Vulkanen onder het ijs

Vulkaanuitbarstingen die onder ijsmassa’s plaatsvinden zorgen voor de vorming van kenmerkende mineralen, steensoorten en landschappen. Als een vulkaan uitbarst onder het ijs wordt er gesproken over subglaciaal vulkanisme, maar in de breedste zin hebben we het over glaciovulkanisme. Vooral in IJsland vind je voorbeelden van dit samenspel en op de planeet Mars vinden we ook veel aanwijzingen voor glaciovulkanisme

Twee soorten vulkanenvormen

Wie nu naar IJsland reist, kan twee soorten vulkanen in het landschap vinden die dankzij subglaciaal vulkanisme in de laatste ijstijd zijn ontstaan. De meest voorkomende vorm is de tindarlanggerekte puntige bergen die de richting van de grootschalige breuksystemen. Veel markanter is de tuyaeen vulkaan die door aanhoudende erupties door het ijs van de gletsjer naar boven is gesmolten. Na het verdwijnen van het ijs zijn dergelijke vulkanen nu herkenbaar is aan de vlakke top en steile zijkanten. Deze tafelbergen zijn vooral prominent in het landschap van Noord-IJsland en er werd ondermeer door Nederlandse geologen veel onderzoek naar gedaan.

VORMING VAN  VULKANISCH GLAS

Als het vloeibare gesteente in contact komt met water en ijs dan wordt het tijdens de uitbarsting gekoeld en versplinterd tot fijnkorrelig vulkanisch glas. Glas is in feite een steensoort zonder enige kenmerkende structuur. De kristallen die normaal uit vloeibaar gesteente ontstaan tijdens het geleidelijke afkoelen hebben namelijk te weinig tijd om te ontstaan. Als gevolg van de resthitte en aanwezigheid van water verweerd dit basaltisch vulkanisch glas tot een materiaal dat bekend staat als hyaloklastiet

De Fjaðrárgljúfur-kloof met hyaloklastiet
De Fjaðrárgljúfur-kloof in het zuiden van IJsland. De kloof is iets ten westen gelegen van het plaatsje Kirkjubæjarklaustur en is ontstaan door het inslijten van het riviertje door het basaltische hyaloklastiet gesteente. Foto credits: Sebastiaan de Vet

Naast het basaltische hyaloklastiet zijn er ook een aantal plekken in het IJslandse landschap te vinden waar uitbarstingen ryolitisch vulkanisch glas hebben gevormd. Dit vulkanisch glas is een stuk zeldzamer en bevindt zich door de andere samenstelling aan het andere uiterste van het ‘gesteentespectrum’. Het verweert en verkit echter niet zoals de basaltische tegenhanger en dát is een interessant gegeven voor hoe dit soort afzettingen zich mettertijd geomorfologisch ontwikkelen. 

De parel van IJsland

De blauwgrijze berg Bláhnúkur in Landmannalaugar is een prachtig voorbeeld van een ryolitische subglaciale vulkaanuitbarsting. Door de uitstekende bereikbaarheid van de locatie zijn de glasafzettingen van de Bláhnúkur wereldwijd het meest en best bestudeerde voorbeeld van subglaciaal gevormd ryolitisch vulkanisch glas. Ondanks de vulkanologische aandacht voor de ontsluiting, voerde ik er een van de eerste geomorfologische studies uit.

GEOMORFOLOGIE IN EEN GROENE GEUL

Mijn eerste studie in IJsland richtte zich op het bestuderen van puinhellingen in de Grænagil kloof aan de voet van Bláhnúkur. Na de eruptie die de Laugahraun lavavlakte vormde in 1477, zochten de waterstroompjes een nieuwe route. Die vonden ze op het contactvlak tussen het robuuste gesteente van de lavavlakte en het vulkanisch glas van Bláhnúkur. Zo sleet zich een kloof in het landschap. Met de juiste windrichting is die kloof een natuurlijke windtunnel waarin het fijnkorrelige glas wordt weggeblazen en grover materiaal naar beneden stort. Dat proces zorgt voor de vorming van puinhellingen. Doorgaans worden eolische invloeden niet direct gekoppeld aan de vorming van puinhellingen, maar ze bleken hier juist erg relevant. 

