Wetenschap
Waarom een grote vulkaanuitbarsting op de populaire reisbestemming Santorini 3200 jaar geleden, maar slechts een paar honderd kilometer verderop, geen drama bij de vulkanen op Aegina, Methana en Poros eilanden? Dunne delen van de lava's van deze vier vulkanen leveren enkele van de redenen op waarom. Sommige mineralen vormen zich alleen op grotere diepten - en de hoornblende in de lava van het eiland Aegina geeft aan dat de magmakamers daar dieper zijn dan die onder de caldera van Santorini. Maar platentektoniek voegt er nog een toe, verborgen reden ook, gevonden onderzoek van de Universiteit van Johannesburg. Krediet:prof. Marlina A. Elburg, Universiteit van Johannesburg
Op een idyllisch eiland in de Middellandse Zee, oceaan bedekt de plaats van een enorme vulkanische explosie van 3200 jaar geleden. Een paar honderd kilometer naar het noordwesten, drie andere eilanden hebben nog steeds hun vulkanische geschiedenis van een paar miljoen jaar geleden, grotendeels intact. Geen explosies daar. Dus waarom de verschillen tussen de caldera van Santorini en de Aegina, Methana en Poros lavakoepels? Onderzoekers gebruikten vulkanische "vingerafdrukken" en platentektoniek om erachter te komen waarom.
Het einde van een beschaving
Een grote vulkaan ontplofte ongeveer 3200 jaar geleden, vlak naast waar het eiland Santorini tegenwoordig in Griekenland ligt. Tijdens die uitbarsting, vloeibaar gesmolten gesteente onder de grond (magma) bouwde een enorme druk op, en barstte toen uit in een lava-explosie. De impact was zo intens dat de vulkaan instortte in een enorm bassin dat een caldera wordt genoemd.
Wat een eilandvulkaan was geweest, werd toen overspoeld door de oceaan, een gebeurtenis die gedeeltelijk verantwoordelijk wordt geacht voor de ondergang van de Minoïsche beschaving.
Het eiland Santorini werd een populaire reisbestemming met grote zeeschepen die over de caldera voeren. Het dorp Phira ligt op de klifrand van de overblijfselen van de vulkaan.
Hoe idyllisch het ook lijkt, de vulkaan van Santorini onder de oceaan vormt nog steeds het grootste vulkanische gevaar voor Europa, samen met de vulkaan Vesuvius in Italië.
Tandpasta in plaats van vuurwerk
Een paar honderd kilometer ten noordwesten van Santorini, in de Saronische Golf van Griekenland, veel dichter bij Athene, een heel ander soort "vulkaan" ziet er veel minder dramatisch uit.
De kleine eilanden van Aegina, Methana en Poros hebben ronde heuvels met wegen die in haarspeldbochten omhoog kronkelen. Deze heuvels hebben ook vulkanische voorouders, maar ze lijken in niets op Santorini.
Hier, vloeibare lava explodeerde niet in een grote uitbarsting.
"Er is geen bewijs dat er ooit grote dramatische gebeurtenissen hebben plaatsgevonden op deze eilanden, " zegt prof. Marlina A. Elburg, een geologie-onderzoeker aan de Universiteit van Johannesburg.
"Dikke blokvormige lava sijpelde 5,3 tot 2,6 miljoen jaar geleden uit magmakamers onder de grond op deze eilanden, tijdens het Plioceen. De lava was zo dik, het leek meer op tandpasta of stopverf dan op vloeistof. Het vormde lavakoepels in plaats van lavavulkanen.
"Na een paar miljoen jaar aan verwering, het zijn goed gecamoufleerde heuvels, maar ze worden nog steeds als vulkanisch actief beschouwd, " ze zegt.
Hoe is het mogelijk dat vulkanen die zo dichtbij zijn in geologische tijd en ruimte zich anders kunnen gedragen? De onderzoekers gebruikten verschillende technieken om erachter te komen.
Vulkanische 'vingerafdrukken' vinden
Elburg en co-auteur Ingrid Smet, een doctoraat kandidaat destijds analyseerde monsters van de lava's in nieuwe analyses van hele rotsen, in onderzoek gepubliceerd in Litho's .
De studie volgde op hun eerdere onderzoek naar de lava bij Methana, ook gepubliceerd in Litho's .
Ze zochten naar de verhoudingen van zeer specifieke elementen in de monsters, isotopensignaturen genoemd. Isotopensignaturen werken vergelijkbaar met 'vingerafdrukken' voor lava's - ze helpen onderzoekers erachter te komen waar de lava's van zijn gemaakt, waar, en wanneer ze zijn gevormd.
"Meestal kwamen de isotopensignaturen overeen met wat je zou verwachten van waar de eilanden zich in de Egeïsche vulkanische boog bevinden, ’ zegt Elburg.
Maar er waren ook verrassingen.
