Svart hraun frá þessu undarlega eldfjalli gæti leitt í ljós djúp leyndarmál jarðar

SVART LAVA er ekki það sem nokkur skynsamur maður myndi búast við að finna í kokteilhristaranum sínum. En þegar þú heldur á henni, dinglandi yfir gígbrún í Tansaníu og reynir að rannsaka undarlegasta eldfjall heims, þá er það nákvæmlega það sem þú vilt sjá.

Að stela hrauni er yfirleitt ekki svo flókið. Jú, það er oft mörg hundruð gráðum heitara en sjóðandi vatn – ekki svona hlutur til að dýfa fingrunum í. En, vopnaður ágætis skóflu, geturðu grafið í hraunrennsli og hellt einhverju í fötu af vatni og varðveitt jarðfræðileg undur þess. „Auðveldi hluti er að ausa því,“ segir Kate Laxton , doktorsnemi í eldfjallafræði við University College London. Þangað til hraunið er 23 hæðir fyrir neðan þig, neðst í bröttum gíg.

Sá gígur tilheyrir Ol Doinyo Lengai, hinum eina eldfjall í sólkerfi sem vitað er að enn gýs karbónatíthraun, sem hefur nokkra skrýtna eiginleika. En það er meira við Ol Doinyo Lengai en sérstöðu hans. Svarta hraunið sem það blæðir gefur okkur glugga inn í annars óaðgengilegan hluta af heimi okkar.

Möttull jarðar er heiti, trausti en plastkenndur hluti sem er 84 prósent af rúmmáli plánetunnar okkar . Það eldar upp gosefni og færir yfirborðsheiminn til að búa til fjallgarða, hafsvæði og heimsálfur og valda einstaka eldgoshamfarum. Samt vitum við furðu lítið um það, frá því hvernig það gleypir upp dauðvona tektónískum flekum til uppruna ofboðslega heita efnisins. Svarta hraun Ol Doinyo Lengai gefur okkur tækifæri til að finna svör, en það er ekki auðvelt að safna því.

Að vísa til þessa eldfjalls sem óhefðbundins væri vanmat. Hraunið sem þú og ég – og flestir eldfjallafræðingar – þekkjum kemur í fallegum litbrigðum af gulum, brenndum appelsínugulum, gulbrúnum og augaberandi vermilion. En ef þú klifrar upp bratta tind Ol Doinyo Lengai, í um 3 kílómetra hæð yfir sjávarmáli, og skyggnist inn í virkan gíg hans, muntu sjá eldfjallaígildi Rorschach prófunar. Svartir vökvar munu fljúga upp í loftið og skvetta yfir gígbotninn, kólna hratt, blandast andrúmsloftinu og verða silfurhvítt.

Innan draugalega virkan gíg eldfjallsins er hægt að finna skuggalitaðar keilur sem kallast hornitos. Stundum 15 metra háir sprauta þeir gráu, brúnu, drapplituðu og svörtu hrauni í allar áttir úr fjölmörgum slöngum og holum. Ástæðan fyrir þessum mismunandi litum er óþekkt, en þetta hraun hefur aðra sérkenni fyrir utan litinn. Bráðið berg getur hreyfst á ýmsum hraða, en á sléttu yfirborði er almennt hægt að ganga hraðar en dæmigerð hraun. Ekki svo með svarta hraun Ol Doinyo Lengai, sem er fljótandi en vatn, sem flýtir sér eins og seint sé að panta tíma.

Ástæðan fyrir óvenjulegri fljótfærni er það sem svart hraun inniheldur. Flest kvika – heita fljótandi bergið sem finnast inni í eldfjöllum – geymir töluvert magn af kísil, blöndu af einu kísilatómi og tveimur súrefnisatómum. Kísil finnst gaman að sameinast í langar keðjur sem mynda eins konar beinagrind fyrir hraun – kviku sem hefur verið rekin úr eldfjalli. Því umfangsmeiri sem þessar keðjur eru, þeim mun grófara og tjörulíkara er hraunið. Svarta hraunið hans Ol Doinyo Lengai er karbónatít sem inniheldur – meðal annars – mikið af kalsíumkarbónati, krítarkenndu efninu sem safnast upp í kringum vatnskrana þinn og natríum, en lítið af kísil. Þetta þýðir að það skortir beinagrindarstyrk flestra annarra hrauns, sem gerir það kleift að flæða fáránlega hratt – raunar nógu hratt til að ná af og til óheppinn gasellu sem þysir niður hlíðar eldfjallsins.

