Tager Vesuv på en forlænget siesta?

Beliggende nær Napoli, Italien, havde Vesuv sidst et voldsomt udbrud i 1944, mod slutningen af ​​Anden Verdenskrig. Der kan gå nogle hundrede år, før endnu et farligt, eksplosivt udbrud opstår, finder en ny undersøgelse foretaget af vulkaneksperter ved ETH Zürich.

Vesuv er en af ​​Europas farligste vulkaner. Mere end tre millioner mennesker bor i dens umiddelbare nærhed, og i historisk og forhistorisk tid var der eksplosive udbrud, der ødelagde hele bygder og byer i området.

Så det presserende spørgsmål er:Hvornår vil Vesuv gå i udbrud igen, og hvor stærkt kan udbruddet være?

For at besvare dette spørgsmål har en forskergruppe ved ETH Zürich i samarbejde med forskere fra Italien set nærmere på de fire største udbrud af Vesuv gennem de sidste 10.000 år, så de bedre kan vurdere, om der kan forventes en farlig begivenhed i overskuelig fremtid.

De fire undersøgte udbrud omfatter Avellino-udbruddet for 3.950 år siden, som betragtes som et muligt "worst case scenario" for fremtidige udbrud, og udbruddet i 79 e.Kr., der begravede de romerske byer Pompeji og Herculaneum. Sidstnævnte blev dokumenteret af den romerske forfatter Plinius den Yngre, og derfor omtales alle udbrud af denne type som "Pliniske" udbrud. Yderligere studerede vulkanologerne udbrud i 472 e.Kr. og 8890 f.Kr. Det sub-Pliniske udbrud i 472 e.Kr. er det mindste af de undersøgte udbrud, men stadig ens i størrelse sammenlignet med det nylige Tonga-udbrud.

Granater tillader præcis dating

I deres undersøgelse, som netop er blevet publiceret i tidsskriftet Science Advances , har forskerne, der arbejder med hovedforfatteren Jörn-Frederik Wotzlaw og ETH Zürich-professor Olivier Bachmann, bestemt alderen af ​​granatkrystaller, der er til stede i de vulkanske aflejringer. Dette mineral vokser fra magmaet, da det opbevares i magmakammeret i den øvre skorpe under Vesuv. At kende alderen på disse mineraler gør det muligt at udlede, hvor længe magma opholdt sig i dette kammer, før vulkanen spyede det ud.

Granat er et usædvanligt valg til at bestemme alderen for vulkansk udstødning. Forskere bruger typisk zirkoner, som er små hjælpemineraler, der findes i mange magmatiske bjergarter. Magma fra Vesuv er dog for basisk til at krystallisere zirkoner, men den er rig på granat.

For at bestemme granaternes alder brugte forskerne de radioaktive grundstoffer uran og thorium. Granatets krystalstruktur indeholder både små, men målbare mængder, med en præference for uran. Ved hjælp af forholdet mellem isotoperne uranium-238 og thorium-230 kan forskerne beregne krystallisationsalderen for mineralerne.

Granaterne til denne undersøgelse kom alle fra materiale, som ETH-holdet indsamlede på stedet med hjælp fra kolleger fra universiteterne i Milano og Bari. Til dette formål søgte de efter tilsvarende steder, hvor de vulkanske aflejringer fra de fire ovennævnte udbrud er blotlagt ved overfladen og er tilgængelige for prøvetagning.

Intervallerne bliver kortere

Ved at bruge granaters krystallisationsalder kan forskerne nu vise, at den mest eksplosive magmatype ved Vesuv (såkaldt "fonolitisk" magma) er lagret i et reservoir i den øvre skorpe i flere tusinde år før tilstrømningen af ​​mere primitive, og varmere, magma fra den nederste skorpe udløser et udbrud.

For de to forhistoriske begivenheder fastslog forskerne, at den fonolitiske magma opholdt sig i kammeret i omkring 5.000 år. Før udbruddene i den historiske periode blev det kun opbevaret i dette reservoir i omkring 1.000 år.