Waarom een grote vulkaanuitbarsting op de populaire reisbestemming Santorini 3200 jaar geleden, maar slechts een paar honderd kilometer verderop, geen drama bij de vulkanen op Aegina, Methana en Poros eilanden? Deze eilanden liggen aan de rand van dezelfde tektonische plaat, dus men zou vergelijkbaar vulkanisch gedrag kunnen verwachten. Maar ze hebben een individuele geschiedenis. Onderzoek van de Universiteit van Johannesburg duikt in de ingrediënten van de lavamix en platentektoniek om de verschillen te achterhalen. Bron:mevrouw Therese van Wyk, Universiteit van Johannesburg
Ondergrondse recyclingmachine
Onder al deze vulkanen bij Aegina, methaan, Poros en Santorini, er is iets anders aan de hand diep in de korst van planeet Aarde. De Egeïsche vulkanische boog loopt ruwweg van oost naar west onder de Middellandse Zee door. Deze boog is waar de Afrikaanse tektonische plaat 'onder' de Egeïsche microplaat 'duikt'.
Het 'duiken onder'-proces wordt door geologen subductie genoemd. Het betekent dat een deel van de koele buitenste korst van de aarde onder een ander deel van de korst begint te bewegen, 'gerecycleerd' worden in het hete vloeibare gesteente van de aardmantel.
De eilanden van Egina, methaan, Poros en Santorini zijn niet alleen eilanden met vulkanen. Ze zijn allemaal een integraal onderdeel van de 'recyclingmachine' van de aarde die de korst onder de oceanen van de planeet blijft vernieuwen.
Dit roept de vraag op:waarom hebben deze eilanden zo'n verschillende 'lavageschiedenissen', ook al bevinden ze zich allemaal aan de rand van de Egeïsche plaat?
Sommige antwoorden hebben te maken met wat er in de lava "mixen" voor de vulkanen gaat.
Variabele recepten voor lavamix
De Afrikaanse plaat 'duikt onder' de Egeïsche plaat in een oceanische trog in de Middellandse Zee. Dit gebeurt heel langzaam met enkele centimeters per jaar. Dat betekent dat het ongerepte koude basalt van de naar beneden gaande korst van de Afrikaanse plaat al miljoenen jaren in oceaanwater heeft gedompeld voordat het het veel warmere magma onder de overheersende Egeïsche plaat binnendringt.
"De korst van de neergaande plaat bestaat nu uit veranderde rotsen, met mineralen met water erin. Deze mineralen worden onstabiel tijdens subductie vanwege de toenemende druk en temperatuur, en hun water vrijgeven, ’ zegt Elburg.
"Dit water verlaagt het smeltpunt van de mantel, vergelijkbaar met wat er gebeurt bij het toevoegen van zout aan ijs. Dat is de reden waarom de mantel onder de over-riding begint te smelten. Het is dit gesmolten materiaal, of magma, die als lava uit vulkanen/lavakoepels stroomt/sijpelt."
Een ander mogelijk ingrediënt van de verschillende lava's zijn sedimenten in de oceanische geul in de subductiezone. Bij de Egeïsche Boog is de neergaande plaat bedekt met een zeer dikke stapel oceaansedimenten. Een deel van het sediment is voormalige continentale korst.
Veel van dit sediment wordt 'afgeschraapt' wanneer de plaat subducteert en een accretionaire (of opgebouwde) wig vormt. Echter, een deel ervan gaat ook naar beneden in de mantel en wordt vermengd met de smeltende mantelwig, ze zegt.
Zelfde bord, verschillende lava's
Sinds Egina, methaan, De vulkanen Poros en Santorini maken allemaal deel uit van dezelfde subductiezone, de verschillende vulkanische activiteit roept verschillende grote vragen op. Een daarvan is:
Waarom de dikke blokvormige lava in de westelijke vulkanische centra Aegina, Methana en Poros 2,5 tot 2 miljoen jaar geleden, maar vloeibare lava op Santorini 3, 200 jaar geleden?
De antwoorden hierop roepen andere vragen op over het recyclinggedrag van de planeet waarop we leven.
Maar subductiezones zijn lastig te bestuderen. Het is niet mogelijk om naar een van deze te gaan en terug te komen met wat voorbeeldmateriaal. Wetenschappers hebben nog steeds meer inzicht nodig in welke rol de overheersende plaat speelt; hoeveel interactie er is tussen opstijgende magma's en de korst waardoor ze opstijgen; en of subductiegerelateerde magma's hun geochemische signatuur verkrijgen van het sediment dat terug in de aarde wordt gerecycled, zegt Elburg.
"De antwoorden op deze vragen kunnen ons helpen begrijpen in hoeverre de smeltprocessen die op meer dan 100 kilometer diep in de mantel begonnen, doorgaan wanneer het magma dichter bij het aardoppervlak is, " ze zegt.
