Även vulkaner drabbas av barnsjukdomar

Forskarna har kommit fram till att den ryolitiska magmatismen ofta är en tidig övergångsfas, som en vulkanisk barnsjukdom.

År 1845 hade vulkanen Hekla på Island ett stort utbrott som väckte uppmärksamhet i hela Europa. Den tyske kemisten Robert Wilhelm Bunsen, idag mest känd som uppfinnaren av bunsenbrännaren, åkte med en expedition till Island för att studera Hekla efter utbrottet, där han gjorde en viktig upptäckt som geologer fortfarande brottas med, 160 år senare.

Bunsen upptäckte att Hekla hade haft utbrott med två vitt skilda typer av magma, nämligen mörk basalt och ljus ryolit som är varandras kemiska motsatser och därför inte borde kunna existera tillsammans. Bunsen kallade fenomenet ”bimodal magmatism”, och sedan dess har bimodala vulkaner upptäckts över hela världen. Bimodal magmatism är viktig att förstå, eftersom en blandning mellan basalt och ryolit ofta orsaker explosiva och farliga vulkanutbrott.

För 60 miljoner år sedan öppnades nordatlanten, då de amerikanska och europeiska kontinenterna sakta började driva isär. Denna process förstärktes av en ökad produktion av smält magma från manteln, en så kallad mantelplym. Mantelplymen tillsammans med atlantens öppning orsakade massiv vulkanism på dagens Grönland och Brittiska öarna, och pågår än idag på Island. Den vanligaste typen av utbrott var lavaflöden ur sprickvulkaner, men även flera större centralvulkaner bildades. En gemensam nämnare för dessa centralvulkaner är att de ofta var bimodala, vilket betyder att de producerade stora mängder mörk basalt tillsammans med ljus ryolit. En av dessa vulkaner finns i Carlingford, Irland.

Den heta basaltiska magman (>1200 ºC) som kommer från manteln var tvungen att ta sig igenom den 30 km tjocka kontinentala jordskorpan under Carlingford innan den kunde ta sig ut i vulkanutbrott på ytan. På vägen upp smälter basalten upp delar av jordskorpan.

– Som tur är har bergarter från skorpan och bergarter från manteln distinkt olika kemiska signaturer, ungefär som geologisk DNA. Genom att använda moderna isotopanalyser på de vulkaniska bergarterna kan vi nu visa att den heta basalten smälte upp delar av bergarterna i jordskorpan, och införlivade dem i magman, vilket i sin tur förändrade magmans sammansättning från basalt till ryolit, förklarar Fiona Meade, gästforskare vid Uppsala universitet och artikelns förstaförfattare.

Forskargruppen kan också visa att den uppsmältning av jordskorpan som ledde till ryolitiska utbrott var mycket vanligare i den tidigare delen av vulkanens liv. Den första pulsen av basaltisk magma smälte delar av jordskorpan, och kvar blev de mer svårsmälta delarna. Den explosiva ryolitiska magmatismen är alltså en tidig övergångsfas, som kan liknas med en barnsjukdom. När vulkanen gått igenom den ryolitiska fasen i sitt tidiga liv så utarmas jordskorpan på lättsmälta mineral och blir ”immun” mot magma.

– Vår forskning visar att smältor från jordskorpan till stor del ligger bakom bildningen av ryoliter och graniter på kontinenterna. Så fort jordskorpan utarmas på lättsmält material återgår vulkanerna till att producera basalt – vilket ger oss bimodala system. Ryolitisk magma är den farligaste typen av magma som leder till explosiva och oförutsägbara vulkanutbrott. Även om Carlingford inte varit aktiv de senaste 60 miljoner åren så kan den ge oss ovärderlig inside-information om hur dagens aktiva vulkaner fungerar, säger Valentin Troll, professor i berggrundsgeologi vid Uppsala universitet, som leder forskargruppen.

Arbetet med forskningsprojektet inleddes Valentin Troll och Fiona Meade vid Trinity College, Dublin (Irland), och slutfördes vid Uppsala universitet. Till sin hjälp har de haft en grupp internationella forskare baserade i Storbritannien, Italien och Nederländerna. Projektet finansierades av Science Foundation Ireland (SFI), Irish Research Council for Science Engineering  and Technology (IRCSET) och TEKNAT vid Uppsala universitet.

FAKTA
Den vetenskapliga artikeln har publicerats i Nature Communications.Meade, F.C., Troll, V.R., Ellam, R.M., Freda, C., Font, L., Donaldson, C.H., Klonowska, I. (2014) Bimodal magmatism produced by progressively inhibited crustal assimilation. Nature Communications, doi:10.1038/ncomms5199