Mineral från jordens inre avslöjar jordens farligaste vulkaner

Vad är det som gör Indonesiens vulkaner till några av världens farligaste? Genom kemiska analyser av mineraler i lava från Bali och Java har forskare hitta nya ledtrådar till hur jordens mantel är sammansatt just här – och hur magman förändras före ett utbrott.

– Magma bildas i manteln och tidigare har det inte särskilt väl känt vad manteln under Indonesien består av. Med bättre kunskap kan vi göra pålitligare modeller för hur magman förändras kemiskt när den pressas genom den 20-30 kilometer tjocka jordskorpan inför ett utbrott, säger Frances Deegan forskare vid institutionen för geovetenskaper vid Uppsala universitet.

Orsakade tsunamikatastrofen

Magmas sammansättning varierar mycket mellan olika geologiska miljöer och den har betydelse för vad för sorts utbrott en vulkan får. Indonesiens övärld är skapad av vulkanism som orsakas av att två av jordens kontinentalplattor möts just här. Den indoaustraliska plattan kolliderar med den eurasiska och glider ner under den med en hastighet av ungefär sju centimeter om året. Processen kallas subduktion och kan orsaka mycket kraftiga jordbävningar. Till exempel orsakades tsunamikatastrofen 2004 av rörelser just i den här plattgränsen.

Magma bli lava

Magma är smält berg. Hettan och trycket i jordens inre gör att bergarterna i den lägre delen av jordskorpan eller den övre delen av jordens mantel smälter. Den flytande magman får lägre densitet än det omgivande fasta berget, blir lättare och strävar då efter att röra sig uppåt i jordskorpan. Då magma tränger upp ur jordskorpan genom ett vulkanutbrott eller när en vulkan bildas kallas den lava.

I subduktionszoner uppstår även vulkanism. När den sjunkande plattan kommit tillräckligt djupt ner i manteln hettas den upp och släpper ifrån sig sitt innehåll av vatten vilket gör att berget runtom kring börjar smälta. Det här resulterar i vulkaner som ofta är explosiva och på sikt bygger upp öbågar. Just längs Sundabågen, som utgörs av Indonesiens södra övärld, har flera mycket våldsamma vulkanutbrott skett som Krakatau 1883, Tambora 1815 och Toba som för cirka 72 000 år sedan hade ett superutbrott.

Analys av nyss utspydd lava

Magma reagerar kemiskt med omkringliggande bergarter när den tränger upp genom jordskorpan på väg upp mot ytan och kan därför variera mycket mellan olika vulkaner. För att få ett bättre grepp om ursprunget till vulkanismen i Indonesien ville forskarna ta reda kompositionen i magman precis när den lämnar manteln. Eftersom prov inte kan tas direkt från manteln studerade geologerna mineraler i nyligen utspydd lava från vulkanerna Merapi och Kelut på Java samt Agung och Batur på Bali.

Med hjälp av de kraftiga jonstrålarna från ett SIMS-instrument, en mycket modern form av masspektrometer, undersökte forskarna pyroxen som är ett av de första mineral att bilda kristaller i en magma. Vad de ville ta reda på var förhållandet mellan syreisotoperna 16O och 18O som kan avslöja mycket om magmans källa och utveckling.

Lönsamt studera syreisotoper

– Lava består av ungefär av 50 procent syre och syreistopsammansättningen för jordskorpan och manteln är extremt olika. För att spåra hur mycket material magman tagit upp från jordskorpan, efter att den lämnade manteln, är därför syreisotoper väldigt användbara, säger Frances Deegan.

Forskarna fann att syreisotopsammansättningen i pyroxen från Bali inte förändrats mycket alls under sin färd genom jordskorpan. Den var ganska ursprunglig vilket tyder på att ytterst lite sediment dragits med ner i manteln vid subduktionen. I mineraler från Java noterades ett helt annat mönster.

Vissa vulkaner mer explosiva

– Vi kunde se att Merapi på Java visade upp en väldigt annorlunda isotopsignatur än vulkanerna på Bali. Det beror delvis på att Merapis magma interagerar intensivt med jordskorpan före utbrotten. Det här har stor betydelse för när magma reagerar med till exempel kalksten som finns på centrala Java direkt under vulkanen blir magman sprängfylld av koldioxid och vatten och utbrotten blir mer explosiva. Det kan vara orsaken till att Merapi är så farlig. Den är faktiskt en av de dödligaste vulkaner i Indonesien och har dödat närmare 2 000 människor de senaste 100 åren. Det senaste utbrottet krävde 400 dödsoffer, säger Valentin Troll, professor vid institutionen för geovetenskaper vid Uppsala universitet.

Studien är ett samarbete mellan forskare vid Uppsala universitet, Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm, The University of Cape Town i Sydafrika, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i Tyskland, och Vrije Universiteit Amsterdam i Nederländerna och ger en ökad förståelse för hur vulkanismen i den indonesiska övärlden fungerar.

– Indonesien är tättbefolkat och allt som förbättrar vår förståelse för hur de här vulkanerna fungerar är värdefullt och hjälper oss att bli bättre förberedda den dagen vulkanerna får utbrott, säger Frances Deegan.

Jordens mantel

Manteln finns i jorden mellan kärnan och jordskorpan. Och utgör cirka 80 procent av jordens volym. Den sträcker sig från 10–70 kilometers djup till 2 900 kilometer, och består av järn- och magnesiumrika silikatbergarter. Silikater är föreningar av kisel och syre. Manteln kan smälta bergarter (magma) som vid vulkanutbrott kan tränga upp som lava.

Kontakta:

Frances Deegan, forskare vid institutionen för geovetenskaper vid Uppsala universitet., Frances.Deegan@geo.uu.se

Vetenskaplig artikel:

Sunda arc mantle source δ18O value revealed by intracrystal isotope analysis (Deegan, F.M., et al) Nature Communications