Það er hrikalega flott líka. Basalthraunið skýtur upp úr Cumbre Vieja eldfjallið á Atlantshafseyjunni La Palma er til dæmis um 1000°C. En svart hraun , nýkomið úr gryfjunni, gýs við 500°C, aðeins 400 gráðum heitara en vatnið sem sýður í katlinum þínum. Stundum kólnar það svo fljótt að það frýs í loftinu og skapar fossa sem virðast vera fastir í tíma.

Ástæðan fyrir því að þetta eldfjall er svo óhefðbundið er sama ástæðan fyrir því að eldfjallafræðingar eru svo áhugasamir um að safna sýnum af hrauni þess – kolefni úr möttli jarðar. Rannsókn 2020 , undir forystu James Muirhead við háskólann í Auckland á Nýja Sjálandi , notaði fjölda sönnunargagna til að töfra fram upprunasögu eldfjallsins. Þeir komust að því að óvenjuleg langvarandi tilvist möttulsuppstreymis – ofhitaðra gosbrunnur sem elda botn jarðvegsfleka og mynda kviku – hafa séð eldfjallinu fyrir ofgnótt af kolefni, sem gerir karbónatítkviku kleift að myndast. Og mikið magn af natríum úr djúpinu, sem tengist karbónatítinu, gerir það kleift að streyma út sem hraun. Án þess mikilvæga frumefnis myndi karbónatítið brotna niður og ropast út sem koltvísýringur.

Þessi undarlega efnafræði þýðir að að fá sýnishorn af hrauni Ol Doinyo Lengai opnar glugga inn í stóran hluta heimsins sem venjulega er óaðgengilegur. Það kann að vera langt fyrir neðan fæturna á þér, en „möttullinn skiptir máli,“ segir Paul Byrne , plánetuvísindamaður við Washington háskólann í St. Louis, Missouri. „Þetta er stærsta einstaka samfellda mannvirkið á – ja, í – jörðinni. Þaðan kemur að minnsta kosti helmingur hitans frá innviðum og þaðan kemur mikið af eldfjallaefninu sem mótar yfirborðið.“ Og samt eru fínni smáatriðin í formbreytandi líffærafræði þess, þar á meðal ofhitnaðir strokur sem geta opnað höf og rifið í sundur heimsálfur, enn óljós. „Ef við ætlum að skilja til hlítar jarðfræðilegt eðli, þróun og jafnvel búsetu okkar eigin heims, og því síður eiginleika annarra pláneta, þá er best að við gleymum ekki möttlinum,“ segir hann.

Fyrir utan handfylli af brotum sem eiga uppruna sinn djúpt í möttlinum sem hósta út úr ákveðnum eldgosum, og nokkrum ótrúlega sjaldgæfum blettum á yfirborðinu þar sem bitar af fornum möttli hafa verið grafnir upp af jarðvegsöflum, er þetta ríki ógegnsætt augum og höndum manna. Jarðskjálftamælar gefa vísbendingar um hvernig það er, vegna þess að jarðskjálftabylgjur frá jarðskjálftum geta sokkið inn í og farið upp úr möttlinum. En þessar undirskriftir gefa ekkert ótvírætt. Sem betur fer geta sýnishorn af svörtu hrauni gefið okkur áþreifanlegar upplýsingar um þessa dularfulla innstungu jarðar.

Fyrstu sýnin voru tekin á sjöunda áratugnum. Árið 1983 fór eldfjallið í gosfasa sem fyllti gíginn af storknuðu hrauni og nokkrum til viðbótar var safnað. En sprenging árið 2007 sprengdi allt í burtu og skildi eftir sig ótrúlega brattan vegg. Nú situr hraunið fyrir neðan ógnvekjandi fall upp á tæpa 100 metra. Engum sýnum var safnað í 12 ár, síðan það hætti að gjósa, þar til Laxton reyndi árið 2019.

