vulkanisme

De groep eilandjes van Thera biedt aanwijzingen dat we vulkaanuitbarstingen veel langer van tevoren kunnen voorspellen dan nu.

‘Vulkaanuitbarsting eeuw van te voren te voorspellen’

Onderzoek aan een vulkaanuitbarsting uit het grijze verleden wijst uit dat vulkaanuitbarstingen decennia van tevoren kunnen worden voorspeld. Kunnen we door deze nieuwe techniek voorkomen dat er in gevaarlijke gebieden gebouwd wordt en duizenden mensenlevens redden?

De groep eilandjes van Thera biedt aanwijzingen dat we vulkaanuitbarstingen veel langer van tevoren kunnen voorspellen dan nu.
De groep eilandjes van Thera biedt aanwijzingen dat we vulkaanuitbarstingen veel langer van tevoren kunnen voorspellen dan nu.

Vulkanen geven doorgaans waarschuwingssignalen dagen tot maanden van te voren dat ze op het punt staan uit te barsten. De overheden hebben zo de gelegenheid om het gebied te evacueren. Een nauwkeurige analyse van de gebeurtenissen die leidden tot een zware vulkaanuitbarsting in de vroege Klassieke Oudheid levert nu aanwijzingen op, dat het goed mogelijk is om langer van te voren te weten of de vulkaan op het punt staat uit te barsten.

Onder een vulkaan ligt een magmakamer, waarin hete magma uit de mantel zich langzaam ophoopt. Overschrijdt de druk de weerstand die het gesteente boven de magmakamer biedt, dan wordt dit gesteente bij explosieve vulkanen (stratovulkanen, de meeste vulkanen op het land) weggeblazen.
De opgeblazen stratovulkaan die de Griekse eilandjesring Thera vormt, bijvoorbeeld, was bijvoorbeeld achttienduizend jaar in rust, tot de vulkaan 3500 jaar geleden zijn top er af blies en zo dood en verderf zaaide in de Egeïsche zee (en de Minoïsche beschaving vernietigde). Door deze uitbarsting werd de totale Griekse geschiedenis veranderd: de Dorische invallers kregen toen de Minoïsche macht werd weggevaagd, de overhand over de inheemse Aegeïsche bevolking. Nu blijkt uit afgezette puimsteen afkomstig uit die tijd dat Thera al  honderd jaar voor die tijd actief werd. Volgens Timothy Druitt van de Blaise Pascal Universiteit in het Franse Clermont-Ferrand en zijn collega’s hebben de kristalletjes in het gesteente een structuur en scheikundige samenstelling die alleen kan ontstaan in magma dat een eeuw voor de uitbarsting in de magmakamer stroomde. In theorie kan seismisch onderzoek signalen opleveren dat de magmakamer aan het volstromen is.

Als die vulkaan toevallig de Vesuvius, op enkele kilometers afstand van de miljoenenstad Napels is, of de supervulkaan onder Yellowstone (of: dichter bij huis, de Eifelvulkaan), kan deze informatie ons de tijd geven op tijd mensen te evacueren en in het geval van Yellowstone, Noord-Amerika en de rest van de wereld voor te bereiden op een verwoestende catastrofe.

Lees ook:
Vulkanische tijdbommen in Europa

Bron:
Decadal to monthly timescales of magma transfer and reservoir growth at a caldera volcano, Nature, 2012

De meeste hitte wordt geproduceerd in de aardkorst en de aardmantel, niet in de aardkern.

Raadselachtige hitteproductie in de aarde

Uit metingen blijkt dat er maar liefst zo’n 44 terawatt aan warmte in de aarde wordt geproduceerd, 2,5 maal zoveel als alle mensen samen gebruiken. En dat is maar goed ook, want dankzij die warmte is er vulkanisme en is de aarde geen dode planeet zoals Mars. Maar waar komt deze warmte vandaan? Ongeveer de helft is namelijk niet te verklaren uit de gangbare bronnen.

