Het opvallendste gegeven over supervulkanen betreft het feit…..dat ze zo ONopvallend zijn! Ik ben pas aan dit artikel over supervulkanen begonnen, nadat ik mij voorafgaand uitgebreid heb verdiept in de processen en mechanismen van ‘gewoon’ vulkanisme. De processen en mechanismen van ‘gewoon’ vulkanisme heb ik vervolgens beschreven binnen dit artikel.
Vulkanologen hebben trouwens een uitgesproken voorkeur voor de term ‘caldera complex’ boven dat van ‘supervulkaan’. Doorgaans is er namelijk sprake van meerdere vulkanen binnen de oppervlakte van een caldera complex en dus niet slechts van een enkele vulkaan. Tevens heeft het er mee te maken dat de term ‘supervulkaan’ impliceert dat er ook in de toekomst telkens opnieuw superuitbarstingen zullen plaatsvinden, wat absoluut niet overeenkomstig de praktijk is.
Waar stratovulkanen een landschap volledig kunnen domineren met hun kegelvorm en waar schildvulkanen vanaf grotere afstanden meestal wel herkenbaar zijn, konden veel supervulkanen gedurende millennia ongemerkt opgaan in het reliëf van het plaatselijke landschap. De meeste supervulkanen werden doorgaans pas na uitgebreid geologisch onderzoek als zodanig geïdentificeerd.
Een en ander is het typische gevolg van het feit dat supervulkanen worden gekenmerkt door relatief laag gelegen caldera complexen van enorme afmetingen. Een caldera is een komvormige krater die ontstaat wanneer het dak van een magmakamer instort. Een caldera complex van een supervulkaan kan gemakkelijk vele tientallen kilometers in diameter zijn en enkele kilometers diep.
Enorme caldera complexen gaan vaak naadloos op in een bergachtig landschap of maken onzichtbaar onderdeel uit van enorme meren of (zee)baaien. Uitbarstingen van supervulkanen zijn namelijk dermate explosief en verwoestend dat er bovengronds weinig zichtbare tekenen meer resteren van vroegere vulkanische activiteit. Gedurende een uitbarsting van een supervulkaan wordt het landschap binnen de omtrek van de enorme magmakamer volledig genivelleerd. Over tijd vullen caldera complexen zich niet zelden met sedimenten, wat ze als zodanig nog lastiger herkenbaar maakt.
Uitgebreide vulkanische of thermale verschijnselen binnen een groter gebied kunnen een eerste indicatie vormen voor het bestaan van een supervulkaan. Geologisch onderzoek van de omliggende gesteenten moet vervolgens uitwijzen in hoeverre er in het verleden sprake is geweest van extreem gewelddadige erupties. Niet zelden is dat pas het moment dat men zich realiseert dat er ergens sprake is van een enorm caldera complex.
Er is officieel sprake van een supervulkaan als één of meer uitbarstingen in het verleden zijn verlopen overeenkomstig een 8 op de Volcanic Explosivity Index. VEI=8 staat voor meer dan 1000 kubieke kilometer aan uitgeworpen pyroclastisch materiaal (tefra). Hoewel in de praktijk ook vulkanen die in het verleden zijn uitgebarsten met een VEI=7 gemakshalve tot de supervulkanen worden gerekend. De VEI-schaal loopt van 0 t/m 8 en is logaritmisch, wat betekent dat 1 punt hoger op de schaal overeenkomt met een in de praktijk 10 maal zo krachtige uitbarsting.
Dit betekent overigens geenszins dat supervulkanen per definitie voorbestemd zijn om telkens weer als supervulkaan uit te barsten. Het merendeel van de uitbarstingen van een caldera complex betreft namelijk ‘gewoon’ vulkanisme.
Volgens vulkanologen ontstaat er een potentiële supervulkaan als een uitzonderlijk dikke en onder omstandigheden elastische aardkorst ter plaatse het onmogelijk maakt voor de magma om door te breken. Zoals dat bij ‘gewoon’ vulkanisme uiteindelijk wel gebeurt. Als gevolg hiervan kan een magmakamer blijven groeien over periodes van tienduizenden tot honderdduizenden jaren. Het lijkt daarbij aannemelijk dat de diepte van de magmakamer en met name het gewicht van de bovenliggende aardkorst hierin een cruciale rol spelen.
Vanwege de gigantische omvang van deze magmakamer en doordat de hete magma een lager soortelijk gewicht heeft dan de omliggende gesteenten neemt de druk op de aardkorst op deze manier alsmaar toe, totdat de aardkorst ter plaatse het uiteindelijk begeeft en breekt. In bepaalde opzichten is dit vergelijkbaar met een strandbal die onder water wordt gehouden en die boven water uitschiet wanneer deze uiteindelijk wordt losgelaten.
Uitbarstingen van ‘gewone’ vulkanen worden in feite geïnitieerd door het bereiken van een bepaalde kritische overdruk in de magmakamer in relatie tot scheuren en breuken in de aardkorst ter plaatse. Uitbarstingen van een supervulkaan daarentegen worden geïnitieerd door het bereiken van een bepaalde kritische opwaartse overdruk van de magmakamer op de plaatselijke aardkorst in zijn geheel.
