Vulkan gav Maja unik mulighed for at se ind i Jordens indre

Der er stadig meget, vi ikke ved om, hvad der sker inde i Jordens indre, og det vil Maja Bar Rasmussen gerne lave om på. Et nyligt vulkanudbrud i Island åbnede en usædvanligt dyb kanal direkte til Jordens kappe, og Maja var på pletten for at tage prøver.

En fredag aften i marts 2021 sad Maja Bar Rasmussen med nogle kolleger i Reykjavik og snakkede, da opkaldet kom. Om de havde hørt det? Der skete noget på Reykjanes-halvøen mod syd. Først vidste de ikke helt, hvad de skulle gøre af sig selv. Det var jo sent, og de havde fået nogle øl. Men efter lidt snak frem og tilbage skyndte de sig ned på kontoret på universitetet. Her fandt de en række andre kolleger, som også havde forladt sofaerne og middagsbordene for at stå der foran fællesrummets storskærme. En af skærmene viste et livefeed fra en helikopter, der cirklede rundt og rundt i nattemørket over en sprække af rødglødende lys. Vulkanen var gået i udbrud.

”Der var en vild stemning. Det var meget spændende, for vi vidste jo ikke, hvad der ville ske. Ville sprækken åbne sig mere? Hvor ville lavaen flyde hen? Og næsten lige så vigtigt: Hvornår kunne vi komme ud at se det?”

Sådan fortæller danske Maja Bar Rasmussen, som er ph.d. i geologi med speciale i geokemi og i dag arbejder som postdoc ved Københavns Universitets Institut for Geovidenskab og Naturressourcer. I marts 2021 boede og studerede hun i Island og havde lige akkurat afleveret sin ph.d. om islandsk lava. Vel at mærke skrevet i en periode uden nogen vulkansk aktivitet.

”Heldigvis fik jeg lov at fortsætte mit arbejde på Islands Universitet og hjælpe med at tage ud til vulkanen og tage prøver i den tid, udbruddet varede,” fortæller hun.

Det er nemlig alle mand på dæk på instituttet for vulkanforskning, når der sker udbrud. For selvom Island er kendt for sine mange vulkaner, går der stadig år mellem, at de rent faktisk sender lava ud på overfladen. Det meste af aktiviteten foregår i undergrunden, hvor magmaen – altså lava, der befinder sig under jordoverfladen – varmer grundvandet op, hvilket skaber de berømte varme kilder. Sidste gang, man kunne se lava i Island, var vulkanudbruddet ved Holuhraun i det nordøstlige Island i 2014 og 2015. På Reykjanes-halvøen, hvor det nye udbrud lå, havde der ikke været et udbrud i næsten 800 år (læs mere i artiklen her).

”Derfor var vi glade, da vi hørte, at der skete noget!” fortæller Maja Bar Rasmussen.

Alting rystede i månedsvis

Befolkningen i Island havde egentlig vidst i nogen tid, at et udbrud var på vej. Men ikke hvor, hvornår eller hvor voldsomt.

”Alting havde rystet i månedsvis, og så pludselig … blev der stille. Det kan betyde, at der vil komme et udbrud inden for kort tid,” siger Maja Bar Rasmussen.

Når magmaen (lava nede i undergrunden) bevæger sig opad i skorpen og maser sig frem i gange og kamre i undergrundens klippeformationer, skaber det nemlig rystelser. Den sidste kilometers penge på vej mod overfladen kan derimod godt ske i relativ tavshed, fordi de øverste lag i jorden generelt er nemmere at bryde igennem og kun skaber mindre rystelser, som ikke mærkes så tydeligt. En vulkansk udgave af stilhed før stormen. Og ganske rigtigt – udbruddet kom dagen efter.

Det stod hurtigt klart, at udbruddet var sket på et af de bedst tænkelige steder: i den øde dal Geldingadalír tæt ved fjeldet Fagradalsfjall og langt fra beboelse, veje og anden sårbar infrastruktur. Det var godt nyt. Hen over det næste døgns tid kunne Maja Bar Rasmussen og kollegerne også konstatere, at udbruddet ikke så ud til at blive større, og at lavaen flød stille og roligt op fra sprækken. Det blev besluttet, at det var sikkert at nærme sig.

”Om søndagen, altså på dag tre for udbruddet, kunne vi endelig tage derud og få de første lavaprøver. Der var allerede masser af turister derude, og mange af dem gik helt tæt på lavastrømmen. Det var ret vildt at se,” siger hun.

Hun selv og kollegerne var en del mere påpasselige. Prøvetagningen foregik iført tykt beskyttelsesudstyr, hjelm og sko med varmeskjold og store handsker (se videoen herunder).

”Det var virkelig koldt der i marts, og det sneede, men når du bevægede dig hen et par meter fra lavafronten for at tage prøver, var det meget, meget varmt. Man var nødt til at arbejde hurtigt.”

Metoden var rimeligt lavpraktisk. Det foregik ved at skrabe det yderste, delvist størknede lava til side med en metalpind for at få fat i den mest ‘friske’, flydende lava inde i lavastrømmen. Metalpinden med den dryppende masse blev hurtigt dyppet ned i en spand med vand, så lavaen størknede og kunne håndteres. Hver prøve blev pakket i en beholder og markeret med tid og sted.

