Laskeudutaan magmasäiliöön miettimään, mistä purkaukset tulevat.

Tuuli ja räntäsade piiskaavat kasvojani, kun kuljen lumen peittämällä islantilaisella laavakentällä. Pilvet roikkuvat aivan maanpinnan tuntumassa. Niiden seasta on juuri ja juuri mahdollista havaita muutaman kymmenen metrin korkuinen kraatteri, joka kohoaa hieman laavakentän yläpuolelle. On vaikea uskoa, että olen saapumassa maailmanlaajuista mielenkiintoa herättäneelle geologiselle kohteelle.

Kraatterin erikoisuus piilee siinä, että sen huipulta voi neljän metrin levyisestä aukosta laskeutua 120 metriä syvään vulkaaniseen onkaloon. Se tunnetaan nimellä Þríhnjúkagígur (Thrihnukagigur), ja sen sanotaan olevan maailman ainoa paikka, jossa voi turvallisesti vierailla magmasäiliön sisällä.

Tulivuorenpurkauksen aikana noin 4  000 vuotta sitten tämän kammion täytti yli tuhatasteinen magma eli kivisula, joka odotti purkautumistaan maanpinnalle. Jostain syystä onkalo kuitenkin tyhjeni magman kulkeutuessa muuhun suuntaan, ja jäljelle jäi valtava pullonmuotoinen luola.

Hissillä pohjalle

Vuodesta 2012 asti Þríhnjúkagígurin pohjalle on päässyt laskeutumaan hissillä kokeneiden vuoristo- ja luolaoppaiden opastuksella.

Seitsemän minuutin matka maanpinnalta luolan pohjalle on henkeä salpaava. Kun hissi vajoaa kraatterin huipun kapeasta aukosta maan uumeniin, huomio kiinnittyy aukon sisäpuolta peittäviin pystysuuntaisiin raitoihin. Ne ovat kraatterista purskahdelleen laavan jättämiä valumajälkiä. Alempana seinämä on paikoitellen lohkeillut ja paljastuu kymmenien ohuiden laavakerrosten kasaamaksi muodostumaksi.

Hissin laskeutuessa yhä alemmas viereen aukeaa toinenkin käytävä, jota pitkin magma on pyrkinyt kohti maanpintaa. Pullonkaulan ohitettuamme alapuolellemme avautuu yhtäkkiä sali, jonka valtavuus tyrmistyttää.

Onkalon pohjalle ulottuu tuskin häivähdystäkään päivänvalosta, mutta kirkkaassa keinovalossa kiviseinät hehkuvat punaisen, keltaisen, okran ja violetin eri sävyissä.

Seinät koostuvat lukuisista toistensa päälle kasaantuneista vaakasuuntaisista laavakerroksista. Niitä halkovat pystysuuntaiset tummanharmaat ja violetit juonet, jotka kiteytyivät laavakerrosten läpi työntyneestä kivisulasta. Juonet syöttivät sulaa kiveä tulivuorenpurkaukselle, joka kasasi Þríhnjúkagígurin kraatterin. Monisävyinen värimaailma johtuu kiven sisältämistä raudasta ja rikistä, joilla mikrobitoiminta ja eloton kemia ovat maalanneet.

Þríhnjúkagígurin syvyyksissä tuntuu luontevalta miettiä, millainen maailma piileskelee Islannin lähes loputtumilta tuntuvien laavakenttien ja kraatterijonojen alla. Millaista on tulivuoren sisällä? Mistä kivisula oikein on tullut, ja miksi maankuoressa liikkuva magma toisinaan purkautuu tulivuorenpurkauksena maanpinnalle mutta toisinaan ei?

Islannissa hyvä tutkia

Þríhnjúkagígur sijaitsee Reykjanesin niemimaalla Lounais-Islannissa, missä kuivalle maalle on noussut Atlantin keskiselänne. Se on Atlantin valtameren pohjaa halkova mannerlaattojen repeämävyöhyke. Siinä Euraasian ja Pohjois-Amerikan mannerlaatat erkanevat toisistaan keskimäärin yhtä nopeasti kuin kynsi kasvaa eli muutaman senttimetrin vuodessa. Samalla magmaa pääsee kulkeutumaan maanpinnan läheisyyteen.

Keskiselänteen kohdalla Islantia halkoo tulivuorten, halkeamien ja rakojen ketju. Se näkyy täällä Reykjanesin niemimaalla, jossa maisemaa hallitsevat vulkaaniset maanmuodot: on laavakenttien ympäröimiä kraattereita, jäätikönalaisten tulivuorenpurkausten muodostamia pitkänomaisia vuorijonoja ja lisää laavakenttiä.

