Wetenschappers van Cardiff University hebben de ware omvang onthuld van het interne 'sanitairsysteem' dat vulkanische activiteit over de hele wereld aandrijft.

Een onderzoek van zakken magma in kristallen heeft onthuld dat de grote kamers van gesmolten gesteente die vulkanen voeden, zich kunnen uitstrekken tot meer dan 16 km onder het aardoppervlak.

De nieuwe studie, vandaag gepubliceerd in Natuur , heeft ons begrip van de structuur van oceaanvulkanen uitgedaagd, met eerdere schattingen die suggereerden dat magmakamers zich tot 6 km onder het oppervlak bevonden.

Onderling verbonden magmakamers en reservoirs zijn de belangrijkste drijvende kracht achter de dynamiek van vulkanische systemen over de hele wereld, dus het begrijpen van hun aard is een belangrijke stap om te begrijpen hoe vulkanen worden voorzien van magma, en, uiteindelijk, hoe ze uitbarsten.

Vooral de mid-oceanische ruggen vormen het belangrijkste vulkanische systeem op onze planeet, vormen een ongeveer 80, 000 km lang netwerk van onderzeese bergen waarlangs 75 procent van het aardse vulkanisme voorkomt.

Echter, omdat deze vulkanen zich onder duizenden meters water bevinden, en soms permanent zee-ijs, we beginnen nog maar net te begrijpen hoe de ondergrondse architectuur van deze vulkanen eruit ziet.

Het is bekend dat magma-leidingsystemen onder het aardoppervlak bestaan, die kan worden gezien als een reeks onderling verbonden magmaleidingen en reservoirs, net zoals de leidingen en tanks waaruit de sanitaire systemen in een huis bestaan, in plaats daarvan is de kraan bij mid-oceanische ruggen een vulkaan.

In hun studie hebben het team analyseerde veel voorkomende mineralen zoals olivijn en plagioklaas die diep in de vulkanen groeiden en vervolgens werden uitgebarsten vanaf de Gakkel-rug onder de Noordelijke IJszee tussen Groenland en Siberië.

Deze mineralen fungeren als bandrecorders van waaruit veranderingen in de fysieke en chemische omstandigheden van de omgeving waarin ze groeiden kunnen worden gemeten. Kritisch, het team kon vastleggen welke processen plaatsvonden en op welke diepten deze mineralen begonnen te kristalliseren in magmareservoirs.

Hoofdauteur van de studie, doctoraat studente Emma Bennett, van de School of Earth and Ocean Sciences, zei:"Om de diepten van magmareservoirs te berekenen, gebruikten we smeltinsluitingen, dit zijn kleine zakjes magma die vast komen te zitten in groeiende kristallen op verschillende diepten in het magmatische systeem. Deze smeltzakken bevatten opgeloste CO ₂ en H2O.

"Omdat de smelt niet zoveel CO . kan oplossen ₂ bij ondiepe druk zoals het kan bij hoge druk, we kunnen bepalen welke druk de smeltinsluiting was gevangen, en op zijn beurt de diepte bepalen waarop kristallisatie plaatsvond, door de hoeveelheid CO . te meten ₂ in de smeltinsluitingen.

"Simpel gezegd, kristalgroei in een magmatische omgeving kan worden vergeleken met de jaarringen aan een boom; bijvoorbeeld, een verandering in de chemische omgeving zal resulteren in de groei van een nieuwe laag met een andere kristalsamenstelling.

"Door meerdere smeltinsluitingen te analyseren, kunnen we beginnen met het reconstrueren van de architectuur van het magmatische systeem."

De studie was de eerste die de minerale plagioklaas gebruikte als een proxy voor de diepte van magmareservoirs, met eerdere studies met het mineraal olivijn.

De resultaten toonden aan dat magma-leidingsystemen op mid-oceanische ruggen zich tot veel grotere diepten uitstrekken dan eerder werd gedacht. Oceanische korst is normaal gesproken slechts ongeveer 6 km dik, en conventioneel werd gedacht dat magmakamers zich hier bevonden.

Toch hebben de nieuwe gegevens aangetoond dat het leidingsysteem zich uitstrekt tot ten minste 16 km diepte, wat betekent dat de magmakamers die de Gakkel Ridge-vulkanen voedden zich veel dieper in de mantel bevinden.