Vetenskapsområdet för teknik och naturvetenskap

Vulkanernas hemlighet

Steffi Burchardt framför vulkanen Payun i Argentina.

Det är ingen risk för utbrott när vulkanforskaren Steffi Burchardt är ute på forskningsexpedition. Hon undersöker döda vulkaner som hade vulkanutbrott för miljontals år sedan. Men livet som forskare ute i fält ändå fullt av dramatik och nya upptäckter.

Än finns mycket kvar att lära sig om vulkanerna och hur det går till när magma från jordens inre tränger upp ur jordskorpan vid vulkanutbrott. En av dem som är med och samlar kunskap är Steffi Burchardt.

Hennes favoritresmål är Island och det var också där hennes senaste stora upptäckt gjordes: att flytande magma kan spricka. Det var sommaren 2016 när hon och doktoranden Tobias Mattsson undersökte en 11, 7 miljoner år gammal magmakammare vid bergets yta.

– Vi tänkte göra en 3D-karta av magmakammarens form och se hur magman hade strömmat in i vulkanen. Vi var helt fokuserade på att ta reda på om det omgivande berget hade spruckit och hur magman, lika trög som jordnötssmör, hade strömmat in, berättar Steffi Burchardt.

Tidigare har man trott att det bara är berget kring magmakammaren som kan spricka under ett vulkanutbrott, men när de gjort sina mätningar och tagit sina stenprover upptäckte de att det fanns konstiga sprickor i den stelnade magman.

– De såg inte ut som någonting man förväntade sig att hitta där. I början var vi helt förvirrade: ”Vad är det här”? Det såg inte ut som systematiska sprickor men inte heller kaotiska. Blir man sådär förvirrad av en upptäckt så gäller det bara att studera mer, att fortsätta och samla in fler observationer.

Så de fortsatte och hittade sprickor i berget som passade väldigt bra ihop med mönstren som de hade sett tidigare, men hade fortfarande ingen aning om varifrån de kom.

Först efter några månader hemma sågade de till stenproverna i 20 mikrometer tunna skivor och tittade på dem i mikroskop.

– Då plötsligt förstod vi att det faktiskt var magman som hade deformerats och spruckit medan den trängde in i magmakammaren, säger Steffi Burchardt.

– Vi hade läst jättemånga artiklar om experiment och lavaflöden och försökt hitta svar överallt, men det tog ungefär ett halvt år. Det var en jättespännande process – man går från total förvirring till en viss eufori.

I november 2017 fick hon anslag från Wallenbergsstiftelsen för att undersöka vidare hur flytande magma kan spricka. Målet är att förstå hur sprickbildningen kan påverka allt ifrån förutsägelser av vulkanutbrott, till utfällning av ädelmetaller och hur oljereservoarer formas.

Upptäckten att flytande magma kan spricka gjordes på Island. Foto: Steffi Burchardt

Runt om i världen finns massor av vulkaner, en del aktiva och andra sedan länge slocknade. Det är väldigt dynamiska system, som kan vara vilande i tusentals år, men sedan vakna och inom några månader få ett utbrott.

Ändå är det många som bosätter sig i närheten av vulkaner, till exempel i Neapel i Italien, men också i Filippinerna, Indonesien och Afrika. Anledningen är tillgången till geotermisk energi som kan utvinnas ur aktiva vulkaner.

Förutom värmen i jorden är det väldigt bördig mark. Redan innan det fanns geotermiska kraftverk attraherades folk av varma källor, till exempel de vikingar som bosatte sig på Island på 800-talet. Reykjavik betyder ju ”rökande bukt”.

Även i Sverige har vulkanismen spelat en viktig roll. Här dog de yngsta vulkanerna ut för 100 miljoner år sedan i Skåne och de mest betydelsefulla vulkanerna var aktiva för 1,9 miljarder år sedan. På den tiden var det som nu är Bergslagen ett grundhav med stora vulkaner och väldigt explosiva utbrott. Så bildades en del av den kontinent vi lever på idag, berättar Steffi Burchardt.