De aarde als natuurlijke kerncentrale

De meeste hitte wordt geproduceerd in de aardkorst en de aardmantel, niet in de aardkern.
De meeste hitte wordt geproduceerd in de aardkorst en de aardmantel, niet in de aardkern.

Volgens de gangbare theorieën wordt de aarde warm gehouden door het radioactieve verval van elementen als uranium, thorium (beide zijn in alle vormen radioactief) en de radioactieve kaliumsoort kalium-40. Er is alleen een probleem. Dieper dan een kilometer of tien zijn we niet gekomen. Uit gesteenten van vulkanische oorsprong weten we ongeveer hoe de aardmantel er uit ziet, maar de kern is bijna geheel terra incognita.
Gelukkig is er iets dat zonder problemen door duizenden kilometers rots heen kan bewegen. Neutrino’s. Dus besloot een groepje Japanse onderzoekers om op neutrinojacht te gaan met de neutrinodetector Kamioka Liquid-scintillator Antineutrino Detector (KamLAND). Hiermee kunnen antineutrino’s uit de aarde, door de onderzoekers geoneutrino’s genoemd, worden waargenomen.

Onbekende warmtebron
De eerste waarnemingen, uit 2005, bevestigden nauwkeurig wat al gedacht werd over de samenstelling van de radioactieve elementen en hun verdeling in de aarde. Meer dan vijf jaar later is duidelijk dat hun radioactiviteit niet voldoende is om alle warmte te verklaren. Radioactiviteit verklaart ongeveer de helft van alle warmte. Uranium 8 terawatt, thorium ook 8 terawatt en kalium-40 4 terawatt. Overige radioactieve stoffen leveren drie terawatt, samen ongeveer de helft dus. Er moet nog een andere bron van energie zijn die verklaart wat de aarde warm houdt. Voor een deel kan dit door afkoeling komen, wat de onderzoeker denken[1], of door andere, nog onbekende processen.

Bronnen
1. KamLAND Collaboration, Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements, Nature Geoscience (2011)
2. What keeps the Earth cooking? – physorg.com (2011)

De uitbarsting van de Vesuvius in 1768, geschilderd door Francesco Fidanza.

Vulkanische tijdbommen in Europa

Nu het weer rommelt in IJsland, dreigt opnieuw de komst van een aswolk die het vliegverkeer net als vorig jaar stil zal leggen.afgezien van die aswolken ligt IJsland op veilige afstand van Europa. Enkele slapende vulkanen liggen dat echter niet.  Europa, zelfs Nederland, is minder veilig dan het lijkt. Een overzicht.

Eiffelvulkaan
De Vulkaaneifel is gevormd door een hot spot die zich al tientallen miljoenen jaren lang, elke tien- tot twintigduizend jaar door de Europese aardschol naar boven wurmt. De laatste keer dat er een uitbarsting in het gebied plaatsvond was meer dan tienduizend jaar geleden. De Laacher See is hier een overblijfsel van. Het is geen kwestie of, maar wanneer er weer een nieuwe uitbarsting in het Eifelgebied zal plaatsvinden. Verwacht dan aswolken over heel Noord-West Europa en duizenden doden in het Ruhrgebied, want de Eifelvulkaan wordt tot de supervulkanen gerekend. De kans is een paar procent dat er tijdens ons leven een uitbarsting plaats zal vinden.

Etna

De Etna is een van de actiefste vulkanen ter wereld. De uitbarstingen zijn spectaculair.
De Etna is een van de actiefste vulkanen ter wereld. De uitbarstingen zijn spectaculair.

De Etna is op de Elbroes (in Georgië, op de Kaukasus) na de grootste vulkaan van Europa en bevindt zich aan de oostkant van Sicilië. Het onderste deel is een schildvulkaan (waaruit de lava gemakkelijk kan ontsnappen, dus weinig explosief), de top een explosieve stratovulkaan.  De Etna is een zeer actieve vulkaan die geregeld uitbarst.

