Forsking på modeller er tryggere enn feltarbeid. Her strømmer lava ned fra vulkanen Piton de la Fournaise 15. september i fjor. (Foto: Richard Bouhet, AFP, NTB scanpix)
Forsking på modeller er tryggere enn feltarbeid. Her strømmer lava ned fra vulkanen Piton de la Fournaise 15. september i fjor. (Foto: Richard Bouhet, AFP, NTB scanpix)

Forsker på vulkaner med pulver og matolje

Vulkanforskere mener de har utviklet verdens første universalmodell som viser hvordan flytende magma trenger inn i bergarter. Det ultimate målet er å utvikle et pålitelig varslingssystem for vulkanutbrudd.

Publisert

Forskning på aktive vulkaner er risikabelt og farlig.

Undersøkelser av inaktive vulkaner byr på andre utfordringer, siden svarene ligger langt, langt nede i jordskorpen.

Derfor er vulkanforskning vanligvis basert på modellforsøk.

Fysiske modeller kan bidra til å forklare hva som skjer når en vulkan har utbrudd og hvordan landskapet formes av de vulkanske kreftene.

Siden alle vulkaner er forskjellige, har forskere bygget modeller som etterligner den enkelte vulkan.

Frank Guldstrand (t.v.), Olivier Galland og Tobias Schmiedel har utviklet en enkel måte å modellere vulkanutbrudd på – med matolje som magma og to typer pulver som representerer jordskorpen. (Foto: Dag Inge Danielsen, UiO)
Frank Guldstrand (t.v.), Olivier Galland og Tobias Schmiedel har utviklet en enkel måte å modellere vulkanutbrudd på – med matolje som magma og to typer pulver som representerer jordskorpen. (Foto: Dag Inge Danielsen, UiO)

Fant riktig blandingsforhold

Slik var det inntil forsker og geolog Olivier Galland for noen år siden utviklet en metode for universelle modellforsøk. Siden 2015 har han vært tilknyttet Senter for geologiske prosessers fysikk ved Universitetet i Oslo.

Vulkanske fakta

Magma er smeltet stein inne i vulkanen og under jordskorpen.

Magmaen er lett og under høyt trykk, og kan trenge opp til overflaten mellom tyngre skorpebergarter og strømme ut som følge av jordskjelv og vulkanutbrudd eller gjennom sprekker og ganger i jordskorpen.

Smeltet stein som kommer ut av en vulkan og til overflaten, kalles lava.

Han begynte å eksperimentere med ulike pulver og oljer da han var masterstudent ved universitetet i Rennes i Vest-Frankrike i 2001.

Etter mye prøving og feiling fant han at to typer pulver kunne brukes i ulike blandingsforhold for å representere jordskorpens bergarter.

Med disse materialene i en gjennomsiktig boks av pleksiglass, og med en magmasøyle av matolje, kunne han eksperimentere med ulike scenarier.

Målet var å komme nærmere svarene på de store spørsmålene: Hva gjør at magma strømmer ut og påvirker bergartene i jordskorpen på helt forskjellige måter? Er dynamikken i magmastrømmen nøkkelen til å forstå hvordan vulkaner former landskapet eller ligger svaret i de omkringliggende bergartene som danner jordskorpen? Kanskje er det et samspill?

– Siden hvert utbrudd har sitt unike forløp, bruker vi fysikk og modellforsøk for å identifisere og forklare de viktigste årsakssammenhengene, sier Galland.

Her gjør forskerne et modellforsøk med sirup og silikia-pulver, for å simulere hvordan magma trenger inn i jordskorpen. (Foto: Frank Guldstrand, UiO)
Her gjør forskerne et modellforsøk med sirup og silikia-pulver, for å simulere hvordan magma trenger inn i jordskorpen. (Foto: Frank Guldstrand, UiO)

Jakten på jordskorpepulveret

Galland tok doktorgraden på vulkanmodellering ved universitetet i Rennes 2004. Da han startet arbeidet, hadde han bare to materialer å velge mellom da han ville modellere jordskorpen for vulkanforsøk, ett stivt og ett mykt materiale.

