Indonesiens vulkaner är bland världens farligaste. Varför? Genom kemiska analyser av små mineraler i lava från Bali och Java, forskare från bland annat Uppsala universitet har hittat nya ledtrådar. De förstår nu bättre hur jordens mantel är sammansatt i just den regionen och hur magman förändras före ett utbrott. Studien publiceras i Naturkommunikation .

Frances Deegan, studiens första författare och forskare vid Uppsala universitets institution för geovetenskaper, säger, "Magma bildas i manteln, och sammansättningen av manteln under Indonesien var förr endast delvis känd. Att ha bättre kunskap om jordens mantel i denna region gör det möjligt för oss att göra mer tillförlitliga modeller för de kemiska förändringarna i magma när den bryter igenom jordskorpan där, som är 20 till 30 kilometer tjock, innan ett utbrott."

Sammansättningen av magma varierar mycket från en geologisk miljö till en annan, och har betydelse för vilken typ av vulkanutbrott som inträffar. Den indonesiska skärgården skapades av vulkanism, orsakas av att två av jordens kontinentala tektoniska plattor kolliderar där. I denna kollision, Den indo-australiska plattan glider under den eurasiska plattan med en hastighet av cirka 7 cm per år. Denna process, känd som subduktion, kan orsaka kraftiga jordbävningar. Tsunamikatastrofen 2004, till exempel, orsakades av rörelser längs just denna plattgräns.

vulkanism, för, uppstår i subduktionszoner. När den sjunkande tektoniska plattan går ner i manteln, den värms upp och vattnet som den innehåller släpps ut, vilket gör att det omgivande berget börjar smälta. Resultatet är vulkaner som ofta är explosiva och, över tid, bygga upp bågformade grupper av öar. Längs Sundabågen, som omfattar Indonesiens södra skärgård, flera katastrofala vulkanutbrott har ägt rum. Exempel är Krakatoa 1883, Mount Tambora 1815 och Toba, som hade ett massivt superutbrott omkring 72, 000 år sedan.

Magma reagerar kemiskt med omgivande sten när det tränger in i jordskorpan innan det bryter ut på ytan. Det kan därför variera kraftigt mellan vulkaner. För att få ett bättre grepp om vulkanismens ursprung i Indonesien, forskarna ville ta reda på sammansättningen av den "primära" magman, som härrör från själva manteln. Eftersom prover inte kan tas direkt från manteln, geologer studerade mineraler i lava som nyligen kastats ut från fyra vulkaner:Merapi och Kelut i Java, och Agung och Batur på Bali.

Med hjälp av de kraftfulla jonstrålarna från ett sekundärt jonmasspektrometriinstrument (SIMS), en ultramodern form av masspektrometer, forskarna undersökte kristaller av pyroxen. Detta mineral är ett av de första att kristallisera från en magma. Vad de ville bestämma var förhållandet mellan syreisotoperna ¹⁶ O och ¹⁸ O, som avslöjar en hel del om källan och utvecklingen av magma.

"Lavan består av ungefär 50 procent syre, och jordskorpan och manteln skiljer sig enormt åt i sin syreisotopsammansättning. Så, för att spåra hur mycket material magman har assimilerat från skorpan efter att ha lämnat manteln, syreisotoper är mycket användbara, " säger Deegan.

Forskarna fann att syresammansättningen av pyroxenmineraler från Bali knappast hade påverkats alls under deras resa genom jordskorpan. Deras sammansättning var ganska nära deras ursprungliga tillstånd, vilket tyder på att ett minimum av sediment hade dragits ner i manteln under subduktionen. Ett helt annat mönster hittades i mineralerna från Java.

"Vi kunde se att Merapi i Java uppvisade en isotopsignatur som skilde sig mycket från vulkanerna på Bali. Det beror delvis på att Merapis magma interagerar intensivt med jordskorpan innan den bryter ut. Det är mycket viktigt eftersom när magma reagerar med, till exempel, kalkstenen som finns i centrala Java precis under vulkanen, magman blir full till bristningsgränsen med koldioxid och vatten, och utbrotten blir mer explosiva. Det kan vara därför Merapi är så farlig. Det är faktiskt en av de dödligaste vulkanerna i Indonesien:den har dödat nästan 2, 000 personer under de senaste 100 åren, och det senaste utbrottet krävde 400 liv, säger professor Valentin Troll vid Uppsala universitets institution för geovetenskaper.

Studien är ett samarbete mellan forskare vid Uppsala universitet, Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm, University of Cape Town i Sydafrika, universitetet i Freiburg i Tyskland och Vrije Universiteit (VU) Amsterdam i Nederländerna. Resultaten av studien förbättrar vår förståelse för hur vulkanismen i den indonesiska skärgården fungerar.

"Indonesien är tätbefolkat, och allt som ger oss ett bättre grepp om hur dessa vulkaner fungerar är värdefullt, och hjälper oss att vara bättre förberedda på när vulkanerna får utbrott, säger Deegan.