Med hjälp av avancerad teknik som analyserar små gasbubblor som fångats i kristaller har ett team av forskare under ledning av Cornell University exakt kartlagt hur magmaförvaringen utvecklas när vulkanerna på Hawaii åldras.
Geologer har länge föreslagit att när Hawaiiöarna långsamt driver nordväst med Stillahavsplattan, rör de sig bort från en djup, värmerik plym som stiger upp från nära jordens kärna. Unga vulkaner som Kilauea – som ligger direkt ovanför hotspoten på Hawaiis huvudö – får ett stadigt flöde av magma. Mycket mindre är känt om äldre vulkaner som Haleakala – belägen nordväst på ön Maui – där magmaflödet har minskat avsevärt.
Den nya forskningen, som publiceras i Science Advances, visar att när vulkaner rör sig bort från hotspoten minskar inte bara magmaflödet, utan det förflyttas också djupare ner i marken, vilket omformar antaganden om hur Hawaiis vulkaniska ”plumesystem” har utvecklats.
”Detta ifrågasätter den gamla uppfattningen att utbrott drivs av magma som lagras i jordskorpan och föreslår en ny möjlighet”, säger huvudförfattaren Esteban Gazel, ”att magma lagras och mognar i jordens mantel och att utbrott drivs av denna djupa mantelreservoar.”
Genom att analysera fluidinklusioner – små gasbubblor som fångats in i kristaller som bildats i magma – beräknade forskarna trycket, och därmed djupet, vid vilket inklusionerna fångades in innan en explosiv eruption slungade dem upp till ytan.
”Tekniken gör det möjligt för oss att mäta trycket från djup med en osäkerhet på bara några hundra meter, vilket är mycket, mycket exakt för djup som ligger tiotals kilometer under ytan”, säger Gazel. ”Tidigare var det mycket svårare att mäta magmalagring, med osäkerheter som kunde sträcka sig över kilometer.”
För att uppnå en sådan precision optimerade forskarna en specialanpassad gaskammare som passar under ett laserbaserat Ramanspektrometer.
”Vårt bidrag till att avsevärt öka noggrannheten var att placera termoelementet inuti kammaren och noggrant kontrollera och mäta temperatur och tryck”, säger Gazel. Genom att analysera koldioxidens beteende kan forskarna bestämma dess densitet och beräkna det ursprungliga djupet för magmaförrådet, tillägger han.
Metoden tillämpades på prover från tre hawaiianska vulkaner som representerar olika utvecklingsstadier:
- Kilauea, en aktiv ”sköldvulkan” volcano, visade magmaförvaring på grunt djup, 1–2 kilometer, vilket stämmer överens med tidigare fynd.
- Haleakala, som befinner sig i ett postsköldstadium, avslöjade två förvaringszoner: en grunt på cirka 2 kilometer och en djupt på 20–27 kilometer i jordens mantel.
- Diamond Head, en vulkan i förnyelsefas på ön O’ahu, visade magmaförråd på cirka 22–30 kilometers djup, allt inom jordmanteln.
”Det är viktigt att känna till dessa djup exakt, eftersom en av de viktigaste faktorerna för att förstå vad som driver utbrott är var magma lagras”, säger Gazel. ”Det är grundläggande för fysiska modeller som ska förklara utbrottsprocesser och krävs för att bedöma vulkanrisker.”
Studien har långtgående konsekvenser, inte bara för vulkanerna på Hawaii, utan också för förståelsen av djupa magmatiska system runt om i världen. Samma metod användes av Gazel, Dayton och deras medarbetare för att analysera 2021 års utbrott på La Palma, Kanarieöarna, och nu uppmuntrar han andra forskare att använda tekniken.
”En del av det arbete vi gör i mitt laboratorium är att utbilda människor i att använda dessa tekniker på andra platser och analysera deras vulkanprover vid Cornell”, säger Gazel. ”Min dröm är att vi ska kunna göra detta för alla vulkaner i världen.”
Mer information: Esteban Gazel et al, Crustal to mantle melt storage during the evolution of Hawaiian volcanoes, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu9332