Original og uspoleret lava

Fagradalsfjall-udbruddet viste sig at være det perfekte udbrud til prøveindsamling. Lavaen blev ved med at strømme stille og roligt op fra krateret i et stabilt flow over flere måneder. Af den grund kunne forskerne samle usædvanligt mange prøver over usædvanligt lang tid fra en og samme lokation. Dette gav en unik mulighed for at studere, hvordan lavaens sammensætning og adfærd ændrede sig over tid, og det var en uvurderlig chance for geologerne at få indsigt i vulkansk aktivitet under sådanne forhold.

“På den måde kunne vi følge med i kemiske ændringer i lavaen og regne ud, hvor i undergrunden den kom fra. Nærmest i ‘real time’, hvilket var vildt fedt. Vi fandt ret hurtigt ud af, at lavaen kom direkte fra Jordens kappe.”

Holdet kunne nemlig se på indholdet i prøverne, at det passede med de forhold, man forventer at finde på cirka 15 kilometers dybde. Hvilket svarer til tykkelsen på jordskorpen under Island, forklarer Maja Bar Rasmussen. Og dermed også adgangen til det næste lag i lagkagen – Jordens kappe.

Det er egentlig den, Maja Bar Rasmussen er interesseret i at vide mere om. For selvom den udgør lidt over 80 procent af planetens masse, ved vi faktisk meget lidt om den. Blandt andet af den simple grund, at der under landjorden er så langt derned.

På kontinentene er jordskorpen nemlig de fleste steder mellem 30 og 70 kilometer tyk. Det svarer til at køre over Storebælt op til fire gange – bare nedad! Man kan derfor ikke bore derned og tage prøver. Den dybeste boring nogensinde nåede lidt over 12 kilometers dybde, inden udstyret måtte give efter for varme, tryk og andre problemer.

Vulkaner giver en slags genvej til materiale fra Jordens indre, men typisk kun til materiale, der har ligget i jordskorpen inden et udbrud. I såkaldte magmakamre eller magmadomæner. Forinden har massen typisk været undervejs i korte eller lange evigheder, fordi der er så langt op til overfladen fra kappen, og magmaen skal mase sig frem i bittesmå revner og sprækker. I al den rejsetid er kappemassen blevet blandet rundt med smeltet skorpe af forskellig slags, den har mødt på sin vej, sammen med en række andre kemiske ændringer. Derfor er det ikke normalt at se så original og uspoleret kappelava som den, der vældede op fra krateret ude ved Fagradalsfjall.

”Mig bekendt er det ikke sket før,” siger Maja Bar Rasmussen.

Se figur herunder, der sammenligner Fagradalsfjall med en ‘almindelig’ vulkan som eksempelvis nabovulkanen Svartsengi, der ligger få kilometer fra Fagradalsfjall, og også er aktiv.

Lavaen skifter karakter

Maja og holdet arbejdede på højtryk gennem det islandske forår med at indsamle og analysere alle de nye prøver i det geokemiske laboratorium på universitetet. Efter omkring 45 dages udbrud opdagede de, at lavaens kemiske sammensætning havde ændret sig, fortæller hun. Sammensætningen af grundstoffernes isotoper var begyndt at se anderledes ud. Den nye kemiske sammensætning tydede på, at vulkanen havde fået adgang til en ny magmakilde.

“Lava skifter ikke bare lige kemisk sammensætning, for i et magmakammer vil lavaen typisk være blandet rundt, så det hele er ret homogent. Når det skifter karakter, må det betyde, at det er fra et nyt område, eller at ny magma er kommet til,” forklarer Maja Bar Rasmussen

”Det er ikke endeligt afgjort, men vi tror, at der kan være tale om en magmagang helt nede fra skorpe-kappe-grænsen, som i den første tid har været rimeligt statisk. Efter halvanden måneds tid har gangen så skåret sig igennem forskellige magmakamre i den dybe skorpe, som har tilført en ny type magma til blandingen.”

Den løbende skiften mellem magmakilder er en teori, som Maja og hendes kolleger netop har fået udgivet i det videnskabelige tidsskrift AGU Advances med titlen ‘The Petrology and Geochemistry of the 2021 Fagradalsfjall Eruption, Iceland: An Eruption Sourced From Multiple, Compositionally Diverse, Near-Moho Sills’.

Her beskriver de også, hvordan kemien i lavaen ændrede sig flere gange under udbruddet, der som nævnt varede i cirka et halvt år. Ikke så meget som efter de 45 dage, men nok til, at forskerne kunne konstatere, at der blev skabt kontakt til flere forskellige magmakamre undervejs. Magmakamre, som hver især tilførte deres særlige magmablanding til ‘hovedmagmaen’ fra kappen. Muligvis kan rystelser i undergrunden have hjulpet med at forskubbe magmagangens retning fra et kammer til et andet, forklarer hun.