Keskimäärin kerran viidessä vuodessa purkautuu yksi Islannin yli 30 aktiivisesta tulivuoresta tai vulkaanisesta systeemistä. Vulkaanisessa systeemissä voi olla keskustulivuoren sijasta tai sen ohella joukko vulkaanisia rakoja. Aktiivinenkaan systeemi ei purkaudu alinomaa, vaan välissä voi kulua vuosia tai vuosikymmeniä ja kauemminkin.

Jotkin vulkaaniset systeemit vaipuvat ikään kuin talviunille, mutta toiset valmistelevat aktiivisesti seuraavaa purkaus­ta. Näiden vaihtoehtojen ymmärtämiseksi tutkitaan, mitä syvyyksissä tapahtuu. Syvät maanalaiset prosessit ja magman kulkureitit voivat selittää myös, miksi toiset tulivuoret purkautuvat ja toiset eivät ja miksi toisten purskautellessa laavaa rauhallisesti toiset räjäyttävät magmansa tuhkana taivaalle.

Þríhnjúkagígurin onkalon pohja 120 metriä maanpinnan alapuolella saattaa tuntua syvältä, mutta magman matka alkaa paljon, paljon kauempaa.

Magma syntyy syvyyksissä

Magman syntysijoille päästäkseen on kaivauduttava maapallon päällimmäisen eli kuorikerroksen alaosaan ja sen alapuoliseen vaippakerrokseen.

Vaipan syvissä kerroksissa kiinteän kiven joukossa on myös kivisulaa. Maanpinnalle nouseva sula kuitenkin tapaa muodostua kuoren alaosassa tai vaipan yläosassa, missä kivet ovat yleensä kiinteässä muodossa.

Pinnalle kohoavaa magmaa muodostuu, kun kallioperän uumenissa kivet sulavat 700–1 300 asteen lämpötilassa. Merellisessä ympäristössä se tapahtuu vähintään 6–7 kilometrin ja mantereisessa ympäristössä ainakin 35–40 kilometrin syvyydessä.

Ihmisen mittapuulla ollaan siis hyvin syvällä. Maapallon näkökulmasta pysytään kuitenkin suhteellisen lähellä pintaa: onhan etäisyys pinnalta keskipisteeseen 6 370 kilometriä.

Magmaa voi syntyä usealla eri tavalla lämpötilan, paineen tai rakenne-erojen seurauksena. Mannerlaattojen repeä­mävyöhykkeillä, kuten Islannissa, kiven sulaminen johtuu pääasiassa repeämisen aiheuttamasta paineen laskusta. Tärkeäksi uskotaan myös Islannin alla vaipassa sijaitseva kuuma piste eli vaipan kuuma virtaus.

Magmaa kulkeutuu jaksoittain ylöspäin, mutta valtaosa siitä pysyy kallioperän uumenissa. Vain joissakin tapauksissa magma purkautuu tulivuorista maanpinnalle.

Magma muuttuu säiliössä

Useissa Islannin vulkaanisissa systeemeissä magma on peräisin yli kymmenen kilometrin syvyydestä, missä se on muodostunut vaipan osittain sulaessa. Tällainen syvältä nouseva magma on koostumukseltaan basalttista eli hyvin notkeasti virtaavaa. Se purkautuu usein raoista tai rakojoukosta, ja purkaukset sujuvat yleensä rauhallisesti.

Magma voi kertyä ja varastoitua maankuoreen magmasäiliöihin, joskus pitkiksikin ajoiksi. Monilla tulivuorilla onkin maanpinnan läheinen magmasäiliö 2–7 kilometrin syvyydessä. Islannissa näin on tosin vain kaikkein aktiivisimmissa vulkaanisissa systeemeissä, kuten Kraflan, Askjan, Grímsvötnin, Katlan ja Torfajökullin yhteydessä. Joissakin tapauksissa säiliöitä voi olla yhden sijasta useita eri syvyyksillä.

Magmasäiliöön varastoitunut magma ei loju passiivisena, vaan ajan kuluessa sen koostumuksessa tapahtuu monenlaista. Magma suomennetaan kivisulaksi, mutta tarkasti ottaen se on kivisulan, mineraalikiteiden, kivenkappaleiden ja kaasujen puuroa. Muutokset lisäävät magman taipumusta purkautua räjähdysmäisesti.

