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Dynamics of magma reservoirs in the earth’s crust; focusing on the role of volatile elements

Applicant Bachmann Olivier
Number 178928
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Geochemie und Petrologie ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Geochemistry
Start/End 01.04.2018 - 31.03.2022
Approved amount 956'212.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Geochemistry
Other disciplines of Earth Sciences

Keywords (4)

Silicic magma; Volcanic hazards; Magmatic fluids; Caldera

Lay Summary (French)

Lead
Les grandes éruptions volcaniques sont les seules catastrophes naturelles à avoir un impact global sur notre planète. Cependant, les magmas à l’origine de ces éruptions géantes relâchent également beaucoup d’éléments importants pour notre atmosphère et pour nos ressources minières, ayant de ce fait aussi des conséquences bénéfiques. Il est donc fondamental de mieux comprendre ce qui se passent dans les réservoirs magmatiques, qui déterminent non seulement la taille et le style des éruptions futures sur un site donné, mais également le type et la quantité d’éléments appelés « volatiles », qui se concentrent dans les gaz (et donc l’atmosphère) et qui transportent les métaux dont notre société est si friande.
Lay summary

Notre principal objectif est de contribuer à une meilleure compréhension de la dynamique des grandes chambres magmatiques dans la partie supérieure de l’écorce terrestre. Plus précisément, nous souhaitons mieux contraindre comment les éléments volatiles contrôlent (1) les processus éruptifs (et en particulier la transition entre éruptions explosives et effusives), et (2) le transport de métaux vers la surface, et leurs dépôts en forte concentration dans certaines zones superficielles au-dessus des chambres magmatiques. Nous sommes également intéressés à (1) mesurer ces éléments volatiles à l’aplomb des volcans, afin de mieux contraindre l’état des chambres magmatiques, et (2) de modéliser l’échappement de ces gaz de la chambre en utilisant des outils numériques développés récemment dans notre groupe. Le lieu de prédilection pour ces études sera la Grèce, dans l’arc magmatique actif Égéen, mais nous aurons également des projets parallèles en Argentine. 

Notre travail générera des informations inédites et essentielles sur l’état passé et présent des réservoirs magmatiques dans l’arc Égéen et dans les Andes, permettant de mieux contraindre leurs potentiels éruptifs et leurs capacités à former des ressources minières.

Direct link to Lay Summary Last update: 03.04.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
155923 Taking apart a ‘super’ eruption: the Kneeling Nun Tuff, New Mexico 01.11.2014 Project funding (Div. I-III)
173428 A subduction factory revealed: The Famatinian arc section, Argentina 01.11.2017 Bilateral programmes

Abstract

Magma reservoirs control igneous differentiation (including the liberation of fluids leading to ore deposits), the fluxes of heat and mass between mantle, crust and atmosphere (affecting the atmospheric chemistry and climate conditions), the eruptive volumes potentially remobilized during volcanic eruptions and the way these volumes are erupted at the surface of the earth. Hence, focusing on their physico-chemical evolution is key for a number of important questions in Earth Sciences. In particular, volatile elements (e.g., H2O, CO2, F, CL, S, Li, B, …) strongly impact several fundamental characteristics of magmas (bulk density, bulk compressibility, bulk viscosity, …) but their effects have been challenging to study, intrisically due to their volatile nature. This proposal highlights a plan for further exploring the role of these elements in controlling magma chamber degassing processes, eruptive dynamics, and construction of ore deposits.This proposal seeks funding for 4 different projects linked by a common theme, around a common location (the active Kos-Nisyros-Yali volcanic system, Aegean Arc, Greece); (1) a first PhD student will look at the role of exsolved volatiles in magmas reservoirs as a control on eruptive styles, using both geochemical/petrological methods and numerical modelling of fluid dynamics (in collaboration with Ben Ellis, Chris Huber, and Wim Degruyter), (2) a second PhD student will analyze melt and fluid inclusions in minerals from juvenile, unaltered granitic enclaves and phenocrysts erupted during large explosive eruptions in the Kos-Nisyros-Yali system, in order to better determine the compositions of exsolved fluids in magma reservoirs (in collaboration with Christoph Heinrich and Jim Webster), (3) a third PhD student will analyse gases coming out of the active caldera in Nisyros, in order to link degassing at the surface with chemistry of the gases present in magma reservoirs (in collaboration with Giovanni Chiodini and Silvio Mollo). In addition, 2-year funding for a post-doctoral researcher is requested to perfom numerical modeling of 3-phase flow in high-crystallinity magma reservoirs anc compare results with the textural study of undeformed plutonic lithologies focusing on highlighting possible traces left by exsolved fluids in fossil magma reservoirs (in collaboration with Chris Huber and Jim Webster). All these projects are linked by a common thread, which allow the different persons involved in this initiative to work in a stimulating enviroment, fostering a rewarding multi-disciplinary approach.
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