– Vulkanerna sprutade aska och i havet fanns också de första reven, som producerade kalksten. Det blev en kemisk reaktion som bildade järnmalm, silver och guld. Så alla våra malmförekomster i Bergslagen är vulkaniska i ursprunget.

I andra delar av världen har vulkaner varit med och bildat oljereservoarer. De norska oljefyndigheterna i Nordsjön är ett exempel, ett annat är Argentinas största oljefält i norra Patagonien i Argentina. Där har Steffi Burchardt varit på fältundersökning inom ett internationellt projekt. Projektet handlar om magmatransport och magmakammare i så kallade sedimentära bassänger. De består av lager på lager av sediment som avlagrats under många miljoner år – sand, lera och organiskt material, bland annat dinosaurieben.

– Det har visat sig att det var när magman trängde in mellan lagren som det blev rätt tryck och temperatur för att olja skulle kunde bildas av organiskt material. Så utan vulkanerna hade det inte funnits olja där, berättar Steffi Burchardt.

På expedition i Argentina, där vulkanerna har
spelat en viktig roll för bildningen av olja.
Foto: Steffi Burchardteffie

Hon var där för att studera en gammal vulkan som slocknade för fem miljoner år sedan och där delar av magmakammaren ligger vid jordytan nu.

Stelnad magma är hårdare än berget runtomkring, som är lite mjukare och eroderas bort. Därför kan en gammal magmakammare vara så lättillgänglig att forskarna kan gå runt i den och mäta strukturen.

Numera använder de modern teknik, till exempel en drönare som kretsar runt och tar bilder. Och även i Argentina har Steffi Burchardt tittat efter sprickor i magman.

– När jag varit på Island och gjort den där upptäckten kollade jag mina bilder från Argentina och det visade sig att det fanns sprickor även där. När jag sedan i mars 2017 reste tillbaka till Argentina tog jag mig extra tid att leta efter sprickorna och de fanns överallt!

Ute i fält brukar de mäta strukturen med geologisk kompass eller använda en app i mobiltelefonen för att göra samma mätning fast digitalt. Sedan tar de mätningarna och kartan och bygger 3D-modeller i datorn.

Forskarna tar också med sig stenprover för att undersöka hemma, till exempel med mikroskop.

– Nu är ju magman stelnad, men vi vill veta: Hur trögflytande var den egentligen när magmakammaren bildades? Hur betedde sig magman då? Och det kan man med ganska stor precision räkna ut när man har sammansättningen och andelen kristaller.

En viktig fråga är hur sprickorna påverkar magmakammarens permeabilitet, det vill säga genomsläpplighet, och hur mycket vatten som kan passera. Bara att sprickorna finns tyder på att magmakammaren är mycket mer porös än man har trott.

– Det skulle kunna betyda att geotermiska kraftverk kan bli mer effektiva i sådana magmakammare, eftersom mer vatten kan cirkulera och värmen lättare kan lämna den stelnade magmakroppen, säger Steffi Burchardt.

– En annan aspekt på sprickande magma är hur malmer bildas. Idag antar man att kemiska ämnen i magman – som platina, guld och koppar – extraheras från ytan av magmakammaren. Men om nu magma spricker när den fortfarande är varm, vad betyder det för hur ämnen extraheras ur magman? Det finns jättemånga intressanta effekter.

Steffi Burchardt bygger 3D-modeller av vulkaner
i sin dator. Foto: Mikael Wallerstedt

Steffi Burchardt har forskat om vulkaner i ungefär 15 år. När hon läste grundutbildningen i geovetenskaper i Göttingen i Tyskland, åkte hon på en expedition till Kanarieöarna, som ju är uppbyggda av vulkaner.

– Jag tyckte det var jättespännande strukturer, jag hade läst strukturgeologi och tyckte att vulkanerna där var häftiga och vackra. Sen skrev jag min mastersuppsats om ett område på Island.

