Geldingadalir en Soufrière

Allebei vulkaan, maar verder helemaal anders

Wereldwijd zijn er altijd wel meer dan honderd vulkanen tegelijk actief. Dat levert indrukwekkende beelden op. Soms vallen de verschillen wel erg op. De afgelopen periode barstten onder andere vulkanen uit op IJsland en het Caribische St. Vincent. Allebei eiland en allebei vulkanisch. Maar daar houdt de gelijkenis wel zo’n beetje op.

Zwarte gesteenten, witte sneeuwplekken en lichtgroen mos. Witte watervallen, blauwe lucht. IJsland is een bijzonder eiland door het klimaat dat er heerst. Bomen ontbreken er vrijwel geheel en de spaarzame begroeiing bestaat het vaak uit mos of grassoorten. Veel vulkanisch gesteente is amper begroeid of verweerd. Op zich is vulkanisch gesteente vruchtbaar, maar alleen als er door chemische verwering voedingsstoffen uit vrijgemaakt worden. En dat gaat met lage temperaturen niet zo lekker. Als het in IJsland ’s zomers warmer dan 20 °C wordt, weten de eilanders niet waar ze het moeten zoeken. Een groter contrast dan met St. Vincent in de Cariben is nauwelijks denkbaar. Dit is een weelderig begroeid, tropisch paradijs. Die 20 °C is zelfs ’s nachts een uitzondering. Warm en vochtig is het er en de vulkanische ondergrond leent zich daar wel voor een portie jungle!

Twee vulkanen

In de winter van 2021 zijn er op beide eilanden vulkaanuitbarstingen die wereldwijd veel aandacht krijgen. Geologisch gezien zijn het tegenpolen. In Geldingadalir, op het schiereiland Reykjanes ten zuiden van Reykjavik, stroomt wekenlang basaltische lava naar buiten met een constant ‘debiet’ van 5 tot 8 m3/s. Die lava komt direct uit de mantel, blijkt uit geochemisch onderzoek. IJsland bestaat voor het grootste deel uit basalt, dat z’n oorsprong heeft in de mantel. Maar meestal ondergaat magma op weg naar boven een proces waarbij het van samenstelling verandert. Door het verlies van bepaalde kristallen, interactie met de korst of zeewater. Daarom komen er op IJsland naast basalt ook silicarijkere lava’s voor, met een grotere concentratie siliciumdioxide en minder ijzer- en magnesiumoxide. Magmatische differentiatie heet dat. De samenstelling van de huidige uitbarstingen is echter ‘primitief’ basalt: er is zo goed als geen sprake van differentiatie. Het materiaal heeft waarschijnlijk nooit in een magmakamer gezeten, eerder in een soort schoorsteen die van zo’n 15 kilometer diep (de mantel op IJsland) direct naar het oppervlak loopt. Daarom kan deze effusieve uitbarsting nog maanden lang doorgaan. Het magma is heel heet (ruim 1200 °C) en bestaat voor minder dan de helft uit silica, en relatief veel uit magnesium, ijzer, aluminium (mafisch, figuur 1), wat het uitermate vloeibaar maakt.

Bij de Soufrière, op de noordpunt van St. Vincent, komt er amper lava uit de vulkaan stromen. De afgelopen maanden bouwde er in de krater wel een lava-dome op: er kwam uiterst taaie lava naar buiten die nauwelijks kon wegstromen. Dat vormde een bijna een kilometer lange en wel 100 meter hoge rug. Begin april kwam er een eind aan de betrekkelijke rust: iets binnen in de vulkaan maakte dat de druk van gasbelletjes in het taaie magma te groot werd. Sindsdien blaast de vulkaan met veel geweld en tussenpozen van een paar uur fragmenten en fragmentjes uit elkaar gespatte taaie lava (dus: vulkanische as) de lucht in, die neervallen in de directe omgeving, maar ook op andere Caribische eilanden op een paar honderd kilometer afstand, zoals St. Lucia en Barbados. Door de actieve uitbarsting en het vrijkomende hete gas bouwt de askolom zich hoger en hoger op – een Plinische eruptie. Maar die kolom bestaat wel uit gesteentefragmenten en is dus zwaar. Als de askolom te veel afkoelt en de dichtheid toeneemt, kan hij onder zijn eigen gewicht bezwijken. Dan komt de hete as- en gaswolk de hellingen van de vulkaan afrazen: de dodelijke pyroclastische stromen. Op deze manier bouwt de vulkaan laag voor laag op, een stratovulkaan dus. De lava van Soufrière is zo taai door de samenstelling en de temperatuur. Het magma dat hier aan de oppervlakte komt, is minder heet dan dat in IJsland, al is het met 900 tot 1000 °C zeker niet koud te noemen. Het heeft een basalt-andesitische samenstelling, wat neerkomt op een gehalte siliciumdioxide (SiO2) van rond de 55 procent. Daarmee scoort Soufrière een nog vrij milde 3 tot 4 op de Volcanic Explosivity Index. Die score is afhankelijk van de duur van de uitbarsting, de hoogte van de eruptiekolom en de hoeveelheid materiaal die de lucht in geslingerd wordt. De VEI loopt tot 8, dus het kan nog veel heftiger. Dat gebeurt als het percentage silicium nóg hoger is en zich nog meer kwarts (silica) en veldspaten (feldspar, Eng.) vormen (felsisch, figuur 1 en kader).