De grootste uitbarsting van de laatste honderd jaar was in 2001, dus de druk lijkt nu weer even van de ketel. In 1669 bereikte de lava de stad Catania en vielen er in totaal 25.000 doden.

Katla en Laki
De Katla is de grootste en actiefste vulkaan van IJsland. Eerder in de geschiedenis was een uitbarsting van de Eyjafjällajökull, zoals in 2010 plaatsvond, vaak een voorbode van een uitbarsting van de Katla. Uitbarstingen vinden ongeveer elke tachtig jaar plaats, meestal in de herfst. De laatste uitbarsting dateert van 1918, dus de Katla is over tijd. De vernietigende uitbarsting van de Laki, een andere IJslandse vulkaan, in 1783 veroorzaakte op IJsland en in een groot deel van Europa (zelfs tot in Egypte) een hongersnood.  Bijna de helft van de IJslandse bevolking kwam toen om.

Stromboli
Het Italiaanse vulkanische eilandje Stromboli ligt in de Tyrrheense Zee iets ten noorden van Sicilië. Op de vulkaan wonen enkele honderden mensen. De vulkaan is de laatste twintigduizend jaar permanent actief waardoor er zich geen druk ophoopt. De kans op zware, explosieve uitbarstingen is daarom weliswaar klein, maar niet uitgesloten

El Teide
El Teide is de grootste vulkaan van de Canarische Eilanden en de hoogste berg van Spanje. Ook dit is een explosieve stratovulkaan. De vulkaan barst ongeveer elke honderd jaar uit. De laatste eruptie dateert van 1909. Barst El Teide uit, dan zullen zeer snelle pyroclastische stromen de bewoners van de kust verschroeien en verstikken.

Vesuvius

De uitbarsting van de Vesuvius in 1768, geschilderd door Francesco Fidanza.
De uitbarsting van de Vesuvius in 1768, geschilderd door Francesco Fidanza.

Letterlijk een klassieker, al levendig beschreven door de Romeinse schrijver Plinius de Jongere. Zijn oom, Plinius de Oudere, kwam om bij de vernietigende uitbarsting van 79 na Christus die hijzelf ternauwernood overleefde. Waar in de Romeinse tijd alleen enkele kleine stadjes in de nabijheid van deze actieve stratovulkaan lagen, wonen nu in Groot-Napels alleen al drie miljoen mensen. Uitbarstingen vinden elke halve eeuw plaats.

De laatste uitbarsting dateert van 1944, bijna zeventig jaar geleden. Hierbij werd de kraterpijp afgesloten, waardoor nu de druk enorm oploopt. Vulkanologen achten daarom de kans groot dat de vulkaan tussen nu en 2050 vernietigend uitbarst. De gevolgen: lavastromen en verstikkend hete pyroclastische aswolken die met 200 km/uur op de Baai van Napels af komen rollen. Kortom: Napels zien en sterven.

12.900 jaar geleden zag de Vulkaaneifel vlak over de grens er zo uit. Staat de volgende uitbarsting er aan te komen?

Slapende vulkaan vlak over de grens

Roodgloeiende lavastromen, sissende stoomwolken en tot duizenden kilometers verderop asregens. IJsland? De Vesuvius? Nee, de Vulkaaneifel, op minder dan honderd kilometer van de Nederlandse grens, bijna dertienduizend jaar geleden. De Eifelvulkanen barsten elke tien- tot twintigduizend jaar uit. Tot nu toe ontsprongen we de dans.  Wat zijn de gevolgen als deze slapende vulkaan weer uitbarst?

Noord-Europa lijkt veilig te zijn voor vulkanisme. De dichtstbijzijnde actieve vulkanen, de Siciliaanse Etna en de IJslandse Katla en Eyjafjällajökull, liggen op een comfortabele tweeduizend kilometer afstand. Niets aan de hand dus. Echter: schijn bedriegt. Bij de laatste uitbarsting werd er maar liefst drie vierkante kilometer rots uitgeblazen.