In de Grænagil-kloof bestudeerde ik met mijn mentor en latere co-promotor dr. Erik Cammeraat (UvA) hoe die eolische invloed merkbaar én meetbaar is bij de vorming van de voethellingen. We zagen ter plekke de deflatie op de bovengelegen hellingen waarna materiaal zich afstortte an kanaliseerde naar de puinhellingen. Na sedimentologisch onderzoek aan deze afzettingen bleken ze verarmd te zijn in fijnkorrelige fracties (die makkelijk wegwaaien), wat o.a. illustreerde dat in koude droge milieus met slecht gecompacteerd materiaal, de invloed van de wind niet uitgesloten mag worden. Lees hier de vakpublicatie.

De geomorfologische ontwikkeling van voethellingen in de Grænagil-kloof is complex. Ondanks natte periodes zijn er sterke invloeden van de wind. Hier zien we een deel van de helling met duidelijke invloeden van erosie en depositie door water. De bovengelegen helling is ook gevoelig voor winderosie, waar fijn materiaal wegwaait en resterend materiaal zich in droge periodes naar beneden stort. Foto credit: Sebastiaan de Vet / Universiteit van Amsterdam

FYSISCHE VERWERING VAN GRÆNAGIL GLAS

De glasafzettingen in Grænagil blijken erg poreus en de korrels en brokken zijn erg rijk aan vesicles. Het zijn materiaaleigenschappen die mogelijk erg relevant zijn voor de fysische verwering van het materiaal. Het opvriezen van water in de vesicles van waterverzadigd materiaal kan door de expansie van ijs het materiaal verpulveren. En zo kan fysische verwering weer fijnkorrelig materiaal opleveren dat makkelijk wegwaait.

In het lab bestudeerden we verschillende kenmerken van het materiaal. Wat is bijvoorbeeld de deformatie dat het materiaal aankan als het water tot ijs bevriest? En hoe groot zijn de vesicles waar dat water kan intrekken? Op een drukbank bepaalden we de brekingseigenschappen en met kwikporosimetrie (op de UvA hebben we een van de weinig labs waar dit in Nederland mogelijk is), werden de afmetingen van de poriën gemeten. Tot slot werden glasmonsters ook aan verschillende vries-dooicycli blootgesteld om de verpulvering te meten. Deze materiaaltechnische studie gaf met deze aanpak een eerste en uniek beeld van de brekingseigenschappen van dit soort geologisch materiaal. Lees hier de vakpublicatie.

Glaciovulkanisme op de planeet Mars

Op de planeet Mars zijn er verschillende aanwijzingen te vinden die duiden op vulkaanuitbarstingen die in contact met, of zelfs onder het ijs plaats hebben gevonden. Er zijn bijvoorbeeld tuyas rond de noord- en zuidpool aangetroffen. Door de hoogte van het de vlakke toppen te bepalen, kun je een idee krijgen van hoe dik het ijs was ten tijde van de uitbarsting. Rond de noordpool blijkt dat tientallen tot honderden meters te zijn, terwijl de uitbarstingen rond de zuidpool op Mars tafelbergen produceerde die meer dan een kilometer hoog zijn. Ook plofkraters die vormden door het uitvloeien van lava over een ijsrijke ondergrond zijn een voorbeeld van glaciovulkanisme op Mars.

Naast de tafelbergen en plofkraters vind je op de laagste plek in het landschap van Mars en grote zandzee. Het duinzand blijkt een vulkanische oorsprong te hebben en is bovendien zeer rijk aan glas. Van deze zandafzetting wordt daarom gedacht dat het zand ook door glaciovulkanisme is ontstaan. Tijdens dergelijke vulkaanuitbarstingen ontstaat veel smeltwater waardoor het vulkanisch glas met het water meegevoerd werd naar de laaglanden. In deze zandzee zijn er vervolgens onder invloed van de wind zandduinen ontstaan. Dergelijke duinen worden nog altijd actief met de wind verplaatst. Het is een unieke combinatie waar vuur, ijs en wind de ingrediënten zijn geweest voor de vorming van een zeer dynamisch landschap. Door de gelijkenissen van deze plekken op Mars met IJsland, zijn er veel mogelijkheden om IJsland te gebruiken dit soort landschappen en landschapsvormende processen op Mars in meer detail te bestuderen.


Meer weten over glaciovulkanisme?

Kijk eens op de website van de IAVCEI/IACS Joint Commission on Volcano-Ice Interactions met meer onderzoek dat gerelateerd is glaciovulkanisme.