Kammioon pitkäksi aikaa varastoitunut magma voi kerrostua, kun kevyimmät ainekset nousevat pintaa kohti ja painavimmat vajoavat pohjalle. Magman jäähtyessä mineraalit alkavat kiteytyä, ja eri mineraalit tekevät sen eri lämpötiloissa. Kerrostumisen seurauksena sulan koostumus muuttuu, yleensä aiempaa sitkaammaksi, jähmeämmin virtaavaksi. Lisäksi liuenneet kaasut vapautuvat ja voivat kerrostua säiliön yläosiin, mikä muuttaa magmasäiliön paineoloja. Sulan sitkaus ja runsaskaasuisuus lisäävät räjähtämistaipumusta. 

Jos räjähdysmäinen purkaus on hyvin voimakas, tyhjentyvä magmasäiliö voi romahtaa. Tällöin maanpinnalle jää laaja vajoama, kaldera.

Pinnalle purkautumisen sijasta magma voi myös paeta säiliöstä työntymällä ympäröiviin kiviin intruusiona eli sulattamalla tietään halkeamiin ja muualle kiven sekaan. Magma voi myös palata takaisin syvemmälle. Toisinaan säiliöön jäänyt magma hitaasti ja rauhallisesti jäähtyy ja kiteytyy syväkiveksi, koostumuksensa mukaan yleensä graniitiksi tai gabroksi.

Kuunnellaan sen liikkeitä

Suurin osa tulivuorten maanalaisista prosesseista tapahtuu usean kilometrin syvyydessä, mikä on ihmisen näkökulmasta hyvin syvällä. Siksi suoria havaintoja on vaikea tehdä. Vain muutamassa tapauksessa magmaa on päästy havainnoimaan sen luonnollisessa ympäristössä maankuoren uumenissa.

Islannin syväkairaushankkeessa vuonna 2009 satuttiin poraamaan suoraan magmaan hieman yli kahden kilometrin syvyydessä Kraflan vulkaanisessa systeemissä Pohjois-Islannissa. Kairauksen tavoitteena oli tutkia mahdollisuutta hyödyntää geotermistä energiaa erittäin korkeassa eli 400–600 asteen lämpötilassa. Magmaan osuttiin muutamaa kilometriä ylempänä kuin magmasäiliön odotettiin sijaitsevan. Kyseessä oli ilmeisesti intruusio, joka oli työntynyt ylös maankuoreen, kun lähialueella oli tapahtunut tulivuorenpurkauksia vuosina 1975–1984.

Magmaa ja sen liikkeitä sekä muita tulivuoren syviä prosesseja voidaan havainnoida myös erilaisilla epäsuorilla menetelmillä. Kallioperän tärinöistä alkavat seismiset aallot kertovat magmasta, koska aallot etenevät eri nopeudella sulassa kuin kiinteässä kivessä. Pieniä maanjäristyksiä ja maankamaran muodonmuutoksia havaitaan, kun magma liikkuu ja magmasäiliö tuoreen magman saapuessa pullistuu. Samalla syntyy mitattavia muutoksia helposti karkaavien kaasumaisten aineiden pitoisuudessa ja suhteissa.

Tietoa magmasta saadaan myös siitä muodostuneista kivistä eli tulivuorenpurkauksessa pinnalle purkautuneista laavakivistä ja syvyyksissä kiteytyneistä syväkivistä. Kiven menneisyyden selvittämiseksi määritetään kemiallinen koostumus sekä tutkitaan kiven mikroskooppisia rakenteita ja mineraaleihin vangiksi jääneitä kaasuja.

Ennustaminen vaikeaa

Tulivuorenpurkauksia on vaikea ennustaa, koska monesti on hankalaa tai jopa mahdotonta tulkita signaaleita, joita magman liikkeet ja syvät prosessit aiheuttavat. Ei välttämättä ole mahdollista sanoa, ennakoivatko tietyt merkit purkausta vai eivät. Islannissa havaintoja ja tulkintoja vaikeuttaa vielä se, että useat tulivuoret ovat isolta osin jäätiköiden alla: esimerkiksi Eyjafjallajökull, Grimsvötn, Katla ja Bárðarbunga (Bardarbunga).

Yksittäiset tulivuorenpurkaukset voivat johtua hyvin mutkikkaista prosesseista ja vuorovaikutuksista. Näin oli esimerkiksi suomalaistenkin mieleen painuneessa, vuonna 2010 tapahtuneessa Eyjafjallajökullin purkauksessa.

Magma räjähtelee joutuessaan kosketuksiin veden kanssa, ja siksi jäätikönalaisessa kohtuullisen voimakkaassa purkauk­sessa ainakin alku on räjähdysmäinen. Eyjafjallajökullin tapauksessa räjähdystaipumusta lisäsivät myös magmasäiliö ja magman kulkureitti maankuoressa.

