Smeltende Antarctische ijskappen veroorzaken mogelijk grotere vulkaanuitbarstingen

Schematische weergave van het thermomechanische magma kamer model met gesimuleerde ijsontlading uit deze studie. Transparante pijlen vertegenwoordigen ijsontlading als een afname van de dikte van de ijslaag in de loop van de tijd.

Smeltende ijskappen worden vaak in verband gebracht met klimaatverandering in de media, met aangrijpende beelden van eenzame ijsberen die drijven op steeds kleiner wordende ijsplakken. Terwijl de gevolgen zoals zeespiegelstijging en veranderingen in de zoutconcentratie vaak worden gerapporteerd, is een minder bekend gevolg de impact op vulkanen.

Tijdens de deglaciatie vermindert het smelten van kilometers dikke ijskappen de massa die op het land drukt, wat leidt tot opheffing. Dit verandert de druk in de magma kamers die zich onder het aardoppervlak bevinden, wat vulkanische uitbarstingen veroorzaakt.

Onderzoek, gepubliceerd in Geochemie, Geofysica, Geosystemen, suggereert dat massaontlasting door het smelten van de Antarctische ijskappen (isostatische rebound) uitbarstingen van grotere frequentie en magnitude in het West-Antarctische Rift Systeem, een van de grootste vulkanische provincies van de aarde met meer dan 100 eruptieve centra, triggert.

Promovendus Allie Coonin van de Brown University en haar collega’s onderzochten de interactie tussen glacialisatie en vulkanisme over de afgelopen twee planetaire ijstijden (in de afgelopen 150.000 jaar). Ze gebruikten hiervoor een thermomechanisch magma kamer model en simuleerden een krimpende West-Antarctische IJskap door specifieke drukverlagingsinvoer op de onderliggende rotsen en magma kamer.

Ze onderzochten verder hoe de vermindering van deze omringende druk het mogelijk maakt dat de magma kamer volumetrisch uitbreidt, met bijbehorende overdruk en expulsie van vluchtige stoffen (waarbij opgeloste water en kooldioxide gasbellen vormen) uit basaltmagma’s, die de traject van toekomstige erupties beïnvloeden.

Bij het onderzoeken van magma kamers van verschillende groottes ontdekte het onderzoeksteam dat hoe groter de magma kamer, hoe gevoeliger deze is voor de effecten van ijsontlasting en dat de snelheid van ontlasting de kritische factor is, met de hoogste onderzochte snelheid van ijsverlies zijnde 3 m/jaar.

Bovendien, toen ze magma kamers testten die onderverzadigd waren in vluchtige stoffen, ontdekten de wetenschappers dat ijsontlasting het proces van de eerste vluchtige expulsie (de eerste stadia die leiden tot een uitbarsting) versnelde met tientallen tot honderden jaren. Dit betekent dat uitbarstingen plaatsvonden die mogelijk niet hadden plaatsgevonden als de ontlasting geen veranderingen in de magma kamer had geïnduceerd, wat resulteert in een grotere cumulatieve vrijlating van magma gedurende de levensduur van die kamer.

Om hun bevindingen te testen, richtten Coonin en haar collega’s zich op vulkanische afzettingen uit de Andes in Zuid-Amerika. Hier groeide de Patagonische ijskap tot 1.600 m dik boven de Southern Volcanic Zone 18.000–35.000 jaar geleden. Ze identificeerden een correlatie tussen ijsontlasting tijdens de deglaciatie aan het einde van de Laatste Glaciale Maximum (~18.000 jaar geleden) en verhoogde eruptieve activiteit van de Calbuco, Mocho-Choshuenco en Puyehue-Cordon Caulle vulkanen.

Dergelijke door ontlasting geïnduceerde vulkanisme kan leiden tot een ongunstige positieve feedbackloop, aangezien wanneer smeltend ijs de druk in de magma kamer verandert en een uitbarsting veroorzaakt, het resulterende evenement meer ijs smelt, wat een nieuwe uitbarsting kan triggeren. In het bijzonder ligt de West-Antarctische IJskap onder zeeniveau, waardoor, naarmate de zeespiegel stijgt door het smeltende ijs, deze verder ondergedompeld raakt en de terugtrekking versnelt.

De situatie wordt nog gecompliceerder door de effecten van stijgende kooldioxide niveaus die de opwarming van de aarde veroorzaken en de ijs-albedo feedback, waarbij smeltende ijskappen de hoeveelheid inkomende zonnestraling die terug de ruimte wordt weerkaatst verminderen (er is minder ‘witte’ reflecterende oppervlakte in vergelijking met ‘donkere’ oppervlakte die absorbeert), wat de atmosfeer verwarmt en de smelting verergert.

De onderzoekers merken op dat zelfs als de antropogene opwarming onmiddellijk zou stoppen, de effecten van de ijsontlasting die het West-Antarctische Rift Systeem al heeft ervaren, nog duizenden jaren invloed zal hebben op het vulkanisch gedrag hier. Daarom heeft het begrijpen van de gevoeligheid van deze ijsontlasting van de West-Antarctische IJskap op magma kamers belangrijke implicaties voor het nauwkeurig kunnen voorspellen van toekomstige gevolgen voor de onderling verbonden geologische systemen van de aarde.