– Men geologien er jo ikke slik at bergartene er enten ekstremt stive eller ekstremt myke. Det aller, aller meste befinner seg på en skala imellom. Dermed startet jakten på materialer jeg kunne bruke i modellforsøkene. Etter seks måneder kom jeg fram til at silikapulver og glassperlepulver var de beste alternativene. Alt etter hvordan de blandes, kan vi lage replika av jordskorpe med ulik viskositet, eller stivhet, forklarer Galland.

Til å begynne med var kollegene svært skeptiske, men de ble overbevist da de så at modellforsøkene faktisk kunne forklare fenomener som vi ser i naturen og som tidligere ikke var blitt forklart.

Hvordan kan man forklare at magma strømmer ut i de omkringliggende bergartene på helt forskjellige måter? Forsøkene viste at variasjonene ofte kan forklares ut fra bergartenes egenskaper.

Tobias Schmiedel er ekspert på modellering av vulkaner og har påvist at omkringliggende bergarter har større betydning enn tidligere antatt. (Foto: Dag Inge Danielsen, UiO)
Tobias Schmiedel er ekspert på modellering av vulkaner og har påvist at omkringliggende bergarter har større betydning enn tidligere antatt. (Foto: Dag Inge Danielsen, UiO)

Vulkan-entusiasten Galland kom til Universitetet i Oslo i 2005,hvor han videreutviklet modellen og etter hvert så en ny og forbedret metode dagens lys.

Første vulkanmodell i sitt slag

Frank Guldstrand og Tobias Schmiedel har begge nylig tatt doktorgrad på vulkanforskning, og har bidratt til å videreutvikle Gallards modell.

– Det handler om hvordan magma strømmer ut i jordskorpen og fortrenger og endrer bergarter på forskjellige måter. Til nå har man gått ut fra at hovedforklaringen ligger i magmastrømmen. Vi viser at sammensetningen av bergarter i jordskorpen er minst like viktig, forklarer Tobias Schmiedel.

Frank Guldstrand er ekspert på eksperimentell geovitenskap. Han mener det er mulig å utvikle pålitelige varsler av vulkanutbrudd. (Foto: Dag Inge Danielsen, UiO)
Frank Guldstrand er ekspert på eksperimentell geovitenskap. Han mener det er mulig å utvikle pålitelige varsler av vulkanutbrudd. (Foto: Dag Inge Danielsen, UiO)

Schmiedels forskning viser at omkringliggende bergarter har større betydning enn tidligere antatt. Magma som strømmer ut i harde bergarter skaper tynne, horisontale former, mens inntrengning av magma i bløte bergarter gir tykkere og mer oppreiste former.

Vulkanutbrudd kan ha utallige former og forløp.

– Noe av det fascinerende med vulkaner er de ulike formene som dannes i naturen. Mine kolleger og jeg har vært opptatt av å utvikle en modell som kunne representere hele mangfoldet og simulere variasjonene som vi ser i naturen. Vår modell er den første som kan gjøre dette, sier Olivier Galland.

Ingen vulkaner oppfører seg likt

De tre vulkanforskerne har fortsatt ingen universell forklaring på vulkaners oppførsel, men de har slått fast at sammenhengene er mer komplekse enn forskerne har vært klar over.

Frank Guldstrand mener det er mulig å utvikle pålitelige varsler av vulkanutbrudd, men at det ennå gjenstår å forklare hva som utløser og styrer magmastrømmen.

Han viser til et lovende varslingssystem som er basert på bevegelser i jordskorpen nær en av verdens mest aktive vulkan, Piton de la Fournaise, på den franske øya Réunion i Det indiske hav. Denne vulkanen har hatt en rekke utbrudd i senere tid, blant annet i juli 2018.

– Varslingssystemet på denne øya analyserer mønsteret av deformasjon etter utbrudd på lignende måte som det vi har gjort i våre eksperimenter. Vi ser at naturen oppfører seg slik vi har påvist i våre modellforsøk, og derfor har vi tro på at vi en dag vil kunne lage gode systemer for prognoser på hvor det vil komme utbrudd, sier Guldstrand.