Vulkaaneifel
Vlak over de grens ligt de Duitse Vulkaaneifel, een natuurgebied dat wordt gekenmerkt door kleine ronde meertjes, laachen (van het Latijnse lacus, meer), golvende heuvels en warme bronnen. De Duitsers kunnen hier hun obsessie voor Heilbronnen en andere kuuroorden maximaal uitleven. Maar weinig mensen staan er bij stil dat hier al vele miljoenen jaren een actief vulkaangebied ligt dat elke tien- tot twintigduizend jaar Europa bedekt met een fijne aslaag. In teegenstelling tot vulkanen als de IJslandse Katla en de Italiaanse Vesuvius, die keer op keer op dezelfde plaats uitbarsten, wurmt de hot spot die het vulkanisme in Centraal-Europa veroorzaakt, elke keer op een andere plaats omhoog. Diep onder de aarde verzamelt zich magma, dat zodra de onderaardse druk voldoende is om de aardkorst te doorboren, een enorme magmaontploffing veroorzaakt waarbij de magmakamer de lucht in vliegt.

De gevolgen van een vulkaanuitbarsting in het hart van West-Europa
Tienduizend jaar geleden was Europa nog dun bevolkt door jager-verzamelaars en een enkele neolithische landbouwer. In heel Nederland woonden misschien vijftigduizend mensen. De uitbarsting had dan ook weinig destructieve gevolgen.

12.900 jaar geleden zag de Vulkaaneifel vlak over de grens er zo uit. Staat de volgende uitbarsting er aan te komen?
12.900 jaar geleden zag de Vulkaaneifel vlak over de grens er zo uit. Staat de volgende uitbarsting er aan te komen?

Nu is dat wel anders. Vlak bij de Vulkaaneifel ligt het dichtbevolkte Ruhrgebied, Limburg, Luxemburg en de oostelijke Belgische provincies, waar samen meer dan tien miljoen mensen wonen. Besluit de hotspot zich weer een weg naar de oppervlakte te banen, dan betekent dat de inwoners van het dichtstbevolkte gebied in Europa te  maken zullen krijgen met zware aardbevingen, dodelijke pyroclastische stromen die alles op hun weg verschroeien, lavastromen en een bombardement met vulkanische bommen. De dikke asafzettingen blokkeren de Rijn, waardoor enorme overstromingen ontstaan (12.900 jaar geleden leidde dit tot de vorming van en stuwmeer en, toen de natuurlijke dam doorbrak, een vele meters hoge vloedgolf).

Gelukkig is dit gebied vrij arm aan kerncentrales, maar vlak bij de Limburgse grens staat de centrale van Jülich. Ook vlakbij het vulkanische gebied staat de centrale van Mülheim. Toch dateert de laatste zeer zware aardbeving in Limburg nog van enkele eeuwen terug (een lichtere aardbeving sloeg in 1992 toe). Als deze niet bestand zijn tegen de enorme aardschokken die de vulkanische eruptie met zich mee zal brengen, zal dit mogelijk leiden tot een meltdown. Ontwerpers beschouwen het westelijk deel van Duitsland als een lage-risicogebied voor aardbevingen.

Hoe groot is de kans?
De Eifelvulkaan kan morgen uitbarsten. De vulkaan kan ook nog bijna tienduizend jaar een slapend bestaan blijven leiden. Duitse geologen klagen steen en been over de nonchalante houding van de Duitse autoriteiten. Eén ding is zeker. Vroeg of laat zal de vulkaan in de Eifel weer ontwaken en dood en verderf zaaien. Mogelijk heeft het niets bijzonders te betekenen, maar de grond in de Eifel komt elk jaar enkele millimeters omhoog…

Meer informatie:
Forscher warnen für Vulkan-Gefahr in der Eifel (Der Spiegel)