For alle udbruddene falder opholdstiden for den fonolitiske magma i det øvre skorpekammer sammen med Vesuvs hvileperioder.

"Vi tror, ​​det er sandsynligt, at en stor mængde fonolitisk magma i den øvre skorpe blokerede opstrømningen af ​​mere primitiv, varmere magma fra dybere reservoirer," siger Bachmann. "Vesuv har et ret kompliceret VVS-system," tilføjer han med et grin.

Under vulkanen er flere magmakamre forbundet med et system af rør. Det øverste kammer, som er kritisk for udbruddene, fyldes med magma fra et af de nederste kamre på ret kort tid. I dette koldere miljø afkøles magmaen og krystalliserer, hvilket fører til kemiske ændringer af den resterende smelte (en proces kaldet "magmatisk differentiering"). Eksperter kalder Vesuvs "differentierede" magma for fonolit. På et tidspunkt (sandsynligvis med relativt jævne mellemrum) strømmer mere primitivt eller "mafisk" magma ind i det øvre kammer fra større dybder. Denne genopladning fører til en trykstigning inde i kammeret, som kan tvinge den fonolitiske magma opad, potentielt hele vejen til overfladen, og starte et udbrud.

Et reservoir af fonolitisk magma ser ud til næsten altid at have eksisteret under Vesuv i de sidste 10.000 år. Spørgsmålet er imidlertid, om en i dag, der kunne nære et farligt udbrud som det for 3.950 år siden eller det fra 79 e.Kr.

Magmaopbygning ret usandsynlig

Seismiske undersøgelser indikerer, at der faktisk er et reservoir i en dybde på omkring seks til otte kilometer under Vesuv. Imidlertid kan sammensætningen af ​​den magma, den indeholder - dvs. om den er fonolitisk eller mere mafisk - ikke bestemmes ved hjælp af seismisk teknologi. Men da Vesuv for det meste har produceret mafisk magma siden 1631, mener forskere, at det er usandsynligt, at differentieret fonolit i øjeblikket ophobes. "Det sidste store udbrud i 1944 er nu næsten 80 år siden, hvilket meget vel kan være begyndelsen på en længere hvileperiode, hvor differentieret magma kan ophobes. Alligevel har et farligt udbrud, der kan sammenlignes med det i 79 e.Kr., sandsynligvis brug for den hvilende periode for at holder meget længere," siger Wotzlaw.

Hvis overvejende mafisk magma udsendes i de kommende årtier, kan det tyde på, at magmalegemet, der er detekteret ved seismiske undersøgelser, ikke er sammensat af differentieret magma, og at ingen i øjeblikket er til stede under Vesuv. "Det er derfor, vi tror, ​​det er mere sandsynligt, at et stort, eksplosivt udbrud af Vesuv først ville finde sted efter en rolig periode, der varer i århundreder," siger Bachmann. Wotzlaw tilføjer, "Men mindre, men stadig meget farlige udbrud som det i 1944 eller endda det i 1631 kan forekomme efter kortere perioder med hvile. Nøjagtig forudsigelse af størrelse og stil af vulkanudbrud er indtil videre ikke mulig. Men genopvågningen af magma-reservoirerne under vulkaner er nu genkendelige ved overvågning."

Tæt overvågning

For at undgå eventuelle slemme overraskelser overvåges Vesuv og dens aktivitet sammen med sin storebror mod vest, Phlegraean Fields, døgnet rundt. For eksempel måler Italiens nationale institut for geofysik og vulkanologi hvert jordskælv omkring vulkanerne, analyserer gasser udsendt fra fumaroler og observerer jorddeformation, som er indikatorer for underjordisk aktivitet. Der er også en nødplan, der beskriver, hvordan man evakuerer det større Napoli-område, hvis overvågningen konkluderer, at et udbrud er nært forestående.