Het is niet elke dag dat we iets leren dat de manier waarop we onze wereld begrijpen fundamenteel verandert. Maar voor UC Santa Barbara Earth-wetenschapper Matthew Jackson en de duizenden vulkanologen over de hele wereld heeft zo'n onthulling plaatsgevonden.

Tijdens het bemonsteren van magma van de Fagradalsfjall-vulkaan in IJsland, ontdekten Jackson en zijn medewerkers een proces dat veel dynamischer is dan iemand had aangenomen in de twee eeuwen die wetenschappers vulkanen hebben bestudeerd.

"Net als ik denk dat we er bijna achter zijn gekomen hoe deze vulkanen werken, krijgen we een grote verrassing", zei hij.

De bevindingen van de geologen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature .

10.000 jaar in een maand

Er was een sabbatical, een pandemie en 780 jaar smeltend onderaards gesteente voor nodig om Jackson op de juiste plaats en tijd te brengen om getuige te zijn van de geboorte van Fagradalsfjall, een spleet in de laaglanden van Zuidwest-IJsland die in maart 2021 uit elkaar spatte en explodeerde met magma. tijd, zei hij, was iedereen op het schiereiland van Reykjanes klaar voor een soort uitbarsting.

"De aardbevingszwerm was intens", zei hij over de ongeveer 50.000 aardbevingen - van een kracht van 4 en meer - die de aarde wekenlang deden schudden en het grootste deel van de IJslandse bevolking op scherp hielden.

Maar het slaaptekort was het waard, en humeurigheid veranderde in fascinatie toen lava opborrelde en spatte uit het gat in de grond van de relatief lege Geldingadalur-regio. Zowel wetenschappers als bezoekers stroomden naar het gebied om het nieuwste deel van de aardkorstvorm te zien. Ze waren in staat om dichtbij genoeg te komen om de lava vanaf het begin ononderbroken te bemonsteren, dankzij de wind die de schadelijke gassen wegblies en de langzame stroom van de lava.

Wat de geologen, onder leiding van Sæmundur Halldórsson van de Universiteit van IJsland, probeerden uit te vinden was "hoe diep in de mantel het magma is ontstaan, hoe ver onder het oppervlak het was opgeslagen vóór de uitbarsting en wat er in het reservoir gebeurde zowel vóór en tijdens de uitbarsting." Vragen als deze, hoewel fundamenteel, zijn in feite enkele van de grootste uitdagingen voor degenen die vulkanen bestuderen, vanwege de onvoorspelbaarheid van de uitbarstingen, het gevaar en de extreme omstandigheden, en de afgelegen en ontoegankelijkheid van veel actieve sites.

"De veronderstelling was dat een magmakamer na verloop van tijd langzaam vol raakt en het magma goed gemengd wordt", legt Jackson uit. "En dan loopt het weg in de loop van de uitbarsting." Als resultaat van dit goed gedefinieerde proces in twee stappen, voegde hij eraan toe, verwachten degenen die vulkaanuitbarstingen bestuderen geen significante veranderingen in de chemische samenstelling van het magma wanneer het uit de aarde stroomt.

"Dit is wat we zien op de berg Kīlauea, op Hawaï," zei hij. "Je zult uitbarstingen hebben die jaren aanhouden, en in de loop van de tijd zullen er kleine veranderingen zijn.

"Maar in IJsland was er meer dan een factor 1.000 hogere veranderingspercentages voor belangrijke chemische indicatoren," vervolgde Jackson. "In een maand tijd vertoonde de uitbarsting van Fagradalsfjall meer variabiliteit in samenstelling dan de uitbarstingen van Kīlauea in decennia lieten zien. Het totale scala aan chemische samenstellingen die in de loop van de eerste maand bij deze uitbarsting werden bemonsterd, omvatte het hele bereik dat ooit is uitgebarsten in het zuidwesten van IJsland in de afgelopen 10.000 jaar."

Volgens de wetenschappers is deze variabiliteit het resultaat van opeenvolgende batches magma die van dieper in de mantel de kamer instromen.

'Stel je een lavalamp voor in je hoofd,' zei Jackson. "Je hebt een hete gloeilamp aan de onderkant, die verwarmt een klodder en de klodder stijgt, koelt af en zakt dan. We kunnen denken aan de aardmantel - van de bovenkant van de kern tot onder de tektonische platen - die ongeveer als een lava werkt lamp." Terwijl de hitte ervoor zorgt dat delen van de mantel opstijgen en pluimen zich vormen en drijvend omhoog bewegen naar het oppervlak, legde hij uit, hoopt gesmolten gesteente uit deze pluimen zich op in kamers en kristalliseert, gassen ontsnappen door de korst en de druk neemt toe totdat het magma een manier vindt om te ontsnappen.

Tijdens de eerste paar weken, zoals beschreven in de krant, was het verwachte "uitgeputte" magmatype dat zich had opgehoopt in het reservoir, ongeveer 16 km onder het oppervlak gelegen. Maar tegen april bleek uit bewijs dat de kamer werd opgeladen door diepere, "verrijkte" smeltingen van het type met een andere samenstelling die afkomstig waren uit een ander gebied van de opwellende mantelpluim onder IJsland. Dit nieuwe magma had een minder gewijzigde chemische samenstelling, met een hoger magnesiumgehalte en een hoger aandeel kooldioxidegas, wat aangeeft dat er minder gassen uit dit diepere magma waren ontsnapt. In mei was het magma dat de stroom domineerde het diepere, verrijkte type. Deze snelle, extreme veranderingen in de samenstelling van magma op een door pluimen gevoede hotspot, zeggen ze, "zijn nog nooit eerder in bijna realtime waargenomen."

Deze veranderingen in samenstelling zijn misschien niet zo zeldzaam, zei Jackson; het is alleen dat kansen om uitbarstingen in zo'n vroeg stadium te proeven niet gebruikelijk zijn. Bijvoorbeeld, voorafgaand aan de uitbarsting van Fagradalsfjall in 2021, vonden de meest recente uitbarstingen op het IJslandse schiereiland Reykjanes acht eeuwen geleden plaats. Hij vermoedt dat deze nieuwe activiteit het begin is van een nieuwe, mogelijk eeuwenlange vulkanische cyclus in het zuidwesten van IJsland.

"We hebben vaak geen gegevens over de eerste stadia van de meeste uitbarstingen, omdat deze worden begraven door lavastromen uit de latere stadia", zei hij. Dankzij dit project konden ze volgens de onderzoekers voor het eerst een fenomeen zien waarvan men dacht dat het mogelijk was, maar dat nog nooit rechtstreeks was waargenomen.

Voor de wetenschappers vormt dit resultaat een "belangrijke beperking" in hoe modellen van vulkanen over de hele wereld zullen worden gebouwd, hoewel het nog niet duidelijk is hoe representatief dit fenomeen is voor andere vulkanen, of welke rol het speelt bij het veroorzaken van een uitbarsting. Voor Jackson is het een herinnering dat de aarde nog steeds geheimen te bieden heeft.

"Dus als ik naar buiten ga om een ​​oude lavastroom te proeven, of als ik in de toekomst kranten lees of schrijf," zei hij, "zal ik altijd in mijn gedachten blijven:dit is misschien niet het volledige verhaal van de uitbarsting." + Verder verkennen

De vulkaanuitbarsting van IJsland opent een zeldzaam venster naar de aarde onder onze voeten