Mikroskopiska kristaller avslöjar supervulkanen Toba

2017-01-25

Några av kvartskristallerna från vulkanen Toba, analyserade i ett cathodoluminiscence-mikroskop. Olika tillväxtzoner, med olika sammansättning, framträder med skillnader i gråskalan.

Nu har forskare hittat förklaringen till vad som orsakade det största vulkanutbrottet under mänsklighetens historia. Vulkanen avslöjades med hjälp av ledtrådar gömda inuti mikroskopiska vulkaniska kvartskristaller.

De vulkaner som ligger bakom de allra största utbrotten brukar kallas för supervulkaner. Med sina enorma utbrott påverkar de hela planeten, och kan i värsta fall orsaka dramatiska globala klimatförändringar. Den indonesiska supervulkanen Toba hade ett sådant utbrott för 73 000 år sedan, då 2 800 kubikkilometer vulkanisk aska kastades upp i atmosfären, och sedan regnade ned och täckte enorma områden i Indonesien och Indien.

Hur sådana enorma mängder magma kan bildas i jordskorpan, och vad som förmår den magman att komma ut i ett enda stort explosivt utbrott har länge varit ett mysterium. Men nu har forskare vid Uppsala universitet tillsammans med internationella kollegor hittat avgörande ledtrådar inuti mikroskopiska kvartskristaller i vulkaniska stenar och aska.

– Kvartskristallerna som bildas inne i magman registrerar vad som händer i magman innan utbrottet, ungefär på samma sätt som årsringar i ett träd. När något ändras i kristallerna tillväxtmiljö (magman) så påverkas dess ”årsringar”. Problemet är bara att kristallerna är mikroskopiska, och varje ”årsring” är några tusendels millimeter stora, och de är därför mycket svåra att analysera, säger David Budd vid institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet.

Forskarna har analyserat mängder av dessa små kvartskristaller och har kartlagt hur isotopsammansättningen varierar i olika ”årsringar”. Det visar sig att de yttersta delarna av kristallerna har betydligt lägre nivåer av den tunga syreisotopen ¹⁸O jämfört med den lättare ¹⁶O.

– Dessa låga nivåer av ¹⁸O just i utkanten av kristallerna betyder att någonting förändrades i magman alldeles innan det stora utbrottet. Förklaringen till det är att magman smälte upp en viss typ av bergart som innehåller ovanligt lite ¹⁸O. Dessutom innehåller den bergarten stora mängder vatten som frigörs i kontakt med magman och bildar vattenånga, vilket i sin tur ökar gastrycket så att magman blir explosiv. Vi har alltså hittat den tändhatt som förklarar hur utbrottet kunde bli så exceptionellt explosivt, förklarar Frances Deegan vid institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet.

Lyckligtvis sker supervulkanutbrott väldigt sällan, men konsekvenserna är desto större.

– Biologer har tidigare visat att detta supervulkanutbrott var nära att utrota mänskligheten för 73 000 år sedan. Det dröjer förhoppningsvis tusentals år, men det är bara en tidsfråga innan nästa supervulkanutbrott sker, kanske i Toba, Yellowstone i USA, eller på någon helt annan plats. Förhoppningsvis vet vi då ännu bättre hur dessa utbrott fungerar, och är bättre förberedda! säger Valentin Troll professor vid institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet, som leder forskargruppen bakom artikeln.

För mer information kontakta Valentin Troll, tel: 018-471 2570, e-post: Valentin.Troll@geo.uu.se

Läs mer om forskargruppen.

Budd, D.A., Troll, V.R., Deegan, D.M., Jolis, E.M., Smith, V.C., Whitehouse, M.J., Harris, C., Freda, C., Hilton, D.R., Halldórsson, S.A., & Bindeman, I.N. (2017) Magma reservoir dynamics at Toba caldera, Indonesia, recorded by oxygen isotope zoning in quartz. Scientific Reports | 7:40624 | DOI: 10.1038/srep40624 1

/Börje Dahrén