Deze vulkaan is uniek in de wereld

Rotsmonsters van gesteente onder het eiland Bermuda laten zien dat ze van een vreemde hybride soort zijn, en dat wijst op een geheel nieuw ontstaansmechanisme voor vulkanen op aarde.

dinsdag, 21 mei 2019,
Door Robin George Andrews
Het eiland Bermuda, hier gezien vanuit het International Space Station, is de afgesleten bovenkant van een ...
Het eiland Bermuda, hier gezien vanuit het International Space Station, is de afgesleten bovenkant van een oeroude vulkaan.
Foto van NASA, Chris Hadfield

Geen twee vulkanen zijn hetzelfde, maar ze kunnen allemaal ruwweg worden ingedeeld in een aantal hoofdtypes – behalve de oeroude vulkaan die het fundament van het eiland Bermuda vormt.

Na het bestuderen van diepe gesteentelagen onder het eiland ontdekten wetenschappers dat deze slapende vulkaan op een manier is gevormd die nog nooit eerder is waargenomen. Het nieuwe onderzoek, dat vorige week in het tijdschrift Nature verscheen, geeft niet alleen antwoord op een aloud mysterie rond dit prachtige eiland in de Atlantische Oceaan, maar beschrijft ook een volstrekt nieuw ontstaansmechanisme voor vulkanen op aarde.

Om het raadsel op te lossen onderzocht het team een achthonderd meter lange rotskern die als enige op Bermuda naar de oppervlakte werd gehaald. De rotskern werd in 1972 in de buurt van een vliegveld uitgeboord en lag sindsdien opgeslagen in het stoffige archief van de Dalhousie University in Nova Scotia. Hoewel het team al vermoedde dat zich onder Bermuda iets merkwaardigs had afgespeeld, leverde de uitgebreide geochemische analyse van het gesteentemonster een complete verrassing op.

Vulkanen 101

“In vijftig jaar van geochemisch onderzoek naar oceanisch lava had nog nooit iemand het type lava gezien dat wij hier op Bermuda hebben gevonden,” zegt Esteban Gazel, geochemicus aan de Cornell University en een van de auteurs van het nieuwe onderzoek. “Soms stuit je bij toeval op iets geheel nieuws en anders.”

Maar op basis van het nieuwe ontstaansmechanisme voor vulkanen zou Bermuda toch niet het enige voorbeeld daarvan kunnen zijn: in de Atlantische Oceaan zouden zich nog andere vulkanen kunnen bevinden die op eenzelfde of vergelijkbare manier zijn ontstaan, zegt Sarah Mazza, geochemicus aan de Westfälische Wilhelms-Universität in het Duitse Münster en medeauteur van de nieuwe studie. “We hebben ze alleen nog niet gevonden,” zegt zij.

En volgens Aurélie Germa, vulkanologe en geochemicus aan de University of South Florida, zal het nieuwe model van het team waarin de opbouw van Bermuda wordt beschreven, “waarschijnlijk bijdragen aan het vinden van een oplossing voor enkele geochemische ongerijmdheden” rond andere vulkanen die in vergelijkbare tektonische omstandigheden zijn gevormd en die “nog door niemand echt goed zijn verklaard.”

Doodlopende weggetjes

Tot nu toe werd ervan uitgegaan dat vulkanen zich op drie manieren kunnen vormen: door opstijgende pluimen van materiaal in de hete en stopverfachtige aardmantel, door de spreiding van twee aardschollen vanuit een mid-oceanische rug of wanneer de ene tektonische plaat onder de andere schuift, in een subductiezone. Deze processen kunnen allemaal leiden tot magmakamers in de aardkorst, die vervolgens vulkaanuitbarstingen aan de oppervlakte kunnen veroorzaken.

De vulkanische onderbuik van Bermuda werd traditioneel opgevat als het resultaat van een opstijgende mantelpluim, waarbij het soort vulkanisme optreedt dat ook tot de vorming van de Hawaïaanse archipel heeft geleid. De stationaire pluim zorgt voor een hotspot van vulkaanuitbarstingen, waarboven telkens opnieuw vulkanische eilanden ontstaan terwijl de tektonische plaat erboven gestaag opschuift.

Geofysisch onderzoek lijkt erop te wijzen dat zich ook onder Bermuda een gebied van heet en opstijgend gesteente bevindt. Maar de aanwijzingen dat het hierbij om een mantelpluim van het Hawaïaanse type zou gaan, zijn niet erg overtuigend. Er is hier geen eilandketen zoals die van Hawaï ontstaan en als er een mantelpluim zou zijn, zou er vulkanisme waargenomen moeten worden op de plek ten zuidoosten van Bermuda waar de pluim zich nu zou moeten bevinden, maar dat is niet het geval.

