Forskning under vulkanen

ISLAND

- I felten tar vi ofte prøver på 15-20 kilo, så ryggsekken kan bli tung, sier førsteamanuensen i geologi fra Universitetet i Oslo.

Reidar Trønnes studerer også materialegenskapene 600 til 700 kilometer under føttene våre.  Disse er avgjørende for Jordas tidligste utvikling og indre liv.

For to år siden fikk han permisjon fra sin faste stilling ved Mineralogisk-geologisk museum på Tøyen for å tilbringe fire år i Reykjavik. Her er han gjesteforsker ved Nordisk Vulkanologisk Institutt, en felles nordisk institusjon som er en del av Universitetet på Island. Trønnes er en del av gruppen som jobber med geokjemi, petrologi og vulkanologi. Det vil si at han i hovedsak driver med laboratorieundersøkelser av bergarter.

I en av instituttets firehjulsdrevne jeeper forserer vi snødekte islandske fjellveier. Vi passerer vulkaner, forkastninger og varme kilder som sender søyler av damp ut i den kalde vinterlufta. Men det er steinene vi har plukket med oss Trønnes er mest interessert i. De forteller om prosessene som foregår dypt nede i Jorda der de vulkanske smeltene, eller magmaene, blir til.

- Jeg er fascinert av prosessene i Jordas dype indre, og Island byr på enestående muligheter til å studere dem, sier Trønnes.

Løftet av varm strøm

Det spesielle med Island er at øya er løftet opp av en varm strøm fra mer enn 1000 kilometers dyp. Materialet i den varme strømmen er fast, som i en isbre, men begynner å smelte omtrent 100 kilometer under overflaten fordi trykket fra de overliggende massene reduseres under oppstigningen.  Smeltemassene gir stor vulkansk aktivitet på Island.

Den midtatlantiske ryggen, som er grensen mellom den eurasiske og den nordamerikanske platen (se faktaboks ), passerer også gjennom Island. Størstedelen av Jordas midthavsrygger ligger mer enn 2500 meter under havoverflaten, men på Island finner man dem altså over havnivå. Øya er derfor et unikt naturlig laboratorium. Dersom du trekker en linje gjennom midthavsryggene sør og nord for Island, går den 150 til 200 kilometer vest for isbreen Vatnajökull der den varme søylestrømmen kommer til overflaten.

REVNE: Almannagjá ved Thingvellir er Islands mest kjente forkastning. Her slites to lithosfæreplater sakte fra hverandre. Geofysikerne ved Nordisk Vulkanologisk Institutt kartlegger disse jordskorpebevegelsene.   Foto: Håkon Mosvold (©)

- Ryggene flytter seg sakte vestover i forhold til strømmen, slik at riftsonene på Island må hoppe østover for å holde seg nær søylestrømmen.  Dermed oppstår et komplisert, men lærerikt mønster av riftsoner, forkastninger og vulkaner, forklarer Trønnes.

Forskningen hans er todelt. For det første studerer Trønnes den kjemiske utviklingen av smeltene som dannes under Island. Prøvene fra steinbruddet blir undersøkt i mikroskop og ved kjemisk mikroanalyse. En del av materialet blir knust, siktet og separert.  Trønnes sitter da igjen med rene produkter av grunnmasse og mineraler i lavasteinen.  Produktene blir malt til pulver, løst opp i syre og analysert i kjemiske laboratorier. Trønnes bestemmer konsentrasjonene av 50 grunnstoffer og de nøyaktige isotopforholdene for 6-8 av disse.

Dataene gir innsikt i smelteprosessene i mantelen under Island og i de prosessene som forandrer sammensetningen av smeltene på vei oppover i jordskorpen. Trønnes får også "fingeravtrykk" av det materialet som smelter i mantelen. Det viser seg for eksempel at mantelen under Island inneholder materiale fra havbunnsplater som har sunket ned i mantelen for 400-500 millioner år siden.

Simulerer Jordas indre

Den andre delen av forskningen hans er eksperimentelle undersøkelser av kjemiske likevekter mellom mineraler og smelter under forhold som svarer til 600-700 kilometers dyp nede i mantelen. Eksperimentene utfører Trønnes under gjesteopphold ved høytrykkslaboratorier i Tyskland og Japan. Her presses mantelmateriale sammen og varmes samtidig opp til 1800-2400 grader.  Produktene undersøkes ved elektronmikroskopi og kjemisk mikroanalyse slik at forholdene mellom ulike mineraler og smelter kan bestemmes.

- Men hva er egentlig poenget med disse eksperimentene ?

- De kjemiske likevektene mellom mineraler og smelte under slike høye trykk gir innsyn i Jordas tidligste utvikling. I begynnelsen var nemlig Jorda så varm at den smeltet i stor skala, selv dypt nede i mantelen. I dag foregår smelting bare i de øvre 100-200 kilometer i mantelen.  Dagens prosesser i Jordas dype indre blir i stor grad påvirket av en markert grense mellom ulike mineraltyper på 660 kilometers dyp. Denne grensen er kartlagt ved hjelp av jordskjelvbølger, og den skyldes overgang til høytrykksmineralet perovskitt, som er Jordas viktigste mineral. Forskjellene i materialegenskaper over og under 660 kilometers dyp er avgjørende for hvordan nedgående kalde plater og oppgående varme søylestrømmer - som den under Island - bremses opp eller akselereres. Vi må skaffe oss god oversikt over hva som skjer her for å kunne forstå utviklingen av planeter som Jorda, Venus og Mars, sier Trønnes.

Bidrag til forståelsen av Jorda og naboplanetene kommer også fra studier av den vulkanske aktiviteten og de vulkanske produktene på varmestrømsøyer som Island og Hawaii.

- Vår innsikt i det globale miljøet og våre egne levekår er avhengige av denne forståelsen, sier han.

Venter på utbrudd

Vi har fullført rundturen på Island og fått med oss riftsonen Almannagjá ved Thingvellir, som er Islands mest kjente forkastning. Trønnes setter kurs tilbake mot Reykjavik og Nordisk Vulkanologisk Institutt.

 - Men hva gjør egentlig en vulkanforsker dersom det kommer et vulkanutbrudd?

 - Da rykker vi ut. Ofte benytter vi fly for å få bedre oversikt over området. Dessuten tar vi prøver av lava, aske og varme kilder, og vi følger med i jordskjelvaktiviteten og måler høydeforandringene som skjer i nærheten av vulkanene.

 - Har du vært med på det?

- Nei, det har ikke vært noen vulkanutbrudd de to årene jeg har vært på Island. Men særlig vulkanen Katla venter vi på med stor spenning. I historisk tid har Katla nesten alltid hatt to utbrudd hvert århundre. Det forrige var i 1918, sier Reidar Trønnes.