Tektonische situaties

De verschillen tussen Geldingadalir en Soufrière zijn goed te verklaren vanuit de tektonische situaties van IJsland en St. Vincent. IJsland ligt op een deel van de Mid-Atlantische Rug waar de Noord-Amerikaanse en Euraziatische plaat met gemiddeld 25 mm per jaar uit elkaar bewegen (figuur 2). Onder IJsland komt in de mantel gesteente omhoog en naarmate het stijgt, wordt de druk op dat gesteente minder. Als de druk laag genoeg is, kan het gesteente voor een deel gaan smelten. Anders dan ijs, dat bij één temperatuur ontdooit tot water, heeft gesteente zo’n ingewikkelde samenstelling dat het in fasen smelt. Er ontstaan enkele of enkele tientallen procenten ‘smelt’ die uit het gesteente geperst kunnen worden. Door dit ‘partieel smelten’ van mantelgesteente ontstaat basaltisch magma. Omdat er geen water aan te pas komt, heet dit droog smelten. Tienduizenden kleine aardbevingen gingen vooraf aan de uitbarsting op IJsland, de voorbode van het opstijgende basaltische magma. De aardbevingen waren ondiep en wezen op uitrekken van de korst, in het veld werden scheuren waargenomen en vulkanologen plaatsten webcams. Uiteindelijk kwam het magma aan de oppervlakte en stroomde uit over de wijde omtrek. Als de uitbarsting lang genoeg doorgaat, zullen de kleine kraters van nu uiteindelijk aaneengroeien tot één grote schildvulkaan.

St. Vincent daarentegen ligt op een plek waar een deel van de Atlantische oceanische lithosfeer met ongeveer 25 mm per jaar ónder de Caribische plaat duikt (figuur 2). De subducerende oceanische plaat bestaat voor een deel uit oceaankorst. Die korst is op zich ‘basaltisch’ maar het basalt is onder water gevormd, omdat de mid-oceanische rug hier (net als bijna overal) ruim onder zeeniveau ligt. Als hete lava onder water stolt, veranderen de kristallen waaruit de lava bestaat en wordt water vastgelegd in het gesteente – de zogenoemde hydrothermale omzetting. Wanneer de oceaankorst uiteindelijk de mantel induikt, gaat er dus ook weer water mee de mantel in. Omdat de oceaankorst erg koud is, zal die niet smelten. Door de beweging naar beneden wordt warme astenosfeer aangezogen (backflow). Wat gebeurt er precies? Het zit ’m in dat water: als de ‘natte’ oceaankorst diep genoeg in de mantel zakt, wordt de druk zo groot dat de zuurstof en waterstof eruit geperst worden. Beide lichte elementen stijgen op door het vaste gesteente en komen samen als water terecht in toestromende hete astenosfeer boven de subducerende plaat. Wat blijkt: als je water toevoegt aan heet gesteente, verlaagt het smeltpunt (meer hierover in het oktobernummer van Geografie). Hier ontstaat basaltisch magma dus door een heel ander proces, ‘nat’ partieel smelten, waarbij magma ontstaat dat veel meer water bevat en ook iets kouder is dan bij droog smelten. Het resultaat is een magma dat taaier is, zich moeilijker een weg baant door de korst, meer gas bevat… allemaal kenmerken die maken dat het uiteindelijk tot explosieve uitbarstingen leidt.

Impact

Je kunt je voorstellen dat de impact van beide vulkaanuitbarstingen op de lokale samenleving onvergelijkbaar is. Soufrière braakt dikke lagen as uit over het noordelijke deel van St. Vincent. In combinatie met regen leidt dat tot lahars, modderstromen van as en brokken lava, en de as vormt een soort cement. Grote delen van de oogst moeten als verloren beschouwd worden. De red zone moest volledig geëvacueerd worden – tijdens de coronapandemie nog wel – en de daken van huizen zullen bezwijken onder het gewicht van de as. Op IJsland vindt de eruptie plaats in onbewoond gebied. En door de effusieve aard vormt die geen enkele bedreiging voor verderop gelegen plaatsen en zelfs nauwelijks voor de dagjesmensen die een paar uur wandelen om naar het spektakel te kijken. De politie heeft wel een aantal keer moeten ingrijpen als mensen gevaarlijk dicht bij nog vloeibare lava komen of door het draaien van de wind plots gevaarlijk veel dampen inademen. En enkele mensen zijn met onderkoelingsverschijnselen afgevoerd – het is wel gewoon vroeg in het IJslandse voorjaar.

Naast alle verschillen is er ook een belangrijke overeenkomst: de vulkanologische diensten die snel handelden en op St. Vincent de evacuatie keurig op tijd afkondigden. Respect!

EXAMENOPGAVE

Oefenen met je leerlingen voor het CSE? Download hier gratis een opgave over deze vulkanen.

BRONNEN

• NEMO SVG (National Emergency Management Organisation), St Vincent and the Grenadines op Twitter @NEMOSVG en Facebook
• YouTube, Filmpje over viscositeit: (IJslandse vulkanen, explosief of niet)