Het oude gesteentemonster kon nieuw licht op deze kwestie werpen, omdat daarin de werking van de onderaardse wereld onder de roze stranden van Bermuda is vastgelegd. Allereerst vertoont het gesteente een ongebruikelijke verhouding van verschillende loodbestanddelen, die ontstaan bij het verval van twee soorten uranium. Dat kan alleen worden verklaard als deze bestanddelen in een geologisch jong tijdperk zouden zijn gevormd, maar de aardmantel onder Bermuda wordt juist als extreem oud gezien.

De Atlantische Oceaan is een merkwaardige plek: deze oceaan bestaat alleen omdat het supercontinent Pangaea honderden miljoenen jaren geleden uiteenviel, zegt Mazza. Hetzij tijdens het ontstaan of de afbraak van dit supercontinent werden stukken van aardschollen in de aardmantel onder de latere Atlantische Oceaan geschoven. Als deze schollen door tektonische bewegingen van boven zouden worden blootgelegd, zouden ze de bron kunnen zijn geweest van het jonge gesteente waarnaar het team op zoek was.

Bizarre aardmantel

Deze schollen werden waarschijnlijk vastgezet in de zogenaamde overgangszone van de aardmantel, een fysiek merkwaardige laag die zich tussen de 400 en 650 kilometer onder het aardoppervlak uitstrekt. Uit diamanten die uit deze overgangszone omhoog zijn gestuwd, blijkt dat deze laag zóveel water bevat dat ze meerdere oceanen zou kunnen vullen, en daarnaast grote hoeveelheden kooldioxide.

En inderdaad bleek de rotskern de kenmerkende geologische vingerafdruk van de overgangszone te hebben. Het watergehalte van mineralen als pyroxeen, dat gewoonlijk extreem droog is, bleek in de rotskernen van Bermuda ongebruikelijk hoog te liggen. Ook het gehalte aan silica, een belangrijk chemisch bestanddeel in vulkanisch gesteente, was niet zo hoog als het zou moeten zijn, wat erop wees dat het silica door een hoog gehalte aan kooldioxide was verdrongen.

Uitgaande van deze bouwstenen van Bermuda simuleerde het team vervolgens de wordingsgeschiedenis van het eiland in computermodellen.

Rond dertig miljoen jaar geleden leidde een tektonische verstoring in deze regio tot een opwaartse stroming van heet materiaal vanuit de ondergrens van de overgangszone in de aardmantel. Daarbij werd ook materiaal van die vastzittende schollen naar boven meegevoerd.

Terwijl de omgeving van deze nieuwe mix van gesteenten sterk veranderde, werd de rots vloeibaar en direct naar de aardkorst gestuwd, waar het als een uniek soort magma op de zeebodem uitbarstte en het eiland Bermuda opbouwde.

Terug naar de toekomst

Vulkanologen hebben lange tijd gespeculeerd over de oorsprong van het bouwmateriaal waaruit vulkanen in het midden van tektonische platen zijn opgebouwd. Bij deze nieuwe studie zijn voor het eerst overtuigende aanwijzingen gevonden voor een reservoir van deze bouwmaterialen. En daarmee kan een nieuw ontstaansmechanisme voor vulkanen worden beschreven.

Janine Krippner, vulkanologe bij het Global Volcanism Program van het Smithsonian Institution, prijst de veelzijdige benadering van het team en noemt het onderzoek een “echte geodetective.”

Volgens Val Finlayson, isotopengeochemicus aan de University of Maryland, is het onderzoek een “tamelijk grondige studie naar de oorsprong van Bermuda.” Het was mogelijk geweest om de situatie onder Bermuda te verklaren met een gewone mantelpluim, want ook diepe mantelpluimen kunnen op hun weg naar boven gerecycled tektonisch materiaal meevoeren en enkele van de geochemische handtekeningen creëren die door het team werden geobserveerd. Maar door de “alomvattende en multidimensionale benadering” van het team is dit verhaal zeker overtuigend, zegt zij.

En hoewel de leden van het team veel vertrouwen in hun hypothese hebben, zijn ze ook voorzichtig: “Per slot van rekening is dit een interpretatie” van de wijze waarop Bermuda is ontstaan, zegt Gazel, en is er aanvullend onderzoek nodig om die interpretatie te bevestigen.

Volgens Rebecca Williams, vulkanologe aan de University of Hull, kon deze opmerkelijke studie alleen worden verricht dankzij een gesteentemonster uit de jaren zeventig van de vorige eeuw, toen de wetenschappelijke kennis om dit raadsel op te lossen nog niet voorhanden was.

“Wie weet welke toekomstige ontdekkingen er nog in onze gesteentecollecties verborgen liggen,” zegt zij.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

LEES VERDER

Milieu

Meest actieve vulkaan van Europa glijdt richting zee

Uit de eerste onderwatermetingen van de Etna blijkt dat deze vurige vulkaan door de zwaartekracht op avontuur wordt gestuurd.

Geologen geschokt: is de maan tektonisch actief?

Een nieuwe analyse van seismische gegevens uit het Apollo-tijdperk onthult dat het binnenste van de maan heter zou kunnen zijn dan wetenschappers voor mogelijk hielden.
Lees meer