Kæmpevulkanens fingeraftryk på Fur

Grunden under Limfjordsøen Fur er en lasagne med hundreder af vulkanske askelag med moler imellem. I øens skrænter bølger lagene i store smukke former og tiltrækker både turister og geologer. Men der er ingen vulkaner i Nordjylland.

Ind til omkring 1980 var det almindelig visdom, at vulkaner i Skagerrak eller Kattegat sendte skyer af aske ind over Europa for over 50 millioner år siden. Den forklaring passer fint med, at et af Furs askelag er 19 centimeter tykt, for et så tykt lag af aske finder man normalt kun meget tæt på en vulkan. Det mener Lotte Melchior Larsen fra Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse ikke.

»Det passer slet ikke med den måde, asken ligger på i resten af Europa,« siger hun kort og præcist. »Laget +19 findes også i Tyskland, og nede i Østrig er det altså tre centimeter tykt, så det kan kun passe med en meget stor vulkan helt oppe i Nordatlanten. Men så skal udbruddet have været langt større end noget, vi kender fra historisk tid«.

Lotte Melchior Larsen nævner selv en gruppe forskere, som for nylig har sat mængden af vulkansk materiale fra udbruddet, der dannede lag +19 til omkring 1.200 kubikkilometer. »Jeg er kritisk over for det tal, men det er det eneste bud, vi har«. Det største historiske udbrud er Tambora i Indonesien i 1815. Det udbrud dannede "kun" 150 kubikkilometer vulkansk aske.

Fra Fur kender forskerne omkring 200 askelag, og laget +19 er lag nummer 19, når man tæller opefter fra en bestemt grænse imellem lagene. Af de over hundrede askelag fra den positive serie over grænsen er der flere, som er omtrent lige så tykke, så asken over grænsen stammer fra et vulkansk område, hvor der var ekstremt meget energi til rådighed.

Lotte Melchior Larsen mener, at det sted var den tidligste udgave af Island, lige før vulkanerne byggede øen op over havets overflade. Protoisland kalder hun den.

For at bevise sin påstand har hun lavet kemiske analyser af 104 prøver af 77 askelag for at bestemme deres kemiske fingeraftryk, og det har hun så sammenlignet med lavaer fra Nordatlanten og landområderne omkring den. Vulkansk aske består nemlig af lava, som er sprængt i stykker, så det har altså præcist samme kemisk sammensætning, som lava fra den vulkan, det kommer fra.

Vulkanen lå i havet

Protoisland i Nordatlanten for 56 millioner år siden er historien om et oceans fødsel. Dengang begyndte kontinentpladerne med henholdsvis Grønland og Europa at skilles og drive hver sin vej, og det nordlige Atlanterhav åbnede sig imellem dem. Under hele opbrydningen af det store fælles kontinent stod der mange spredte vulkaner på kontinentet og sendte aske ud over Europa. Men da det endeligt revnede, slukkedes de mange spredte vulkaner, fordi varmen, der havde holdt dem kørende, nu strømmede op imellem de to nyfødte kontinenter i form af enorme mængder lava. Denne lava udgør i dag bunden under Nordatlanten.

Den grænse i askelagene, som gør lag +19 til det nittende lag, markerer netop, at vulkanerne inde på kontinenterne slukkedes, og at asken herefter kom fra den type vulkaner, vi finder på Island. Og Lotte Melchior er overbevist om, at de askelag hun har undersøgt, kommer derfra. Hendes argumenter er besnærende enkle: Protoisland lavede netop den type aske, som langt de fleste af de ca. 140 øverste askelag i Furs klinter består af, og der var masser af energi til rådighed til at lave en kæmpevulkan.

I dag er der helt sikkert ingen spor af den vulkan, der skabte lag +19, for den kolossale mængde aske er kommer blandt andet fra vulkanen selv, der blev sprængt i luften ved udbruddet. Vulkanen har stået i et lavvandet område. Det kan man dels se på de enkelte askekorn, for de er kraftige og kantede, og det tyder på et udbrud under vand. Dels var udbruddet jo meget voldsomt, og voldsomme udbrud kræver vand.

Når vandet mødes med det godt 1.000 grader varme magma nær overfladen, stiger damptrykket her enormt, hvilket giver store eksplosioner. Det er almindeligt, at alt gammelt materiale i kanalen op til vulkanen bliver sprængt ud gennem krateret i et voldsomt udbrud. Nogle gange bliver større eller mindre dele af krateret også sprængt bort, og i ekstreme tilfælde bliver hele vulkankeglen også bortsprængt - +19 stammer fra et udbrud af den sidste type.

Kemien passer

I sidste ende er det askens kemi, der har overbevist Lotte Melchior Larsen om, at det voldsomme udbrud fandt sted på Protoisland. Hun har brugt det meste af sin karriere til at studere Nordatlantens vulkanitter og deres kemi. Da der ikke er noget tilbage af +19»s vulkan, har hun undersøgt de af Furs askelag, det hører sammen med, og så har hun ledt efter deres tilsvarende bjergarter i Nordatlanten.

