Vulkaner har skremt og fascinert oss mennesker gjennom alle tider, og forskerne får stadig mer kunnskap om de naturlige og voldsomme vulkanske hendelsene som kommer av magmaens krefter nede i jorda.
– De fleste kjenner til de romerske byene Pompeii og Herculaneum, som ble ødelagt under utbruddet til Vesuv i år 79 etter Kristus. Andre utbrudd i nyere tid er det som skjedde på øya Hunga Tonga–Hunga Haʻapai i Sør-Stillehavet i 2022 som ble hørt i Alaska syv timer senere, 10 000 kilometer unna, sier Hans Jørgen Kjøll, som er geolog og forsker ved Institutt for geofag ved Universitet i Oslo (UiO).
Kjøll og forskerkollegaene Olivier Galland ved UiO og Thomas Scheiber ved Høgskolen på Vestlandet står bak en nylig publisert studie i Nature Communications. De har sett på magmaens krefter og hvordan magma beveger seg gjennom jordskorpen på vei mot overflaten.
Høyt trykk kan gi lava jets
Magmaens vei til overflaten blir ofte sett på som passiv, at den flyter gjennom allerede eksisterende sprekker, men det er sjeldent sannheten. Under Fagradalsfjall-utbruddet på Island i 2021 ble det målt lavafontener, som skjøt lava opptil 460 meter rett opp i lufta. Det samme ble det på Kīlauea-vulkanen på Hawaii i det pågående utbruddet der. Til sammenligning ligger toppen av ovarennet i Holmenkollbakken på 425 meter over havet.
– Kraften bak slike lava-jets kommer fra det enorme trykket i magmaen. Trykket er så sterkt at magmaen nede i jordskorpen presser seg frem, åpner nye sprekker og deformerer bergartene rundt, forklarer Kjøll.
Så hva skjer egentlig på veien opp – de mange kilometerne med jordskorpe magmaen må tilbakelegge før den når overflaten?
Magmaens ferd til overflaten
Før magmaen når jordoverflaten må den finne veien gjennom den rundt 15 til 30 kilometer tykke jordskorpen.
De øverste ti kilometerne er relativt kalde, og bergartene sprekker når magmatrykket bygger seg opp og tvinger nye sprekker fremover i rykk og napp.
Faktaboks:
Lava: Smeltet stein fra et vulkanutbrudd på eller over jordoverflaten.
Magma: Smeltet stein ved vulkansk aktivitet under jordoverflaten.
Sprø deformasjon: Bergartene sprekker opp langs bruddflater når spenningen blir stor nok.
Duktil deformasjon: Bergartene deformeres permanent, endrer gradvis form, uten å sprekke.
– Lengre nede i jordskorpen er bergartene gjerne mykere og deformeres vanligvis med duktile prosesser. Men fordi magmaen beveger seg så raskt, klarer ikke den mer langsomme duktile deformasjonen å henge på. Bergartene rundt magmaen ender med å sprekke opp, forklarer Kjøll videre.
Enormt trykk kan deformere bergartene
Den nye studien viser at det ikke er hele bildet. Magmaens kraft kan være så stor at den kan deformere bergartene omkring. Det kan sees i fjellmassivet i Sarek nasjonalpark. Noe som har gitt forskerne ny forståelse av hvordan magma kan påvirke omkringliggende bergarter.
– Når vi var ute i felt kunne vi se at bergartene rundt magmagangene var presset så hardt sammen at de var foldet. Det forteller oss at magmatrykket har vært enormt – og bergartene rundt må ha vært overraskende svake, sier Kjøll.
– I tillegg kan vi vise at denne deformasjonen har gått ekstremt raskt, fordi den må ha skjedd mens magmaen var flytende.
UiO-forskerne ser beviser i bergarter som var dannet på rundt 10-15 kilometer dybde i jordskorpa, som nå er eksponert i fjellsider i Sarek-nasjonalpark i Sverige.
– Feltarbeidet i studien har vært eksepsjonell. Å få være to uker i forskningsøyemed i nasjonalparken og klatre i dette spennende fjellmassivet sammen med en profesjonell klatrer har vært en utrolig kul opplevelse, sier Kjøll.
Millioner av år på én dag
Ved å beregne hvor lenge magmaen i sprekkene var flytende kunne forskerne estimere hvor raskt den duktile foldingen skjedde. Resultatet var oppsiktsvekkende:
– Ved å undersøke magmagangene i bergartene fant vi at prosesser som vanligvis tar millioner av år under store fjellkjeder hadde skjedd på under ett år – og noen steder i løpet av én dag. I et geologisk perspektiv er dette ekstremt raskt. De raske prosessene er drevet av de høye temperaturene som kan oppstå i områder hvor jordskorpen strekkes og det er mye vulkanisme, sier Olivier Galland, vulkanolog og medforfatter av studien.
Observasjonene utfordrer en lenge antatt hypotese om at spenninger fra magmaens ferd mot jordoverflaten hovedsakelig blir tatt opp av elastiske mekanismer i jordskorpen.
Forskerne viser derimot i sin nye studie at magmatrykket er kraftig nok til å fysisk presse sammen og folde bergartene rundt magmagangen – som å klemme en myk leireklump. Bergartene gir etter og endrer form permanent, i stedet for å fjære tilbake som man tidligere har antatt.
Et sjeldent vindu ned i jordens indre
Observasjonene ble gjort i Sarek nasjonalpark som ligger nord i Sverige. I området blottlegges dype deler av en kontinental rift à la den østafrikanske riften. Her kunne de studere vulkanske prosesser som normalt foregår 10-15 kilometer under bakken, som nå er kommet til overflaten etter millioner av år med erosjon.
– Sarek fungerer som et geologisk laboratorium der sluttproduktene av prosesser som river et kontinent i stykker og danner nytt hav, ligger rett foran oss, sier geolog og tindeveileder Thomas Scheiber, medforfatter på studien. Han forsker også innen geofarer ved Høgskulen på Vestlandet.
Forskerne fremhever at det er svært sjeldent i den geologiske lagrekken å finne så store områder blottlagt fra så store dyp som fortsatt viser de primære relasjonene mellom magma og vertsbergarten. Vanligvis blir slike bergarter omvandlet på vei til jordoverflaten, men i Sarek har de overlevd en høyst strabasiøs geologisk reise.
En film fra feltarbeidet i Sarek nasjonalpark kan sees på YouTube:
Den vitenskapelige artikkelen:
Kjøll, H.J., Scheiber, T. & Galland, O. Rapid viscous flow of crustal rocks controls dyke emplacement in the ductile crust. Nat Commun 17, 785 (2026).
Annen informasjon:
Forskerne har arbeidet i dette området før, lese mer om dette på titan.uio.no: Langs dette fjellet går geologene rett ned i jordas indre
Forskningsprosjektet Beyond Elasticity – How inelastic properties of crustal rocks control the propagation of dykes and sills in vulcanic plumbing, er støttet av Norges forskningsråd gjennom FRIPRO-ordningen.
