Precis som en tonåring som vill bli äldre, vulkaner kan ljuga om sin ålder, eller åtminstone om deras verksamhet. För barn, det kan vara små vita lögner, men vulkaner kan berätta stora lögner med stora konsekvenser.

Vår forskning, publiceras idag i Naturkommunikation , avslöjar en sådan vulkanisk lögn.

Exakt datering av förhistoriska utbrott är viktigt eftersom det gör det möjligt för forskare att korrelera dem med andra uppgifter, som stora jordbävningar, Antarktiska iskärnor, historiska händelser som milstolpar i Medelhavets civilisation, och klimathändelser som den lilla istiden. Detta ger oss en bättre förståelse för kopplingarna mellan vulkanism och natur- och kulturmiljön.

Taupos sista våldsamma utbrott

Lake Taupo, på Nya Zeelands norra ö, är en globalt betydelsefull calderasupervulkan. Kalderan bildades efter kollapsen av ett magmakammartak efter ett massivt utbrott mer än 20, 000 år sedan.

Nu verkar det som att Taupo-utbrottet som inträffade i början av det första millenniet har ljugit om sin ålder. Men som många lögner, det upptäcktes till slut, och det avslöjar spännande processer som vi inte hade förstått tidigare.

Utbrottet av Taupo under det första årtusendet har daterats många gånger med radiokol, ger en förvånansvärt stor spridning av åldrarna mellan 36CE och 538CE.

Radiokoldatering av utbrott

Radiokoldatering av organiskt material baseras på halterna av radioaktivt kol-14 i ett prov som finns kvar efter organismernas död. Under de senaste två decennierna, metoden har förfinats mycket genom att kombinera den med dendrokronologi, studiet av miljöeffekterna på trädringarnas bredd genom tiden.

Radiokoldatering av trädringar har gjort det möjligt för forskare att konstruera en tillförlitlig registrering av koncentrationen av kol-14 i atmosfären genom tiden.

I princip, detta sammansatta register gör att utbrott kan dateras genom att matcha det vickande spåret av kol-14 i ett träd som dödats av ett utbrott med det vickande spåret av atmosfäriskt kol-14 från referenskurvan ("wiggle-match"-datering).

Forskare använder för närvarande wiggle-match-datering som den valda metoden för utbrottsdatering, men tekniken är inte giltig om koldioxidgas från vulkanen påverkar ett träds version av vickningen.

Effekten av vulkaniskt kol på utbrottsåldrar

Vår studie analyserade om den stora serien av radiokoldatum för Taupo-utbrottet och fann att de äldsta datumen var närmast vulkanöppningen. Dejterna blev allt yngre ju längre bort de var.

Detta ovanliga geografiska mönster har dokumenterats mycket nära (dvs mindre än en kilometer) vulkaniska öppningar tidigare, men aldrig på en skala av tiotals kilometer. Två wiggle match-åldrar, hämtad från samma skog, ligger cirka 30 km från calderasjön, var bland de äldsta datumen från serien av datum.

Detta förstorade inflytande från vulkanen kan förklaras av påverkan av grundvatten under sjön och dess omgivningar. Taupo-tändsticksträdet växte i en tät skog i en sumpig dal där vulkanisk koldioxid sipprade upp ur marken och inkorporerades i träden.

Förhållandet mellan kol-13 och kol-12 (de två stabila isotoper av kol) i det moderna vattnet i Lake Taupo och Waikato River berättar att vulkanisk koldioxid kommer in i grundvattnet från en underliggande magmakropp.

Kan stora utbrott förutses under decennier?

Vår studie visar att en stor och ökande volym koldioxidgas innehållande dessa stabila isotoper släpptes ut från djupt under den förhistoriska Taupo-vulkanen. Det omfördelades sedan av regionens enorma grundvattensystem, slutligen införlivas i träet av de daterade träden.

Ökningen var tillräckligt stor under flera decennier för att dramatiskt förändra förhållandena mellan olika kolisotoper i trädveden. Skogen dödades därefter av den sista delen av Taupo-utbrottsserien. Men utspädningen av atmosfäriskt kol-14 av vulkaniskt kol gjorde att radiokoldatumen för trädmaterial från Taupo-utbrottet visade sig någonstans mellan 40 och 300 år för gamla.

Den prekursoriska förändringen i kolkvoter ger oss ett sätt att få insikt i prognoser för framtida utbrott, ett centralt mål inom vulkanologin. Vi fann att radiokoldatum och isotopdata som ligger till grund för den för närvarande accepterade "wiggle match"-åldern nådde en platå (det vill säga, slutat utvecklas normalt). Detta innebar att under flera decennier före utbrottet, trädens yttre tillväxtringar hade "konstiga" kolkvoter, förutsäga det förestående utbrottet.

Vi analyserade om data från andra stora utbrott, bland annat vid Rabaul i Papua Nya Guinea och Baitoushan vid den nordkoreanska gränsen till Kina och hittade liknande mönster. Den anomala kemin efterliknar men överskrider Suess-effekten, som vände kolisotoputvecklingen av postindustriellt trä. Detta innebär att mätningar av kolisotoper i 200-300 årsringar kan spåra förändringar i kolkällan som används av träd som växer nära en vulkan, tillhandahålla en potentiell metod för att förutse framtida stora utbrott.

Vi räknar med att detta kommer att ge ett betydande fokus för framtida forskning på supervulkaner runt om i världen.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.