For asken i disse lag har ganske vist en anden kemi end +19, men de indgår i det samme vulkanske system. De mange askelag stammer fra det samme magmakammer. Det ser man af, at de har næsten nøjagtig samme kemiske sammensætning. Kemien svarer til en jernrig basalt, hvilket er det materiale, man får, når man smelter lidt af den øverste del af Jordens kappe. Fra den dybde får oceanernes vulkanske rygge deres magma. Vulkaner på et kontinent har en anderledes kemi, fordi deres smelter typisk og optager dele af selve kontinentet på vejen op til vulkanen.

Askelag +19 er rhyolitisk, hvilket betyder, at asken indeholder mere siliciumdioxid end de basaltiske lag. Den rhyolitiske smelte er formentlig den sidste smeltede rest af et basaltisk magma efter, at forskellige mineraler har vokset i det og er faldet ud af det. Dermed stammer +19's aske altså i sidste ende fra de samme basalter, som har dannet de øvrige askelag på Fur. Fordi både udbruddene og udbrudsprodukterne er meget forskellige, men stammer fra den samme vulkanisme, kalder geologerne det tokomponent vulkanisme.

Men det afgørende tegn på, at alle de basaltiske lags aske stammer fra det samme magmakammer, er faktisk deres kemiske forskelle. Deres indhold af sporgrundstofferne zirkonium (Zr) og niobium (Nb) varierer nemlig systematisk, og på Zr/Nb-forholdet kan man aflæse, at magmakammeret er blevet fyldt op mindst fire gange. I tiden mellem hver påfyldning er dele af magmaet krystalliseret, og de nydannede krystaller har optaget mere Zr end Nb. Derfor sank Zr/Nb-forholdet gradvist under krystallisationen, men hver gang, der kommer nyt magma op, svingede Zr/Nb-forholdet tilbage til det oprindelige niveau. At al den samtidige aske stammer fra det samme lille område i Nordatlanten er yderligere et godt tegn på at lag +19's aske også kommer derfra.

»Asken er altså ikke helt uforandret i askelagene,« indskyder Lotte Melchior Larsen i forklaringen på den kemiske analyse. Da asken faldt for 54 millioner år siden, var Fur en del af en havbugt, og i dens vand levede de planktoniske organismer diatomeer. Deres skaller bestod af siliciumdioxid, og efterhånden som dyrene døde, dalede deres skaller ned på bunden af bugten. I dag udgør de det, vi kalder moler.

Moleret har bevaret asken meget godt, men medens asken lå i havvandet, mistede den nogle stoffer og optog nogle andre. Geologerne har forskellige metoder til at se, hvor meget asken har ændret sig, og en af dem er at se, hvor meget vægt en prøve mister, når den bliver varmet op. En af de første og vigtigste ændringer er nemlig, at nogle af mineralerne i asken omdannes til ler og optager vand i deres struktur i form af OH-grupper. Vandet forsvinder ved opvarmning, så hvis prøven ikke taber ret meget vægt ved glødning, så er den sandsynligvis ikke ændret væsentligt. Prøverne fra Fur tabte mellem 1,2 og 2,1 vægtprocent, hvilket er meget lidt.

Lotte Melchior Larsen sammenlignede også den kemiske sammensætning af askelage med kemien af aske, som ikke har været i kontakt med omgivelserne, siden asken faldt. Den slags aske er der ikke meget af efter 54 millioner år under jorden, men lidt er der. Vulkansk aske består nemlig af glas med enkelte mineralkorn, og inde i nogle af disse mineralkorn er der små indeslutninger af glas.

Glasset er der, fordi mineralet er krystalliseret og har vokset i vulkanens lava før selve udbruddet, og under væksten har det indesluttet lidt af lavaen. Ved udbruddet bliver smelte og mineraler slynget op i luften og afkølet i en fart, og den hurtige afkøling betyder, at smelten ikke krystalliserer til mineraler, men størkner til glas. Det gælder også for smelten inde i mineralkornet, som dermed bliver et stykke glas, som er lukket hermetisk inde og er isoleret fra omgivelserne.

I Furs aske er de største korn kun en halv millimeter på største led, så det kræver en mikrosonde at undersøge glasset inde i et mineralkorn. Sonden analyserer områder på 20 mikrometer eller mindre i diameter. Resultatet er tydeligt. I de forgange millioner af år har asken modtaget en smule silicium og aluminium, og den har mistet lidt jern, magnesium, kalcium og natrium, men mængderne er så små, at man let kan bestemme typen af vulkanisme ved at se på askens kemiske sammensætning. Desuden er grundstofferne zirkonium og niobium uforandret af tiden. Og derfor valgte Lotte Melchior Larsen dem til at definere det kemiske fingeraftryk.

Det skal ud

Lotte Melchior Larsen har arbejdet med disse resultater i flere år, men det der får hende til at gå ud med dem nu er et ønske om, at de bliver brugt rigtigt.

»Dem der har regnet på, hvor meget aske der kom ud af vulkanen for 54 millioner år siden, bruger simpelthen forkerte data«. Så klart formulerer hun det.

»Desuden hviler deres måde at beregne mængden af aske på en hel række antagelser, der ikke behøver at være rigtige«. Men hun er dog helt enig med dem i, at vi taler om vulkanudbrud af en helt enestående størrelse.

»Lignende udbrudsstørrelser er ganske ukendte fra historisk tid«.