”Det kan også være, at magmaen undervejs i udbruddet har smeltet ‘væggene’ imellem flere kamre, som så er blevet blandet sammen. Eller begge dele.”

Tværsnit af vulkanens anatomi

Uanset hvad, så er det unikt, at holdet har kunnet følge et skift i magmakilde i ‘real time’, som Maja siger.

”Det er mig bekendt heller ikke sket før. Det er helt fantastisk, hvis du spørger mig!”

Det giver anledning til en justering af, hvad man hidtil har troet om lava fra vulkanudbrud.

”Prøverne viser os for det første, at lavaens sammensætning kan ændre sig temmelig meget over meget kort tid, hvilket man ikke har målt så tydeligt før. Ofte har man langt færre prøver fra et udbrud, og derfor har man ofte konkluderet, at lavaen ved det specifikke udbrud var af dén sammensætning, og lavaen ved et andet udbrud var af dén sammensætning. Men måske er det ofte mere forskelligartet, bare uden at man har kunnet måle det,” siger hun.

Derudover giver det også et helt nyt indblik i Fagradalsfjall-vulkanens anatomi. En slags tværsnit af den dybe undergrund baseret på de kemiske ændringer og blanding af lavatyper, som forskerne målte gennem udbruddet. Der er stadig mange ubekendte, og forskerne arbejder fortsat på at tolke de resultater, som analyserne af prøverne gav. Men under alle omstændigheder har udbruddet givet et direkte billede af, hvordan der ser ud dybt nede under den sydvestlige del af Island. For da der som nævnt ikke havde været udbrud i godt 800 år, har man ikke haft helt friske prøver på det før på Reykjanes.

Spor af genbrugte skorper

Hvad siger det så om den mystiske kappe? Igen er svaret, at forskerne ikke helt kan konkludere noget endnu. Men Maja fortæller, at analyserne af lavaprøverne og deres såkaldte olivinkrystaller viste en usædvanlig sammensætning af isotoper, der muligvis kan skyldes tilstedeværelse af en helt særlig ingrediens i lavaen.

“Helt kort fortalt tyder det faktisk på, at kappen under Island indeholder rester af gammel jordskorpe. Altså jordskorpe, som engang er blevet skubbet ned under en anden skorpe et andet sted på jorden, og som siden er blevet transporteret op til overfladen igen.”

Det var faktisk det, hendes ph.d. handlede om, fortæller hun. Altså den, hun lige havde nået at aflevere, inden udbruddet startede. Der er nemlig et stort hul i vores viden om, hvad der egentlig sker med den del af jordskorpen, der skubbes ned under en anden ved pladegrænserne (bliver subduceret). For hvad sker der med den nederste plade? Blander den sig mon med resten af kappen og bliver opsmeltet igen? Eller bliver den liggende et sted nede i kappen?

“Én teori er, at der helt nede ved kernen findes en slags skorpekirkegård fuld af gamle skorper, som indimellem bliver båret med op mod overfladen af opadstigende, varmere bjergarter (kaldet en kappediapir). Her smelter de så muligvis sammen med den ‘normale’ kappe og giver anledning til lavaer med de her kemiske anomalier, som vi har målt,” siger hun.

Lavaprøverne fra kappen under Fagradalsfjall er en vigtig brik til at komme nærmere skorpekirkegårdene, men der er stadig et stykke vej. Ifølge Maja er Island dog et godt bud på et sted, hvor man kan finde svarene. “For hvert udbrud lærer vi mere om, hvad der sker dernede,” siger hun.

Slut med vulkaner

Alt dette fortæller Maja Bar Rasmussen imidlertid i en nutid, hvor hun faktisk ikke længere arbejder med vulkaner. I hvert fald ikke de aktive. I 2022 flyttede hun tilbage til Danmark, hvor hun fik sit nuværende job på Københavns Universitet i et projekt, der handler om lagring af CO₂ i undergrunden.

“Det handler stadig om magmatiske bjergarter, så på den måde er det stadig lidt med vulkaner,” siger hun.

Hun følger stadig tæt med i, hvad vulkankollegerne i Island udgiver af nye resultater. Hun er også fortsat medforfatter på flere af de videnskabelige artikler, der kommer ud løbende omkring arbejdet med de prøver og analyser, hun var med til at lave i 2021. Og som bekendt var udbruddet i Fagradalsfjall kun det første af en række på ti udbrud i området, det seneste i det sene efterår 2024 (som du kan læse mere om her).

Maja deltog kun i arbejdet med prøverne fra det første udbrud. Men det var også det bedste, som hun siger. De senere udbrud i nabovulkanen Svartsengi, som har ødelagt flere huse i byen Grindavík, og som truer vigtige vandrør, kabler og veje, har bestået af ‘almindelig’ lava fra magma, som har udviklet sig i skorpen. I skrivende stund er der netop startet et nyt udbrud fra Svartsengi, og tiden vil vise, hvad det vil fortælle os.

“På trods af det nyeste udbruds mere ‘normale’ geokemiske natur er et vulkanudbrud og lava altid interessant og et fantastisk billede på de kræfter, vores jord har,” slutter hun.