Sjældent fænomen afslører: Sådan kollapser vulkaner

Det er ikke en vulkan, der har fået allermest medieopmærksomhed de seneste år, men da den islandske vulkan Bárðarbunga gik i udbrud i 2014, markerede det begyndelsen på, hvad der skulle udvikle sig til at blive Europas største vulkanudbrud siden 1784.

Bárðarbunga slyngede ikke aske op i atmosfæren, og ingen fly blev forhindrede i at lette fra Europas lufthavne, som da den anden islandske vulkan Eyjafjallajökull kom i udbrud i 2010.

Men i takt med at udbruddet skred frem, fandt en helt usædvanlig hændelse sted:

Bárðarbungas caldera - en mere eller mindre cirkulær vulkansk indsynkningsstruktur med en diameter på 10-15 km; dvs. flere gange større end almindelige vulkankratre - kollapsede.

Cirka 110 km² af det eksisterende krater sank og efterlod et 65 m dybt krater. I galleriet over artiklen kan du se imponerende billeder taget i løbet af det 6 måneder lange udbrud.

LÆS OGSÅ: Flot video af Islands største vulkanudbrud i 200 år

Bárðarbungas caldera kollapsede hurtigt

Historien om det sjældne kollaps begyndte i starten af august 2015, hvor islandske forskere bemærkede tegn på aktivitet ved Bárðarbunga, så de mødtes med de lokale myndigheder for at drøfte det videre forløb.

»Vi fører tilsyn med 33 aktive vulkaner i Island. I starten af august fortalte vi de civile beskyttelsesmyndigheder, at vi var bekymrede over den stigende seismicitet og tegn på udvidelse af vulkanens overflade ved Bárðarbunga. Og lige pludselig - den 16. august - brød helvede løs,« fortæller Kristín Jónsdóttir fra Islands Meteorologiske Institut.

Det hele skete meget hurtigt. Før udbruddet rapporterede forskerne kun enkelte jordskælv om dagen, men pludselig registrerede deres seismometre flere tusinde.

Midten af den seismiske aktivitet begyndte at bevæge sig væk fra calderaet, hvilket indikerede, at magmaet ikke ville blive udspyet gennem selve Bárðarbunga, men at det bevægede sig sidelæns og væk fra calderaet.

»Ved at lokalisere jordskælvene kunne vi se, hvordan seismiciteten var i færd med at bevæge sig væk fra calderaet. Først bevægede den sig mod øst i tre forskellige retninger for langsomt at koncentrere sig i én retning væk fra calderaet. Vi kunne se, at seismiciteten langsomt blev ført 48 kilometer videre i nordøstlig retning,« forklarer Kristín Jónsdóttir.

To uger senere strømmede magma op gennem overfladen ved Holuhraun - næsten 50 kilometer væk fra Bárðarbungas caldera.

LÆS OGSÅ: Islandsk vulkan udgyder mere svovl end alle Europas skorstene

Forskerne førte tilsyn dag og nat

I takt med at hændelserne skred frem i løbet af udbruddet, var forskerne til stede dag og nat for at føre tilsyn og foretage målinger af alt, som dette historiske vulkanudbrud havde at byde på.

»Det er det bedste datasæt, vi nogensinde har indsamlet i løbet af et kollaps. Calderakollapser er meget sjældne i naturen, fordi der skal et meget stort udbrud til for at skabe et kollaps,« forklarer Kristín Jónsdóttir.

»Vi har lært en masse ved at overvåge det, der skete - og ikke bare om calderakollapset - men om, hvordan vulkanerne i dette område fungerer,« fortæller hun og tilføjer:

»Nu har vi et meget klarere billede af de store udbrud i Island.«

Forskernes data er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Science.

LÆS OGSÅ: Vulkaner har påvirket mennesket i årtusinder

Bárðarbunga er vulkansk 'super site'

Forskerne i Island har ført tilsyn med området siden 1990'erne.

