Tudományos detektívmunka tárja fel az izlandi vulkánok titkait

Egy vulkánkitörés előrejelzése során a magma felnyomulása által okozott jelek alapján lehet következtetni a várható eseményekre. Lesz-e kitörés, vagy nem? Ha igen, akkor az hogyan játszódik le? Milyen hosszú lehet egy vulkáni működés? A magma felszín felé történő mozgását alapvetően a földrengések és a felszín emelkedése jelzik. Egy vulkánkitörés előtt a földrengések esetében azt várjuk, hogy egyre sekélyebb mélységben legyenek a hipocentrumok, azaz ahol a kőzetelmozdulás zajlik, míg az epicentrum, azaz a fészekmélység felszínre vetített pontja egy területre koncentrálódjon, a felszín pedig fokozatos emelkedést, azaz napi akár több centiméteres felpúposodást mutasson.

A mélyről jövő jeleket a felszínen lévő érzékeny műszerekkel tudjuk mérni, a teljes képhez azonban, azaz hogy hol és milyen típusú magma halmozódik fel, a helyszínen lévő tanúk kellenek. Ezek pedig a vulkánkitörés során képződött kőzetek és a bennük lévő kristályok.

A vulkáni kőzetekben lévő információk kinyerése persze nem egyszerű, azonban a technológiai fejlődés mára óriási perspektívákat nyitott meg. Mintegy 150 évvel ezelőtt Henry Clifton Sorby készítette el az első mikroszkópos elemzésre alkalmas kőzetcsiszolatot, Rudolf Fuess pedig, felhasználva William Nicol találmányát, elkészítette a kőzetek vizsgálatára alkalmas mikroszkópot, ami annyiban speciális, hogy ehhez csak egy síkban rezgő, úgynevezett poláros fény szükséges. Ez volt Nicol hozzáadott értéke, aki egy víztiszta kalcitkristály, úgynevezett izlandi pát optikai kettőstörő tulajdonságát használta fel ehhez. Rövidesen kialakult a kőzetek mikroszkópos leírását végző petrográfia tudománya, majd az elmúlt évtizedekben az elektron- és lézersugaras elemzési technikák kifejlesztése járult hozzá ahhoz, hogy a kőzetekben lévő kristályok legapróbb tulajdonságait, sőt belső kémiai összetételük változását is mikronnyi felbontással tudjuk feltárni, ezzel kialakult a kvantitatív kőzettan tudományterülete.

A kristályok belső szerkezete, mint a fák évgyűrűi, mutatja a keletkezésük során történt környezetváltozásokat. Itt is vannak növekedést, gyarapodást segítő körülmények, de olyanok is, amelyek nemhogy nem segítik, de visszaoldják a kristályokat. A kristályok megjelenése és kémiai összetételük változása alapján ma már számszerűsíteni lehet a keletkezés során változó hőmérsékletet, a nyomást vagy éppen az oxidációs viszonyokat, az olvadékösszetételt, az illóanyagok mennyiségét, mindazt, ami a magma fejlődését meghatározza.

Itt van tehát a kőzettani detektívmunka feladata: a kristályok és a kőzetüvegek elemzése alapján összetenni a mozaikokat, és rekonstruálni azt, hogy mi történik a magmában a mélyben.

A keletkezési nyomás kiszámolásával például információt kapunk a magmatározó mélységéről; a hőmérsékletváltozás adott esetben segít azt felderíteni, hogy mi indította el a magmát a felszín felé, vulkánkitörést okozva; illetve felmérhető az is, hogy a kőzetolvadékban lévő illóanyagok, amik gázbuborékok formájában válnak aztán ki, milyen mértékben határozzák meg a vulkánkitörés jellegét, azaz lávaöntő lesz, vagy nagyobb veszélyt jelentő robbanásos kitörés.

Magyar részvétellel faggatják a tanúkat

A napokban az Izlandi Egyetem kutatói publikálták a neves Science folyóiratban a Reykjanes-félszigeten tavaly október óta zajló vulkáni krízishelyzetre vonatkozó megfigyeléseiket és következtetéseiket. A kutatócsoport egyik vezetője a magyar származású Bali Enikő professzor, aki az ELTE TTK Kőzettan-Geokémiai Tanszékén szerezte diplomáját, majd PhD-fokozatát. A kutatócsoport minden eddiginél több mintát vett a felszínre tóduló lávából és lávacafatokból.

Ahogy megindult egy kitörés, máris a helyszínen voltak, és aztán a hirtelen lehűtött lávaminták rögtön a laboratóriumokba kerültek, ahol a kutatók kőzettani és geokémiai elemzésekkel faggatták a tanúkat. A kőzetüveg a magma olvadékanyagát képviseli, amelyben különböző kristályok vannak. E fázisok kémiai összetételének meghatározásával számolták ki a kutatók a felszínre jutott magma földkéregbeli tartózkodásának mélységét, ami jó egyezést mutatott a földrengésadatok és a felszínemelkedés alapján becsült mélységgel, azaz a Kék Lagúna és a Svartsengi geotermális erőmű alatt négy–öt kilométer mélységben halmozódik fel a magmatömeg.

A kőzettani és geokémiai elemzések azonban ennél is nagyobb részletességgel tárták fel a magmatározó jellemzőjét. A kezdeti, decemberi és januári kitörések során két különböző magma keveredett a kitörés előtt, a májusi kitörés után pedig egy jelentős kémiai változást lehetett megfigyelni, ami azt jelzi, hogy friss magma érkezett a földköpeny felső részéből, és ez járul hozzá az egyre nagyobb térfogatú lávát eredményező vulkáni működéshez. A négy–öt kilométer mélyen lévő magmatározó tehát több kisebb-nagyobb magmalencséből áll, feltöltődnek, újak jönnek létre, keverednek egymással, és ez a dinamikus folyamat irányítja a vulkáni működést.

Az augusztus végi kitörés az eddigi legnagyobb volt a Sundhnúkur hasadékzónában, két hét alatt több mint hatvanmillió köbméter láva terült szét a felszínen. Ez volt a hatodik kitörési fázis, de minden bizonnyal lesz hetedik is, ugyanis ismét domborodik fel a felszín, ami most már több mint fél méterrel magasabban van a tavaly októberi szintnél. Mindez arra utal, hogy újra töltődik fel a földkéregbeli magmatározó. Figyelembe véve a korábbi eseménysort, december körül lehet az újabb vulkáni működés, hozzátéve, hogy lehetnek újabb fejlemények is, ami a műszeres monitorozással követhető.

A jelen izlandi vulkáni működés a korábbi hawaii és a 2021-es La Palma-i kitörés után újra bizonyította, hogy a vulkáni képződményeknek mint a mélybeli magmás folyamatok tanúinak gyors kőzettani és kémiai összetétel-elemzése alapján minden eddiginél jobban értjük, mi történik vulkánkitörések előtt, miért és hogyan zajlik le egy vulkáni működés. A „békeidőben”, azaz vulkánkitörések szüneteiben zajló kutatómunkák során kifejlesztett tudományos módszerek hozzájárulnak a természeti veszélykezelési stratégia kialakításához, azaz segítenek a társadalom felkészítésében, a szükséges intézkedések meghozatalában.

A szerző geológus-vulkanológus, az MTA levelező tagja, tanszékvezető egyetemi tanár (ELTE TTK Földrajz- és Földtudományi Intézet, Kőzettan-Geokémiai Tanszék), kutatócsoport-vezető (HUN-REN-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoport), a Tűzhányó Blog szerzője.