A vulkáni működés egy epizodikus folyamat: vannak tűzhányók, amelyek rövid nyugalom után újra és újra kitörnek (ilyen most például az Etna), vannak azonban olyanok, amelyek hosszú szunnyadás után aktivizálódnak (évtizedek után, mint például a karibi La Soufriére vagy a Fülöp-szigeteki Taal; vagy több évszázad szünet után, mint pl. az izlandi Reykjanes-félszigeten). Mi okozza ezt a szabályos vagy szabálytalan periodicitást? A válaszhoz először azt kell megérteni, hogy mi van a vulkánok alatt!
A vulkánok alatti magmakamrákról sokáig az volt a felfogás, hogy ezek rövid életű, nagy, kőzetolvadékkal kitöltött üregek a földkéregben. A 21. század elején a kőzettani, geokémiai vizsgálatok, valamint a geofizikai adatok értékelése alapján azonban alapvetően módosult ez az elképzelés: a magmakamrában, vagy helyesebb nevén magmatározóban, kristályokkal teli magma található, ahol a kristálytartalom általában meghaladja az 50 térfogatszázalékot (ennek neve kristálykása). Egy ilyen magma fizikailag nem képes felszínre jutni és vulkánkitörést táplálni, ehhez az kell, hogy ez az arány megforduljon, azaz a magma olvadékanyaga legyen több mint 50 térfogatszázalékban jelen. Ezek után két kulcskérdés került előtérbe: milyen hosszan létezhetnek ezek a kristálykása állapotú magmatározók és ebben mi okozza, illetve milyen gyorsan a kitörésre képes magmaadag kialakulását.
Az MTA-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoport és ELTE TTK FFI Kőzettan-Geokémiai tanszék munkatársainak román-svájci-német nemzetközi együttműködésben elért legfrissebb tudományos eredményei, amit a szakterület egyik vezető folyóirata, az Earth and Planetary Science Letters publikált, e kulcskérdések megválaszolásához járulnak hozzá. A kutatók 15 éve vizsgálják a székelyföldi Csomádot, ahol a Kárpát-medence legutolsó vulkánkitörése volt 30 ezer évvel ezelőtt. A geofizikai elemzések adatai alapján azt valószínűsítették, hogy a Csomád alatt még most is lehet nagy kristálytartalmú magma, azaz kristálykása. Lukács Réka, a kutatócsoport munkatársa a vulkáni kőzetekben lévő piciny, mindössze néhány száz mikronos kristályt, a cirkont vizsgálta. A modern műszeres eljárások most már lehetővé teszik, hogy a kristályok urán, tórium és ólom izotóparányait nagy pontossággal, akár néhány 10 mikronos területről is mérni lehessen. Az izotóparányokból pedig kiszámítható a kristályok keletkezési kora. Lukács Réka több mint 500 cirkon kristályt elemzett, amelyek felölelik a teljes vulkáni működés kitörési anyagát.
Az eredmények azt mutatták, hogy a Csomád legfiatalabb (30-160 ezer éves) kőzeteiben lévő cirkonkristályok jelentős része 160 ezer évvel ezelőtt keletkezett és egy kitörés során a vulkáni képződményekben különböző korú kristályok mindig keverve jelentek meg. Ez azt jelenti, hogy a Csomád alatt, jóval a 160 ezer évvel ezelőtti vulkáni működés megindulása előtt már kialakult a magmatározó (mintegy 500-600 ezer évvel ezelőtt) és abban folyamatosan, mindig volt olvadék, amiből a cirkon és egyéb kristályok ki tudtak alakulni. A másik fontos következtetés, hogy a vulkánkitörések előtt a kristálykása minden esetben hatékonyan felkeveredett és a kitörési anyagban különböző időkben, a vulkáni működést akár több mint 100 ezer évvel megelőzően képződött kristályok jutottak be. Összességében ezek az elemzések azt jelzik, hogy még egy hosszan szunnyadó vulkán alatt, még akkor is, ha éppen nem működik, lehet kristálykása állapotú magmatározó. Ez pedig akár több százezer éven keresztül is folyamatosan fennállhat, mutat rá a kutatócsoport tanulmánya.
A cirkonvizsgálatok adatait felhasználva svájci szakemberekkel együtt modellszámításokat végeztek arra, hogy milyen feltételek kellenek ahhoz, hogy egy 700 Celcius fok hőmérsékletű kristálykása több százezer éven keresztül fennmaradjon és ennyi idő alatt milyen méretű magmatározó alakul ki. A kulcs a folyamatos magmautánpótlás, ami mellett 35 köbkilométer térfogatú magmatározó jöhetett létre a Csomád alatt. A tározóban lévő olvadékmennyiségnek kiemelt a fontossága: amíg jelen van, legyen az nagyon kis mennyiség is, hozzájárul a gyors reaktiválódáshoz, azaz a kristálykásában kőzetolvadékban dús magmaadag létrejöttéhez. A modellszámítások azt jelezték, hogy ennek a vulkánkitörésre alkalmas magmaadagnak a mennyisége idővel egyre nagyobb lehet. Kialakulásához pedig az kell, hogy a kristálykása anyagú magmatározóba magas hőmérsékletű friss magma nyomuljon. Ha ez megtörténik, akkor az utánpótlás mértékétől függően akár igen gyorsan kialakulhat a vulkánkitörésre képes magmamennyiség.
Az újszerű kutatások eredményei segítenek jobban megérteni a vulkánok, ezen belül különösen a hosszan szunnyadó tűzhányók működését. Rámutatnak arra, hogy a magmatározók nagyon hosszú ideig fennmaradhatnak a földkéregben, még akkor is, ha a tűzhányó éppen nem működik. A kutatási eredmény másik különlegessége, hogy a látszólag inaktív vulkánok alatt is lehetnek még kristálykása-tartalmú magmatömegek és amíg ezek fennállnak, addig nem zárható ki további vulkáni működés, akár több tízezer év nyugalom után sem. A Csomád jelenleg nem mutat arra jelt, hogy kitörne, de ezek a tudományos eredmények arra utalnak, hogy azért nem árt figyelni rá. A kutatócsoport most azt vizsgálja, hogy a kitörésre nem képes kristálykásából mennyi idő alatt alakulhat ki kitörésre már alkalmas magmaadag.
A kutatás az NKFIH OTKA Kutatási projekt keretében zajlik.
A friss tanulmány szabadon letölthető formában az Earth and Planetary Science Letters folyóiratban jelent meg: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X21002247
Lukács, R., Caricchi, L., Schmitt, A.K., Bachmann, O., Karakas, O., Guillong, M., Molnár, K., Seghedi, I., Harangi, S., 2021. Zircon geochronology suggests a long-living and active magmatic system beneath the Ciomadul volcanic dome field (eastern-central Europe). Earth and Planetary Science Letters 565, 116965., https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.116965
További információk: ELTE TTK FFI Kőzettan-Geokémiai tanszék és MTA-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoport (harangi.szabolcs@ttk.elte.hu)