"Dit proces van 'korstvervuiling' is weer een andere 'aarde-recyclingmachine', die ook het potentieel voor ertsafzettingen kunnen beïnvloeden, zoals in de Andes, waar grote koperafzettingen worden gevonden, en waar deze 'intracrustal recycling' een belangrijke rol zou spelen".
Waarom een grote vulkaanuitbarsting op de populaire reisbestemming Santorini 3200 jaar geleden, maar slechts een paar honderd kilometer verderop, geen drama bij de vulkanen op Aegina, Methana en Poros eilanden? Op Santorini, de explosie was zo intens, de vulkaan stortte in tot een caldera en vulde zich met oceaan. Maar de andere eilanden hebben niet zo'n drama gehad. Hoe kunnen vulkanen die zo dichtbij zijn in geologische tijd en ruimte zich zo verschillend gedragen? Onderzoek van de Universiteit van Johannesburg maakt gebruik van lava-vingerafdrukken en meer om erachter te komen waarom. Krediet:prof. Marlina A. Elburg, Universiteit van Johannesburg
Dieper versus ondieper
Een manier om lava te bestuderen is om dunne plakjes (dunne secties genoemd) onder een microscoop te leggen en de mineralen te identificeren. Omdat mineralen verschillende omstandigheden nodig hebben om zich te vormen, hun aanwezigheid kan veel zeggen over waar en hoe magma's werden gemengd.
In deze studie gaven de mineralen aan dat Santorini-lava's meer vloeibaar waren omdat ze zich vormden in ondiepere magmakamers, terwijl de lava's van het westelijke vulkanische centrum dikker en meer blokkerig waren omdat ze zich in diepere magmakamers vormden.
"De dunne delen van de Santorini-lava's vertonen pyroxenen en significante plagioklaas. Dit geeft aan dat het magma waaruit de kristallen werden gevormd zich op ondiepe diepten in de aarde bevond, ’ zegt Elburg.
En er is een onzichtbare reden waarom het magma zich op ondiepere diepten op Santorini bevond.
"De tektonische plaat boven de magmakamers van Santorini wordt uit elkaar getrokken. In geologische termen, het is onder gelokaliseerde extensie. En omdat het bord wordt uitgerekt en Santorini er middenin ligt, Santorini bevindt zich toevallig op het dunste deel van het bord.
"Met een magmakamer op een ondiepere diepte, het dak zal instorten wanneer de kamer zichzelf begint te legen tijdens een uitbarsting. Dit maakt de uitbarsting nog erger en creëert een caldera, zoals op Santorini, " zij voegt toe.
Geen explosies
In tegenstelling tot, toen ze naar de dunne delen van de dikke blokvormige lava uit Aegina en Methana keken, ze vonden hoornblende. Het mineraal was afwezig in de lava van Santorini.
Hoornblende kan zich alleen vormen als het magma diep genoeg in de aarde zit. Dit geeft aan dat de magmakamers op Aegina en Methana dieper moeten liggen dan op Santorini.
"Met de magmakamers op grotere diepte voor de westelijke Aegina-Methana-Poros-vulkanen, dat zorgt voor veranderingen in de lava. Daar stortten de magmakamers onder de lavakoepels niet in. de kristallisatie van de amfiboolmineraalgroep die hoornblende omvat, maakt magma stroperiger, of plakkerig. Het is dus moeilijker voor het magma om in de eerste plaats naar de oppervlakte te komen.
Overrijdende plaat versus sediment
Om erachter te komen of de overheersende plaat of de oceaansedimenten de grotere factor waren bij het creëren van dikke blokvormige lava's, de onderzoekers analyseerden specifieke 'lava-vingerafdrukken'. Deze radiogene isotopenverhoudingen gaven hen de beste indicatie van welke materialen in de ondergrondse magma's voor die lava's waren gemengd.
"We vergeleken Santorini met lava's van Aegina-Poros-Methana in termen van hun geochemie op 87 sr/ 86 sr, 143 nd/ 144 Nd en 208 Pb/ 204 Pb. Ze waren duidelijk anders. Door vervolgens de radiogene isotoopsignatuur van de lava's te combineren met de verhoudingen van sporenelementen, we zijn erin geslaagd om het neergaande sediment aan te wijzen als de grootste invloed op het creëren van dikke blokvormige lava, niet de overheersende plaat.
Geen lavagrootte
"We ontdekten dat Aegina en Methana-Poros hun eigen individuele vulkanische geschiedenis hebben, ook al maken ze deel uit van de Egeïsche boog.
"Dit betekent dat een simpele one-size-fits-all uitleg, gebaseerd op de geschiedenis van korstverontreiniging, for the difference in eruptive style compared to Santorini does not work.
"Modern subduction zones are not all alike. Even in one volcanic arc, more than one eruptive style points to differences in subduction processes, " concludes Elburg.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com