationship between emission and fractional crystallisation, along with segregation melt formation during lava solidification, was examined. The first minerals to from are anhydrous, forming a fully crystallised framework after 40-50% crystallisation. In the residual melt, volatile elements saturate and form a volume-rich gas phase. The gas presses the melt through the crystal framework, forming segregation veins. Chemical analyses of these veins reveal whether the gas phase escaped into the atmosphere or solidified with the melt. The similar compositions of segregation veins and gas from solidifying lava indicate a relationship between the internal lava evolution and lava degassing. Overall, the results show that gas emissions from lava are distinct from emissions at the vent but correlate well with the fractional emission of basalt melt, both in terms of origin and nature. The environmental impacts of heavy metal gas emissions from basalt lava are a worthy subject for future research.

Samsetning eldfjallagas samfara myndun basalthrauna er tiltölulega vel þekkt, en eiming frá kólnandi hraunbreiðum hefur lítið verið könnuð sem og umhverfisáhrif. Afgösun á málmum og – málmleysingum frá hrauni við storknun var könnuð, sem og innri uppbygging hrauna og aðskilnaðaræða sem myndast við afgösunina. Gasi frá gosopi, kólnandi gígum og storknandi hrauni var safnað austan Fagradalsfjalls. Efnasamsetning gassýna sannreynir að í gosopi ríkja brennisteinn og málmar í súlfíðsamböndum, á meðan hraun gefa frá sér halógenríkt gas og málma í halíðsamböndum en flúorríkt gas kemur úr kólnandi gíg. Mat á losun þungmálma frá kólnandi hrauni sýnir umtalsverða losun málma sem mynda klóríð. Tengsl afgösunar við hlutkristöllun og myndun afleiddrar kviku í basalthraunum við storknun var kannaður. Fyrstu steindir sem kristallast eru vatnssnauðar (ólivín, plagióklas og klínópýroxen) og mynda heilsteypta kristalgrind eftir u.þ.b. 50% kristöllun. Inn á milli kristallana er afgangsbráðin þar sem rokgjörnu efnin sem haldast ekki í lausn mynda rúmmálsfrekan gasfasa. Gasið þrýstir bráðinni gegnum kristalgrindina til holrýma ofar í hrauni (svokallað “gas-filter pressing” ferli) og myndar aðskilnaðaræðar eða holufyllingar (segregation veins/vesicles). Efnagreiningar æðanna leiða í ljós hvort gasfasinn hafi sloppið til andrúmslofts eða þést og storknað með síðust bráð hraunkvikunnar. Líkindi efnasamsetninga aðskilnaðaræða og gass frá storknandi hrauni benda til beinna tengsla á milli innri kvikuþróunnar hrauna og losunar afgangsgass frá basaltkvikunni. Í heild sýna niðurstöður að gaslosun frá hrauni er mjög frábrugðin losun við gosop en fellur vel að hlutafgösun basaltkviku, bæði hvað varðar uppruna og eðli. Umhverfisáhrif af gaslosun þungmálma frá basalthraunum er verðugt rannsóknarefni í framtíðinni.