Bij de boorwerkzaamheden in 2009 in de IJslandse vulkaan Krafla deed zich iets wonderlijks voor. Het team van technici wilde boren tot aan de rand van een magmareservoir op zo'n vierduizend meter onder het aardoppervlak, om geothermische energie op te wekken met behulp van de superhete vloeistoffen daar. Maar toen de boor zich op zo'n anderhalve kilometer diepte bevond, begon er gesmolten gesteente langs de boor naar boven te sijpelen.
De technici hadden op die frisse voorjaarsdag in 2009 bij toeval een magmakamer geraakt die zich niet ver onder het oppervlak bevond en waarvan niemand het bestaan kende.
Krafla is ‘een van de meest onderzochte vulkanen op aarde,’ vertelt vulkanoloog Hugh Tuffen van de Britse Lancaster University, die niet bij het onderzoek betrokken was. De vulkaan is herhaaldelijk bestudeerd met behulp van verschillende technieken, dus wetenschappers dachten dat ze een behoorlijk inzicht hadden in wat zich daar ondergronds afspeelt. ‘Het is heel opmerkelijk dat deze magma zich wist te verstoppen.’
Het incident op Krafla is een van de drie voorbeelden van recente, onverwachtse vondsten van magmakamers in het bovenste deel van de aardkorst. Soortgelijke boorprojecten stuitten plotseling op reservoirs in de vulkaan Kīlauea in Hawaï en de Menengai-vulkaan in Kenia. Onderzoekers stellen nu in een artikel in het vakblad Geology dat er mogelijk bij alle actieve vulkanische centra over de hele wereld sprake is van verborgen magmakamers. Deze blijven, mede door hun relatief kleine omvang van ongeveer een kubieke kilometer, onopgemerkt met de methoden die wetenschappers meestal gebruiken voor het vinden van ‘magmalichamen’.
Het nieuwe onderzoek toont ook aan dat dergelijke onontdekte magmakamers extreem lang in stand kunnen blijven. Via chemische analyse kon worden bepaald dat het opgeboorde magma identiek is aan het vloeibaar gesteente dat al in 1724 bij een uitbarsting van de Krafla vrijkwam. Dat betekent dat deze kamer drie eeuwen lang onopgemerkt is gebleven, precies in de tijd dat de moderne geofysische wetenschap zich ontwikkelde.
Maar wanneer een dergelijke kamer wordt geïnfiltreerd door een veld hete magma of een uitbarsting van onderliggende vulkanische gassen, kan deze weer actief worden. Dat kan leiden tot een eruptie. En omdat bepaalde verborgen magmalichamen, zoals die in Krafla, bestaan uit stroperiger magma waarin gas zich ophoopt, zouden uitbarstingen daardoor explosiever kunnen verlopen.
Volgens onderzoeksleider Shane Rooyakkers, die als postdoc werkzaam is bij GNS Science in Nieuw-Zeeland, is het artikel bedoeld als een ‘soort wake-upcall.’ Verborgen magmalichamen zijn een verrassingselement bij het bepalen van het risico dat een vulkaan vormt, en ze moeten dus worden opgespoord.
‘Als dit soort kleine kamers van mogelijk explosief smeltmateriaal de norm blijken, in plaats van de uitzondering, dan zijn het net tijdbommetjes die vlak onder het vulkaanoppervlak liggen te wachten,’ stelt vulkanoloog Emma Liu van het University College London, die niet bij het onderzoek betrokken was.
Gecamoufleerd magma
Magmareservoirs kunnen op verschillende manieren worden ontdekt. Seismische golven zijn daarvoor heel geschikt; de snelheid en richting van dergelijke golven verandert wanneer ze door verschillende materialen gaan. Vloeibaar, gesmolten gesteente is daarmee te zien als iets anders dan de muren van vast gesteente die zich eromheen bevinden.
Maar magma is niet volledig gesmolten. Het is een mengeling van vaste elementen (kristallen) en vloeistoffen (smelt). Wanneer een magmareservoir aanzienlijk is afgekoeld, bevat het veel meer kristallen dan smelt, waardoor het bij seismische onderzoeken niet te onderscheiden is van de aardkorst.
Een andere moeilijkheid is dat seismische golven waarmee wordt gezocht naar magmareservoirs een lange golflengte hebben. Objecten die kleiner zijn dan die golflengte, zoals kleine magmakamers, worden niet goed in beeld gebracht. Ook bij onderzoeken waarbij met behulp van elektrische geleiding de bodem in kaart wordt gebracht (een methode die de aanwezigheid van vloeistoffen zoals magma aantoont), komen de kleine magmakamers niet aan het licht. Waarom dat zo is, is onbekend.
‘Je kunt het vergelijken met een net,’ aldus Liu. De grotere magmareservoirs met meer smelt worden ‘gevangen’ maar ‘alles wat kleiner is, glipt er tussenuit.’
Krafla is een komvormige krater met een doorsnede van tien kilometer in een zone van breuken van in totaal 100 kilometer lang. Volgens eerder onderzoek lag het magmareservoir op zo'n drie tot zes kilometer diepte, aanzienlijk dieper dan tot waar wordt geboord. Maar Landsvirkjun, de IJslandse nationale energiemaatschappij, kwam bij booractiviteiten in 2008 ook al hoger gelegen magmarestanten tegen. En in 2009 stuitten de medewerkers bij de eerste boringen voor het experimentele Iceland Deep Drilling Project, dat als doelstelling had om de rand van een diep magmareservoir te bereiken, verschillende keren op 900 graden heet magma op een diepte van slechts twee kilometer.
