Vulkanen ontleed: van lavastromen tot nieuwe eilanden

Heb jij weleens een vulkaan in het echt gezien? En je afgevraagd wat je moet doen als die zou uitbarsten? En wat nou als alle vulkanen ter wereld tegelijk zouden uitbarsten?

Vulkanen fascineren ons al eeuwen: ze kunnen nieuwe landschappen vormen, steden verwoesten en zelfs het klimaat beïnvloeden. Van de langzaam groeiende schildvulkanen op Hawaï tot de explosieve stratovulkanen zoals Vesuvius, elk type vulkaan heeft zijn eigen dynamiek en gevaren. Bernd Andeweg, geoloog bij de Vrije Universiteit Amsterdam, legt in deze video van Universiteit van Nederland uit waar de Nederlandse vulkanen zijn en waarom elke vulkaan er anders uitziet.

Scientias: In de video vertelde je dat de dikte van het magma bepaalt hoe explosief de vulkaan kan uitbarsten. Wat bepaalt hoe stroperig magma is?

Bernd Andeweg: “Dat heeft te maken met hoeveel silicium er in zit. Het element kan vier bindingen aangaan en vormt in magma vaak verbindingen met zuurstof. Daarbij ontstaat een zogeheten SiO₄-structuur, waarin één siliciumatoom omringd wordt door vier zuurstofatomen. Deze bouwstenen zijn van zichzelf negatief geladen.

Wat er vervolgens gebeurt, hangt af van de omstandigheden in het magma. Als er voldoende silicium aanwezig is, kunnen deze SiO₄-structuren zuurstofatomen met elkaar delen. Zo ontstaan steeds grotere ketens en netwerken van atomen, die uiteindelijk lijken op siliciumdioxide (SiO₂). Deze structuren bestaan uit sterke atoombindingen en maken het magma dik en stroperig. Wanneer zulke verbindingen minder vaak voorkomen, blijven de structuren grotendeels los van elkaar. In dat geval zorgen andere elementen, zoals ijzer en aluminium, voor een balans in de lading. De bindingen die daarbij ontstaan zijn zwakker, waardoor het magma juist dunner en vloeibaarder is.”

Bij stroperig, siliciumrijk magma ontstaan over het algemeen explosieve uitbarstingen. Je vertelt in de video dat de eruptiekolom vaak eerst omhoog stijgt en vervolgens een bepaalde kant op valt. Is het mogelijk om te voorspellen in welke richting die op gaat of is dit willekeurig?

“Het is niet helemaal willekeurig. Bij vulkanen met een centrale krater heeft het bijvoorbeeld veel te maken met de wind, ook op grotere hoogte. Maar er zijn ook genoeg vulkanen waarbij er kraters aan de zijkant zitten die kunnen uitbarsten.

Een voorbeeld hiervan is de uitbarsting van de Mount St. Helens in 1980. Daar werd een helling van de vulkaan instabiel en stortte uiteindelijk in. Daardoor viel de druk plotseling weg, vergelijkbaar met het openen van een champagnefles. In plaats van recht omhoog, kwam de uitbarsting grotendeels zijwaarts vrij.

Hoewel dit soort processen goed te modelleren zijn, blijft het in de praktijk lastig om precies te voorspellen waar een eruptiekolom heen beweegt.”

Een vulkaanuitbarsting ontstaat door opbouwende druk. Iemand in de reacties vroeg zich af of het mogelijk om deze druk te verlagen om zo de eruptie te voorkomen.

“Het idee om dat gas eenvoudig te laten ontsnappen, bijvoorbeeld door een opening te maken, klinkt logisch maar werkt in de praktijk niet. Het gas is opgelost in de vorm van kleine belletjes verspreid over het hele magma volume. Het is dus niet op één plek af te voeren. Je kunt het vergelijken met frisdrank of champagne. Zolang de fles dicht is, staat de inhoud onder druk. Zodra die druk wegvalt, kan het gas plotseling uitzetten. In een vulkaan zorgt dat voor een explosieve uitbarsting.”

De term ‘supervulkaan’ wordt vaak gebruikt, maar wanneer spreek je eigenlijk van een supervulkaan?

“De term ‘supervulkaan’ klinkt spectaculair, maar is wetenschappelijk niet heel scherp gedefinieerd. Vulkanen vormen eigenlijk een spectrum, van vlakke schildvulkanen met dun, vloeibaar magma tot steile stratovulkanen met stroperig en explosief magma. De term ‘supervulkaan’ wordt vooral gebruikt voor systemen die extreem grote uitbarstingen kunnen veroorzaken.

Een bekend voorbeeld is Yellowstone in Amerika, waar zich diep onder het oppervlak een enorme bron van magma bevindt. In tegenstelling tot vulkanen op plekken als Hawaï, waar magma onder een oceaanplaat ligt en relatief dun en vloeibaar is, bevindt het magma zich bij Yellowstone onder een continent. Daardoor smelt het omringende gesteente mee, wat leidt tot stroperiger magma en potentieel veel explosievere uitbarstingen.”

In de video benoem je inderdaad al de eilanden van Hawaii, maar er zijn meer eilanden ontstaan door vulkaanuitbarstingen zoals IJsland. Ook noemde iemand in de reacties Curaçao als voorbeeld. Hoe kan een vulkaanuitbarsting leiden tot het ontstaan van een eiland?

“Een eiland ontstaat wanneer vulkanisch materiaal zo veel ophoopt dat het boven het wateroppervlak uitkomt. Bij IJsland en Hawaii, bijvoorbeeld, blijft een centrale magmabron het magma naar boven pompen terwijl het aardoppervlak langzaam beweegt. Zo kunnen eerst onderwatervulkanen ontstaan, die na verloop van tijd boven water komen en nieuwe eilanden vormen.

Curaçao is iets anders: het binnenland bestaat weliswaar uit vulkanisch gesteente, basalt in dit geval, dat onder water is uitgevloeid. Bij onderwateruitbarstingen ontstaat vaak het zogenaamde ‘pillow-lava’: ronde, buisvormige structuren die langzaam opstapelen. Deze liggen nu boven water. Net als de randen van het eiland, dat zijn oude koraalplateaus. Het eiland is pas ontstaan doordat het is opgetild door de botsing van tektonische platen.”

Iemand in de reacties was benieuwd: kun je een vulkaan eigenlijk ook kunstmatig laten uitbarsten, bijvoorbeeld om een toekomstige eruptie ‘veilig’ te maken?

“Technisch gezien zou het kunnen, bijvoorbeeld als je er water in pompt. Zo kun je de temperatuur en druk beïnvloeden en gesteente laten smelten. Dat kan ook eigenlijk alleen in zeer speciale omstandigheden, zoals op vulkanische plekken in IJsland waar de warmte al relatief dicht bij het oppervlak zit. In Nederland is het vrijwel onmogelijk: als je hier een gat naar beneden gaat boren, kom je simpelweg niet bij magma, maar bij vast gesteente.

Toch blijft het extreem risicovol en technisch ingewikkeld, en je weet nooit zeker of je een uitbarsting kunt controleren. Bovendien zou je als individu economisch volledig bankroet gaan door alle schade die zoiets veroorzaakt. Soms moeten we gewoon accepteren dat wij als mens niet zo heel veel te zeggen hebben, een vulkaan volgt zijn eigen regels.”