Som et led i et stort internationalt forskningsprojekt - FutureVolc - der studerer de såkaldte 'super sites' for vulkansk aktivitet, optrappede de deres bestræbelser i 2013.

»Det er et af de områder, der ser mest vulkansk aktivitet i Island. Grímsvötn-vulkanen, der ligger lige syd for Bárðarbunga, er endnu mere aktiv. Så vi gættede ikke i blinde, da vi valgte at komme hertil. Men det var fantastisk timing, fordi alle instrumenterne allerede var på plads,« fortæller Kristín Jónsdóttir.

LÆS OGSÅ: Derfor kommer vulkaner i udbrud

Målingerne blev foretaget i takt med udbruddet

Forskerne var parate til at registrere og overvåge hele hændelsen fra start til slut. De førte tilsyn med jordskælvsaktiviteten (seismiciteten) i selve calderaet og i det omkringliggende område.

De registrerede forkastninger i takt med, at de blev aktiveret i calderaet samt lavaens og gasarternes kemi, mens udbruddet skred frem.

Forskerne førte tilsyn med deformation af Jordens overflade gennem satellitovervågning og observationer, samt sætningen indvendigt i caldeaet og magmaens bevægelser ved hjælp af GPS.

De kombinerede alle disse datasæt med computermodeller for at producere en konceptuel model af Bárðarbungas udbrud og calderakollaps.

»Det var en stor fælles indsats af hele teamet. Og artiklens styrke ligger i, at vi anvender alle de forskellige metoder og indsamler forskellige data for at ende med én enkelt model; den model, der på den mest enkle måde forklarer alle dataene. Vi udelader intet,« forklarer Kristín Jónsdóttir.

»Der blev brugt mange forskellige teknikker for at tvinge så meget information ud af datasættene som muligt,« fortsætter hun.

LÆS OGSÅ: Ny teori: Island ligger oven på sunket mikrokontinent

Besvarer afgørende spørgsmål om vulkanudbrud

Visse datasæt om udbruddet er allerede blevet publiceret - heriblandt en beskrivelse af ruten, som magmaen bliver transporteret - og udbrudsskyens og lavaens kemiske sammensætning ved Holuhraun.

Men den nye model besvarer afgørende spørgsmål om, i hvilken rækkefølge begivenhederne udfolder sig i løbet af et vulkanudbrud og i tiden op til et calderakollaps.

»Vi ville gerne have en bedre forståelse af, hvad der sætter gang i et kollaps. Forårsager tilbagetrækningen af magmaen et kollaps, eller er det kollapset, der udløser udbruddet - hvad kommer først? Og her kan vi påvise, at det er tilbagetrækningen af magmaen, der går forud for kollapset,« forklarer Kristín Jónsdóttir.

Nu ved forskerne med sikkerhed, at magmaen forårsagede en forandring i trykket, da det strømmede ud af magmakammeret, hvilket udløste et calderakollaps.

Og i takt med at udbruddet skred frem, blev vægten af calderaet og den overliggende gletsjer over kammeret for tung at bære, hvilket fik bunden af calderaet til at give efter og synke sammen.

»Vi viser, hvordan begyndelsen af calderakollapset blev sat i gang af tilbagetrækningen af magma, og hvordan den langsomme, fortsatte sænkning af calderaet blev styret af magmakammerets overliggende vægt og den rute, som magmaen strømmede,« forklarer Kristín Jónsdóttir. Hun fortsætter:

»Det er lidt som et afløbssystem. Man har en stor ballon, der er fuld af magma, og så er der noget, der trykker ned på calderaets tag og den overliggende gletsjer, og et rør er utæt, og ganske langsomt begynder magmaen at sive ud.«

LÆS OGSÅ: Hvornår går Yellowstones supervulkan i udbrud igen?

Kollega imponeret over den nye model

Professor Bob White fra Department of Earth Science, University of Cambridge, er medlem af FutureVolc-projektet.

