Ny viden om Jordens kappe hjælper med at forklare Indonesiens eksplosive vulkaner

Indonesiens vulkaner er blandt verdens farligste. Hvorfor? Gennem kemiske analyser af bittesmå mineraler i lava fra Bali og Java, forskere fra Uppsala Universitet og andre steder har fundet nye spor. De forstår nu bedre, hvordan Jordens kappe er sammensat i den pågældende region, og hvordan magma ændrer sig før et udbrud. Undersøgelsen er offentliggjort i Naturkommunikation .

Frances Deegan, undersøgelsens første forfatter og forsker ved Uppsala Universitets Institut for Jordvidenskab, siger, "Magma dannes i kappen, og sammensætningen af ​​kappen under Indonesien var tidligere kun delvist kendt. At have bedre kendskab til Jordens kappe i denne region gør os i stand til at lave mere pålidelige modeller for de kemiske ændringer i magma, når den bryder igennem skorpen der, som er 20 til 30 kilometer tyk, før et udbrud. "

Sammensætningen af ​​magma varierer meget fra et geologisk miljø til et andet, og har betydning for den slags vulkanudbrud, der opstår. Den indonesiske øhav blev skabt af vulkanisme, forårsaget af to af Jordens kontinentale tektoniske plader, der kolliderede der. I denne kollision, Indo-australsk plade glider under den eurasiske plade med en hastighed på cirka 7 cm årligt. Denne proces, kendt som subduktion, kan forårsage kraftige jordskælv. Tsunamikatastrofen i 2004, for eksempel, blev forårsaget af bevægelser langs denne særlige pladegrænse.

Vulkanisme, også, opstår i subduktionszoner. Når den synkende tektoniske plade falder ned i kappen, det varmes op, og vandet, det indeholder, frigives, får den omgivende sten til at begynde at smelte. Resultatet er vulkaner, der ofte er eksplosive og, over tid, opbygge bueformede grupper af øer. Langs Sunda Arc, omfattende Indonesiens sydlige skærgård, flere katastrofale vulkanudbrud har fundet sted. Eksempler er Krakatoa i 1883, Mount Tambora i 1815 og Toba, som havde et massivt superudbrud omkring 72, 000 år siden.

Magma reagerer kemisk med omgivende sten, når den trænger ind i jordskorpen, inden den bryder ud på overfladen. Det kan derfor variere meget blandt vulkaner. For at få en bedre forståelse af vulkanismens oprindelse i Indonesien, forskerne ønskede at finde ud af sammensætningen af ​​den "primære" magma, der stammer fra selve kappen. Da prøver ikke kan tages direkte fra kappen, geologer studerede mineraler i lava, der for nylig blev skubbet ud fra fire vulkaner:Merapi og Kelut i Java, og Agung og Batur i Bali.

Ved hjælp af de kraftfulde ionstråler fra et sekundært ion massespektrometri (SIMS) instrument, en ultramoderne form for massespektrometer, forskerne undersøgte krystaller af pyroxen. Dette mineral er et af de første til at krystallisere fra en magma. Hvad de ønskede at bestemme var forholdet mellem iltisotoperne ¹⁶ O og ¹⁸ O, som afslører meget om magmas kilde og udvikling.

"Lava består af cirka 50 procent ilt, og jordskorpen og kappen adskiller sig enormt i deres oxygen -isotopsammensætning. Så, at spore, hvor meget materiale magma har assimileret fra skorpen efter at have forladt kappen, iltisotoper er meget nyttige, "Siger Deegan.

Forskerne fandt ud af, at ilt -sammensætningen af ​​pyroxenmineraler fra Bali næppe var blevet påvirket overhovedet under deres rejse gennem jordskorpen. Deres sammensætning var temmelig tæt på deres oprindelige tilstand, hvilket angiver, at et minimum af sediment var blevet trukket ned i kappen under subduktion. Et helt andet mønster blev fundet i mineralerne fra Java.

"Vi var i stand til at se, at Merapi i Java udviste en isotopsignatur, der var meget forskellig fra vulkanerne på Bali. Det er dels fordi Merapis magma interagerer intensivt med jordskorpen, før det bryder ud. Det er meget vigtigt, fordi når magma reagerer med, for eksempel, kalkstenen, der findes i det centrale Java lige under vulkanen, magmaen bliver fuld til bristepunkt med kuldioxid og vand, og udbruddene bliver mere eksplosive. Det er måske derfor Merapi er så farlig. Det er faktisk en af ​​de dødeligste vulkaner i Indonesien:den har dræbt næsten 2, 000 mennesker i de sidste 100 år, og det seneste udbrud kostede 400 liv, "siger professor Valentin Troll fra Uppsala Universitets Institut for Jordvidenskab.

Undersøgelsen er et samarbejde mellem forskere ved Uppsala Universitet, det svenske naturhistoriske museum i Stockholm, universitetet i Cape Town i Sydafrika, universitetet i Freiburg i Tyskland og Vrije Universiteit (VU) Amsterdam i Holland. Resultaterne af undersøgelsen forbedrer vores forståelse af, hvordan vulkanisme i den indonesiske øhav fungerer.

"Indonesien er tæt befolket, og alt, hvad der giver os en bedre forståelse af, hvordan disse vulkaner fungerer, er værdifuldt, og hjælper os med at være bedre forberedt på, når vulkanerne bryder ud, "siger Deegan.