Eyjafjallajökullin edellisen, 1820-luvulla sattuneen purkauksen yhteydessä pinnanläheiseen magmasäiliöön kertyi magmaa, joka ei jostain syystä purkautunut. Säiliön todennäköisesti herätti horteestaan syvältä kulkeutunut uusi magma, jota maaliskuussa 2010 purkautui Eyjafjallajökullin jäästä vapaalla alueella. Säiliössä lähes kaksi vuosisataa muhittuaan vanha magma oli sitkastunut niin, että huhtikuun 2010 jäätikönalaisesta purkauksesta tuli odotettua pidempi ja räjähdysmäisempi. Siksi räjähdysten nostama tuhka lamautti kansainvälisen lentoliikenteen useaksi päiväksi.

Toisinaan eri menetelmiin perustuvat havainnot eivät sovi yhteen. Esimerkiksi Islannissa vuonna 1996 tapahtuneesta jäätikönalaisesta Gjálpin purkauksesta ei ole päästy yksimielisyyteen edes siitä, mikä useista lähekkäisistä tulivuorista purkautui. Erilaisia tulkintoja on myös Islannin viimeisimmästä Bárðarbungan vulkaanisessa systeemissä tapahtuneesta, Hóluhraunin nimellä tunnetusta purkauksesta.

Takaisin maan uumeniin

Täällä Þríhnjúkagígurin uumenissa ihmetyttää magman kohtalo. Minne sula katosi, jollei se kerran purkautunut maan pinnalle? Magma näyttää hävinneen kirjaimellisesti kuin maan nielemänä.

Ei pidetä todennäköisenä, että magma olisi jäähtymisen ja kaasujen vapautumisen seurauksena yksinkertaisesti vetäytynyt kokoon, eikä luolassa ole siitä merkkejä.

Sen sijaan todennäköisimpänä pidetään, että magma todella äkillisesti vajosi takaisin maan syvyyksiin kuin vesi lavuaa­rista, jonka tulppa nykäistään irti.

On ilmeistä, että Þríhnjúkagígurin pinnanläheisellä kammiolla on ollut yhteys tulivuoren syvempiin osiin. Kammio onkin tarjonnut vulkanologeille ja geologeille poikkeuksellisen mahdollisuuden havainnoida sellaisia magman kulkureittejä, jotka yleensä pysyvät syvyyksissä piilossa.

 

 


 

Eyjafjallajökullin tuhkapilvi lamautti lentoliikenteen useaksi päiväksi.

 

Ei ole kyse siitä, tuleeko purkaus, vaan koska se tulee.

Islannin aktiiviset tulivuoret ovat viime vuosina muistuttaneet muuta Eurooppaa olemassaolostaan. Tätä nykyä usean uskotaan olevan valmiina seuraavaan purkaukseen, ja kyse on vain siitä, koska purkaus alkaa.

Vuoden 2015 kesäkuun lopulla seisminen aktiivisuus ylitti normaalin taustatason Eldeyn vulkaanisessa systeemissä, joka sijaitsee Reykjanesin selänteellä Islannin lounaispuolisella merialueella. Islannin Ilmatieteen laitos Vedurstofan, joka vastaa tulivuorten seurannasta ja tiedottaa niiden aktiivisuudesta, nosti lentoliikenteelle tarkoitetun varoitustason ykköseen neliasteisella portaikolla. Magman ei kuitenkaan havaittu liikkuvan maankuoren pintaosissa, ja siksi varoitus peruttiin pian.

Alkusyksystä 2015 tuli kuluneeksi yksi vuosi Islannin viimeisimmän, lähes kuusi kuukautta kestäneen tulivuorenpurkauksen alkamisesta. Hóluhraunin
nimellä tunnettu purkaus tapahtui Bárðarbunga-tulivuorisysteemin jäätiköttömässä osassa Vatnajökulljäätikön luoteispuolella.

Hóluhraunin purkaus oli systeemin suurin 200 viime vuoden aikana, ja siinä purkautui noin 1,6 kuutiokilometriä laavaa ja vapautui noin 11,8 megatonnia rikkidioksia. Se vastasi koko Euroopan vuoden 2011 rikkipäästöjä, ja pitkin Eurooppaa pitoisuudet nousivat paikoin erittäin suuriksi.

Bárðarbungaa edelsi Vatnajökullin jäätikön alla sijaitsevan Grímsvötnin purkaus vuonna 2011.

Tuhkapilvellään kansainvälisen lentoliikenteen lamauttaneen Eyjafjallajökullin purkauk­sesta tuli puolestaan keväällä 2015 kuluneeksi viisi vuotta.