Han har publiceret nogle af udbruddets tidligste data; heriblandt en beskrivelse af magmaens rute fra Bárðarbunga til Holuhraun.

Han er enig i, at det nye datasæt er det største, der nogensinde er indsamlet i løbet af et vulkanudbrud og et calderakollaps, og at resultaterne forbedrer vores forståelse af calderakollapser og de større vulkanudbrud i Island.

»Det er et rigtig godt studie af et calderakollaps, der gør brug af moderne geofysisk udstyr,« udtaler Bob White, der ikke selv var involveret i studiet.

LÆS OGSÅ: Kom kelterne til Island før vikingerne?

Hvornår kommer vulkanen igen i udbrud?

Bob White har e-mailet ScienceNordic fra felten, hvor han og hans team af geofysikere havde travlt med at overvåge det gamle udbrudsområde.

»Vi er i Island for tiden og på vej hen til udbrudslokationen ved Holuhraun for at downloade seismiske data fra hele 70 seismometre, som Cambridge University har implementeret rundt omkring Bárðarbunga og Holuhraun,« forklarede Bob White i mailen.

»Cambridge University har foretaget målinger i det forløbne år. Men det er kun i løbet af to måneder om sommeren, at vi kan nå frem til dette fjerntliggende område for at downloade de data, der er blevet registreret i løbet af det foregående år,« fortsætter Bob White, som tilføjer, at Bárðarbunga udviser tegn på aktivitet.

Kristín Jónsdóttir bakker ham op i den antagelse.

»Vi tror, at magmakammeret er ved at blive fyldt op igen. Vi ser både signaler på deformation samt en masse seismicitet. Desuden er magmakammerets tag langsomt begyndt at løfte sig igen. Men om det betyder, at det næste udbrud kommer til at finde sted om 1 eller 2 år - eller om 100 eller 200 år - det ved vi simpelthen ikke!« forklarer hun.

Kristín Jónsdóttir slutter:

»Vulkanen er med sikkerhed meget aktiv, og det lader til, at den er ved at gøre klar til det næste udbrud. Vi ved bare ikke, hvornår det kommer til at ske.«

Se hændelserne, der ledte op til Bárðarbunga-Holuhraun-udbruddet

I tiden op til udbruddet ved Holuhraun live-streamede Islands Meteorologiske Institut alle overvågningsdataene i realtid, så interesserede verden over kunne følge med i takt med, at hændelserne udfoldede sig.

»Nogle af de mest enestående data fik vi fra en GPS-sensor og seismisk udstyr, som vi havde anbragt indeni selve calderaet, så vi kunne se nøjagtigt, hvordan det bevægede sig. Disse data blev streamet til Islands Meteorologiske Institut, så vi i realtid kunne se, hvad der skete indeni calderaet,« fortæller Kristín Jónsdóttir.

»En stor del af disse data var tilgængelige for alle, og en skoleklasse i Australien fulgte med dagligt,« fortsætter hun.

Heldigvis fandt udbruddet sted et par kilometer væk fra gletsjerkanten ved Holuhraun, og skyen fra udbruddet bestod hovedsagligt af gas (vand og svovl) og næsten ingen aske.

Når magma strømmer ud nedenunder en gletsjer, resulterer det i oversvømmelser, forårsaget af smeltevand fra gletsjerne.

Desuden bliver selve udbruddet også mere voldsomt, fordi lava i kombination med smeltevand hurtigt bliver til aske og damp.

En stor askesky, som den, der blev produceret i løbet af Eyjafjallajökulls udbrud i 2010, kan have en sønderlemmende effekt på lufttrafikken.

180 dage senere havde Bárðarbunga-Holuhraun udbruddet produceret 1.6 km³ lava, hvilket gjorde det til det største vulkanudbrud i 200 år (se faktaboks i artiklen, red.)

Denne artikel er oprindeligt publiceret hos ScienceNordic. Oversat af Stephanie Lammers-Clark