Je kunt je goed voorstellen dat het laatste proces qua intensiteit vele ordegroottes krachtiger verloopt dan het eerste. Simpelweg omdat de druk hierbij veel hoger kan oplopen. ‘Ryoliet caldera complexen’ behoren daardoor tot de meest explosieve ter wereld, ryoliet zijnde de meest felsische vorm van de uitvloeiingsgesteenten.
Het is belangrijk om op te merken dat dit artikel vanaf hier meer een beredeneerde discussie betreft, dan dat er daadwerkelijk sprake is van bewezen feiten. De huidige kennis van supervulkanen schiet eenvoudigweg tekort om onderstaande discussie op enige andere manier te voeren.
Het siliciumgehalte van de oorspronkelijk aangevoerde magma en de hoeveelheid hierin opgeloste gassen zullen voor een supervulkaan waarschijnlijk minder zwaar tellen dan voor een ‘gewone’ stratovulkaan. Uitbarstingen van supervulkanen zijn vanwege het feit dat de opwaartse kracht van de enorme magmakamer de schaal van de eruptie bepaalt namelijk ordegroottes veel krachtiger dan uitbarstingen van ‘gewone’ stratovulkanen. Zodanig veel krachtiger dat variaties in de samenstelling van de magma er wellicht minder toe doen?
Vanwege het feit dat voor het ontstaan van supervulkanen een uitzonderlijk dikke en onder omstandigheden elastische aardkorst noodzakelijk is, dringt zich de vraag op of supervulkanen herhaaldelijk op dezelfde plaats als supervulkaan kunnen uitbarsten? Immers, na een superuitbarsting zal de aardkorst ter plekke zijn structurele integriteit grotendeels hebben verloren.
Enerzijds suggereert dit dat de opbouw van de enorme opwaartse druk als gevolg van een enorme magmakamer niet nogmaals op dezelfde plek kan plaatsvinden. Anderzijds is het goed voorstelbaar dat juist de diepte van de magmakamer en met name het gewicht van de bovenliggende aardkorst hierin een cruciale rol spelen.
Het lijkt aannemelijk dat het laatste feit in veel gevallen zwaarder zal wegen dan een eventuele structurele ongereptheid van de aardkorst ter plaatse. Voorafgaand aan een superuitbarsting was er binnen een caldera complex immers ook vaak al sprake van vulkanische activiteit. Niettemin is het ook goed voorstelbaar dat een superuitbarsting de aardkorst ter plekke zodanig deformeert, dat er vervolgens alleen nog maar ‘gewoon’ vulkanisme plaatsvindt.
Doordat de Noord-Amerikaanse plaat feitelijk over de Yellowstone-hotspot in zuid-westelijke richting beweegt, bevinden de hotspot en de resulterende enorme magmakamer zich bij iedere successievelijke uitbarsting in principe op een andere plek. De drie meest recente Yellowstone-caldera’s liggen niettemin in geografisch opzicht erg dicht bij elkaar en lijken elkaar op sommige punten zelfs te overlappen.
Niettemin was er in het verleden blijkbaar sprake van voldoende structurele integriteit en/of voldoende diepte van de magmakamer en gewicht van de bovenliggende aardkorst om herhaaldelijk supervulkanisme te ondersteunen. Nieuwe superuitbarstingen vallen hier ook voor de toekomst daarom niet uit te sluiten.
Een eendere vraag geldt de Campi Flegrei, een veronderstelde supervulkaan (VEI=7) in de buurt van Napels. De Campi Flegrei is het gevolg van de subductie van de Adriatische of Apulische plaat onder de Euraziatische plaat. De opstijgende partiële smelt lijkt zich hier in principe dus niet te verplaatsen. Kan de Campi Flegrei derhalve herhaaldelijk als supervulkaan uitbarsten?
Dit lijkt onwaarschijnlijker in zoverre de structurele integriteit van de aardkorst de doorslaggevende factor is, maar waarschijnlijker in zoverre de diepte van de magmakamer en gewicht van de bovenliggende aardkorst doorslaggevend is. Welke kant het dubbeltje ook opvalt, er kunnen zich in de toekomst sowieso nieuwe heftige ‘gewone’ vulkaanuitbarstingen met enorme regionale gevolgen voordoen. Zulke uitbarstingen zijn voor caldera complexen sowieso vele malen talrijker dan superuitbarstingen.
En in zoverre de diepte van de magmakamer en gewicht van de bovenliggende aardkorst inderdaad doorslaggevend is, dan valt supervulkanisme hier ook voor de toekomst niet uit te sluiten.
Op voorhand is niet goed te voorspellen welke caldera complexen herhaaldelijk in staat zullen zijn om superuitbarstingen te genereren. Veel zal afhangen van de geologie ter plaatse. Alsmede van óf de structurele integriteit van de aardkorst óf de diepte van de magmakamer en gewicht van de bovenliggende aardkorst doorslaggevend zal zijn.
Ook blijft grotendeels onduidelijk welke factoren binnen caldera complexen aanleiding geven tot ‘gewoon’ vulkanisme en welke tot superuitbarstingen en wat er toe leidt dat deze balans in de loop van de tijd herhaaldelijk kan verschuiven?
[Fotocredits – Sergii Figurnyi © Adobe Stock]
