Net als een tiener die ouder wil worden, vulkanen kunnen liegen over hun leeftijd, of in ieder geval over hun activiteiten. Voor kinderen, het kunnen kleine leugentjes om bestwil zijn, maar vulkanen kunnen grote leugens vertellen met grote gevolgen.

Ons onderzoek, vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onthult zo'n vulkanische leugen.

Nauwkeurige datering van prehistorische uitbarstingen is belangrijk omdat het wetenschappers in staat stelt ze te correleren met andere gegevens, zoals grote aardbevingen, Antarctische ijskernen, historische gebeurtenissen zoals mijlpalen in de mediterrane beschaving, en klimatologische gebeurtenissen zoals de Kleine IJstijd. Dit geeft ons een beter begrip van de verbanden tussen vulkanisme en de natuurlijke en culturele omgeving.

Taupo's laatste gewelddadige uitbarsting

Taupomeer, op het Noordereiland van Nieuw-Zeeland, is een wereldwijd belangrijke caldera-supervulkaan. De caldera ontstond na de ineenstorting van het dak van een magmakamer na een enorme uitbarsting van meer dan 20, 000 jaar geleden.

Nu lijkt het erop dat de Taupo-uitbarsting die in het begin van het eerste millennium plaatsvond, ongeveer zijn leeftijd heeft gelogen. Maar zoals veel leugens, het werd uiteindelijk ontdekt, en het onthult spannende processen die we nog niet eerder hadden begrepen.

De uitbarsting van Taupo in het eerste millennium is vele malen gedateerd met radiokoolstof, wat een verrassend grote spreiding van leeftijden tussen 36CE en 538CE oplevert.

Radiokoolstofdatering van uitbarstingen

De radiokoolstofdatering van organisch materiaal is gebaseerd op de concentraties van radioactief koolstof-14 in een monster dat overblijft na de dood van de organismen. In de laatste twee decennia, de methode is sterk verfijnd door deze te combineren met dendrochronologie, de studie van de milieueffecten op de breedte van boomringen door de tijd heen.

Dankzij radiokoolstofdatering van jaarringen hebben wetenschappers een betrouwbaar overzicht kunnen maken van de concentratie van koolstof-14 in de atmosfeer door de tijd heen.

In principe, dit samengestelde record maakt het mogelijk uitbarstingen te dateren door het kronkelige spoor van koolstof-14 in een boom die door een uitbarsting is gedood te matchen met het kronkelende spoor van atmosferisch koolstof-14 uit de referentiecurve ("wiggle-match" dating).

Wetenschappers gebruiken momenteel wiggle-match-datering als de voorkeursmethode voor uitbarstingsdatering, maar de techniek is niet geldig als kooldioxidegas uit de vulkaan de versie van de wiebel van een boom beïnvloedt.

Het effect van vulkanische koolstof op uitbarstingsleeftijden

Onze studie analyseerde de grote reeks radiokoolstofdata voor de uitbarsting van Taupo opnieuw en ontdekte dat de oudste data het dichtst bij de vulkaanopening lagen. De dadels werden steeds jonger naarmate ze verder weg waren.

Dit ongebruikelijke geografische patroon is eerder zeer dicht (d.w.z. minder dan een kilometer) bij vulkanische openingen gedocumenteerd, maar nooit op de schaal van tientallen kilometers. Twee wiebelige wedstrijdleeftijden, uit hetzelfde bos genomen, gelegen op ongeveer 30 km van het calderameer, behoorden tot de oudste data uit de reeks data.

Deze vergrote invloed van de vulkaan kan worden verklaard door de invloed van het grondwater onder het meer en zijn omgeving. De Taupo wiebelboom groeide in een dicht bos in een moerassige vallei waar vulkanische kooldioxide uit de grond sijpelde en in de bomen werd opgenomen.

De verhouding van koolstof-13 tot koolstof-12 (de twee stabiele isotopen van koolstof) in het moderne water van Lake Taupo en de Waikato-rivier vertelt ons dat vulkanisch koolstofdioxide in het grondwater komt vanuit een onderliggend magmalichaam.

Kunnen grote uitbarstingen over tientallen jaren worden voorspeld?

Onze studie toont aan dat een groot en toenemend volume kooldioxidegas met deze stabiele isotopen diep onder de prehistorische Taupo-vulkaan werd uitgestoten. Het werd vervolgens herverdeeld door het enorme grondwatersysteem van de regio, uiteindelijk worden opgenomen in het hout van de gedateerde bomen.

De toename was gedurende meerdere decennia voldoende groot om de verhoudingen van verschillende koolstofisotopen in het boomhout drastisch te veranderen. Het bos werd vervolgens gedood door het laatste deel van de Taupo-uitbarstingsreeks. Maar door de verdunning van atmosferisch koolstof-14 door vulkanisch koolstof leken de radiokoolstofdata voor boommateriaal van de Taupo-uitbarsting ergens tussen de 40 en 300 jaar te oud.

De voorafgaande verandering in koolstofverhoudingen geeft ons een manier om inzicht te krijgen in de voorspelling van toekomstige uitbarstingen, een centraal doel in de vulkanologie. We ontdekten dat de radiokoolstofdateringen en isotoopgegevens die ten grondslag liggen aan de momenteel geaccepteerde "wiggle match" -leeftijd een plateau bereikten (dat wil zeggen, stopte normaal met evolueren). Dit betekende dat gedurende enkele decennia voor de uitbarsting, de buitenste jaarringen van bomen hadden 'rare' koolstofverhoudingen, voorspellen van de naderende uitbarsting.

We hebben gegevens van andere grote uitbarstingen opnieuw geanalyseerd, onder meer bij Rabaul in Papoea-Nieuw-Guinea en Baitoushan aan de Noord-Koreaanse grens met China en vond vergelijkbare patronen. De afwijkende chemie bootst maar overtreft het Suess-effect, die de koolstofisotopische evolutie van postindustrieel hout omkeerde. Dit houdt in dat metingen van koolstofisotopen in 200-300 jaarringen veranderingen kunnen volgen in de koolstofbron die wordt gebruikt door bomen die in de buurt van een vulkaan groeien, het verstrekken van een potentiële methode voor het voorspellen van toekomstige grote uitbarstingen.

We verwachten dat dit een belangrijke focus zal zijn voor toekomstig onderzoek naar supervulkanen over de hele wereld.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.