‘Dat zou ik geen verrassing meer noemen. Ze waren behoorlijk geschrokken,’ aldus geowetenschapper en coauteur van het artikel John Stix van de Canadese McGill University.
Een lont in een kruitvat steken
Het is al langer bekend dat er onontdekt magma bestaat, maar wetenschappers weten er maar weinig vanaf, juist vanwege deze onbekendheid. In een poging om meer te weten te komen over de eigenschappen van verborgen magma nam Rooyakkers monsters van het magma dat in 2009 bij toeval was gevonden - een stroperig soort magma (‘ryoliet’) - en vergeleek dat met ryolietpuin dat afkomstig was van eerdere uitbarstingen van de vulkaan. Hij ontdekte dat deze geochemisch gezien overeen kwamen met gesteente afkomstig van de zogenaamde Mývatn Fires, een serie van veelvuldige uitbarstingen die duurde van 1724 tot 1729.
In dit geval was de aanwezigheid van de stoom van cruciaal belang bij het veroorzaken van de eruptie. Maar geologen weten van meer gangbare uitbarstingen dat ook alleen de aanwezigheid van ryoliet het risico van een explosie vergroot. Door de stroperigheid van het materiaal kan gas dat hierin gevangen zit minder goed weg.
Maar het feit dat ryoliet weer actief wordt, hoeft niet te betekenen dat er een nieuwe uitbarsting van vulkanisch geweld plaatsvindt. Neem bijvoorbeeld de eruptie van de IJslandse Eyjafjallajökull in 2010, die leidde tot de grootste sluiting van het Europese luchtruim sinds de Tweede Wereldoorlog. Ook toen vermengde zich basalt met ryoliet waardoor dit naar de oppervlakte kwam, maar dat leek geen gevolgen te hebben voor de toch al krachtige eruptie.
Hoe kleiner hoe beter
Het goede nieuws is dat, als deze verborgen magmakamers inderdaad echt klein zijn ‘ook het risico klein is,’ aldus vulkanoloog Dave McGarvie van de Lancaster University, die niet bij het onderzoek betrokken was. Net als bruiswater in de loop van de tijd minder gaat bubbelen, wordt ook het geborrel van verborgen magmakamers langzaamaan minder als ze eeuwenlang bestaan. Daardoor wordt de kans op een explosie kleiner wanneer het deksel eraf gaat.
Maar hoewel een kubieke kilometer magma niet zo veel voorstelt vergeleken met magmareservoirs die al wel bekend zijn, kan de invloed hiervan toch groot zijn als ze wel hun kracht behouden. Bij de ryoliet-eruptie van de IJslandse vulkaan Askja in 1875 ging het om minder dan een derde van dat volume. Maar door de heftige uitbarsting kwam er puin neer in het hele land, en bereikten de aswolken Europa.
Het is ook mogelijk dat zich in de aardkorst zelfs nog grotere magmalichamen bevinden, waarvan slechts gedeelten gesmolten zijn, waardoor die ook onzichtbaar blijven bij geofysisch onderzoek. Als die weer actief zouden worden ‘hebben we het over een heel andere orde van grootte,’ aldus McGarvie.
Maar waarschijnlijk zijn er veel meer kleinere verborgen magmalichamen en wetenschappers weten gelukkig waar ze die moeten zoeken. Plekken waar de aardkorst wordt uitgerekt (zoals in delen van IJsland of rond de Oost-Afrikaanse Slenk) zijn ‘de gebieden waar je als eerste gaat kijken naar dit soort verborgen magma,’ vertelt Liu. Ook in of rond grote caldera's is hier waarschijnlijk sprake van, zoals bij Campi Flegrei, een joekel van een vulkaan waarop de grote stad Napels deels is gebouwd.
Maar hoe kunnen wetenschappers ze vinden wanneer ze op dit moment in de praktijk onzichtbaar zijn?
‘We hebben geen antwoord op die vraag,’ stelt Tuffen van de Lancaster University. ‘En dat zou wel moeten.’
Mogelijk helpt het om meer wetenschappelijke apparatuur te plaatsen bij plekken waar verborgen magma wordt vermoed. En of dat nou iets oplevert of niet, we weten inmiddels dat er zich onder Krafla een verborgen magmakamer bevindt - en dat biedt enorme mogelijkheden.
Zo is er een voorstel, genaamd het Krafla Magma Testbed, om de verborgen magmakamer te onderzoeken door weer terug te gaan naar de plek van de boringen uit 2009 en dan verder te boren tot aan het magma, om er vervolgens wetenschappelijke apparatuur in te laten zakken. ‘Dan hebben we rechtstreeks zicht en kunnen we bekijken hoe het magma zich in de loop van de tijd gedraagt,’ aldus Tuffen.
Als de financiering voor dit project rond zou komen, zou het 's werelds eerste magmaobservatorium zijn. Dat zou de kennis van vulkanologen over verborgen magma een enorme stap vooruit helpen en een permanent kijkje opleveren in die donkere geologische onderwereld.
Dit artikel werd oorspronkeijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