Hon gillar att fotografera och datorn är full av bilder på vulkaniska landskap, som inte liknar några andra landskap.

– Färgerna, de vassa formerna… Även när det inte är så jättefint väder så är det magiskt.

När solen kommer fram över mossa, vatten och glaciärer… Det är väldigt rena färger. Att få vara på ställen helt ensam gör att man ser naturen på ett helt annat sätt.

En fältexpedition till Island kan vara i en vecka, men att resa till Argentina tar längre tid och väl på plats krävs mer logistik. All mat och allt vatten måste transporteras.

– Det finns inga vägar så vi får köra bil genom torra flodbäddar. Ibland kör vi fast för att en taggig buske växer mitt i vägen, så det tar ganska lång tid.

Nu senast bodde de i tält och lagade mat över öppen eld. Det fanns inga toaletter och ingen dusch och de tvättade sig i en liten källa i närheten. När de senast var där blev det storm. Det började regna och hagla, med hagelkorn stora som körsbär, och plötsligt började den torra flodbädden att fyllas med vatten.

– Två i gruppen bara sprang iväg och så kom det en flodvåg, så det var ganska äventyrligt. Vi fick gå en annan väg och vänta lite, för lika fort som vattnet kom lika fort försvann det. Vi tog oss tillbaka till bilarna och kunde köra tillbaka till lägret men var ganska blöta allihop.

De reser alltid i grupp och är aldrig ensamma ute i fält. Det finns en risk att man trampar fel och bryter ett ben, samtidigt som det ofta är dåliga kommunikationer med omvärlden.

– På Island har man inte alltid mobiltäckning och i Argentina är det hopplöst, så det är viktigt att man vet vägen tillbaka. Det är lite mer äventyrligt än att sitta här på kontoret, konstaterar Steffi Burchardt.

Arbetet på kontoret är också en viktig del av forskningen – här kan hon vrida och vända på 3D-modeller, mäta och analysera. Men för henne är det viktigt att komma ut och vara nära naturen.

– Som geolog och naturvetare vill jag vara nära det som jag studerar. Även om jag använder datorer, drönare, mikroskop och avancerade mätmetoder så är det grundläggande för mig ändå att förstå naturen.

De reser alltid i grupp och är aldrig ensamma ute i fält. Foto: Steffi Burchardt

På hennes arbetsplats, institutionen för geovetenskaper, finns också seismologer som lyssnar efter jordskalv som kan förebåda vulkanutbrott.

– Jag brukar jämföra dem med kardiologer, som lyssnar på hjärtslagen, på symtomen, medan jag är som en patolog som undersöker döda vulkaner. Jag vill förstå mekaniken, hur fungerar det? Hur ser en magmakammare egentligen ut?

Varje jordskalv gör en spricka i marken och det är dessa som seismologerna mäter. Är de tillräckligt stora så kan de mätas även flera kilometer bort. Kunskapen kan också användas för att förutsäga vulkanutbrott.

– Om man kan mäta symtomen på ytan, till exempel jordskalv, och relatera det till processer i vulkanen så är det mycket lättare att förstå om utbrottet är nära eller inte. Själva förståelsen för processer i vulkanen bidrar till att alla såna prognoser blir lite säkrare.

Nyligen har en vulkan på sydöstra Island visat aktivitet, vilket har väckt viss uppmärksamhet i media. Det är Islands största vulkan både höjdmässigt och storleksmässigt, men det finns inte så mycket observationer att luta sig mot. Den har nämligen bara haft två utbrott och det senaste var 1727 –28.

– Vi vet inte om den kommer att ha utbrott eller bara rörde på sig i sömnen. Eftersom det var mycket jordskalv och geotermisk aktivitet och värme under glaciären, så trodde man att magma möjligtvis är på väg upp. Men det kan vara så att magma stannar på väg in i vulkanen och den behöver inte nödvändigtvis komma upp till ytan. Den har lugnat ned sig lite grand, säger Steffi Burchardt.

2018-06-21