„Til að skilja búsetuleika okkar eigin heims ættum við ekki að gleyma möttlinum“

Það væri of hættulegt að sigla niður. Dróni gæti flogið niður og tekið sýni, en vindurinn á tindnum er svo mikill að dróninn gæti blásið inn í gíginn og glatast. „Tæknin virðist alltaf vera brjáluð fyrir framan mig,“ segir Laxton. Sem fjallgöngumaður grunaði hana að það væri leið til að nota kerfi af hjólum og reipi til að komast örugglega að hrauninu, en hún þyrfti hjálp atvinnumanns.

Ekki löngu fyrir leiðangur sinn kom Laxton auga á einhvern dingla frá stórri byggingu nálægt háskólasvæðinu í London. Hann reyndist vera reyndur fjallgöngumaðurinn Arno Van Zyl. Þau fengu sér kaffi, hún útskýrði verkefni sitt og í lok þess voru þau að skipuleggja ferð sína til Tansaníu. Með þeim komu Emma Liu , eldfjallafræðingur við University College í London, nokkrir vanir Ol Doinyo Lengai klifrarar og teymi tanzanískra burðarmanna sem komu með mat og vatn. Ránið var í gangi.

Skemmtileg efnafræði Ol Doinyo Lengai – sem fyrst kom í ljós með sýnatöku á sjöunda áratugnum – hefur lengi bent áhorfendum að eitthvað annað veraldlegt væri að gerast langt undir yfirborðinu. Vísbendingar um uppruna þessarar óvenjulegu gullgerðarlistar er að finna í víðáttumiklu hverfi eldfjallsins. Það er í hluta Austur-Afríku sem hægt en örugglega er að rífa í sundur af títanískum jarðvegsöflum, sitjandi á sprungu sem teygir sig þúsundir kílómetra frá Rauðahafinu til Mósambík.

Hér er afríski jarðvegsflekinn í grófum dráttum skipt í tvo smærri fleka: Nubíuflekann í norðvestur og sómalíska flekann í suðausturhlutanum. Báðir fara í sitthvora áttina. Þekktur sem East African Rift, þetta er þar sem Austur-Afríka brotnar í sundur um nokkra sentímetra á hverjum áratug . Þegar svona rifur á sér stað þynnist jarðskorpan og dularfullur möttull plánetunnar kemst ótrúlega nálægt húð heimsins. Það getur leyst úr læðingi framandi efnafræði og framleitt furðuleg eldfjöll – þar á meðal Ol Doinyo Lengai, öfgafyllsta útlaga.

Þegar á leiðtogafundinum var komið var kominn tími til að beita skurðartækjum Laxtons. Það kemur í ljós að það er ekkert betra að halda sýnishorn af svörtu hrauni en kokteilhristara úr ryðfríu stáli og vínmælingar sem neita að bráðna í bráðnu bergi.

Laxton og teymi hennar settu upp akkerispunkta í kringum ummál gígbrúnarinnar. Þeir tengdu saman tvo þeirra og mynduðu spennulíkt hjólakerfi sem spannar gíginn. Eftir að fyrstu gámarnir steyptust í hraunið urðu hörmungar. Laxton togaði of kröftuglega í trissuna, sem varð til þess að strengurinn slitnaði og bollarnir féllu í hraunið.

Jarðfræðilegur skíthæll

Sem betur fer var þetta eina scoop bilun Laxton. Teymið horfði á þegar sex ausu sem innihéldu fersk sýni af svörtu hrauni risu upp á víxl, loftþurrkuð eins og sneiðar af jarðfræðilegum rykkökum og varðveittu steinefni þeirra og áferð.

Þessar kekkjulegu ræmur af frosnu hrauni eru enn í nákvæmri greiningu, svo það er of snemmt að vita hvað þær kunna að leiða í ljós um eldfjallið og dularfullar lagnir þess. En Laxton og samstarfsmenn hennar vonast til að nota þau til að afkóða goshring eldfjallsins. Gígurinn fyllist af hrauni á nokkrum árum áður en tindurinn hristist af mikilli sprengingu sem kastar þessu bráðna innihaldi frá sér og síðan hefst hægt gos svarta hraunsins að nýju. Efnafræði eldfjallahraunsins, sem sýnishorn hafa verið tekin af ýmsum teymum á mismunandi stöðum á þessari lotu, ætti að hjálpa til við að útskýra hvers vegna Ol Doinyo Lengai skiptir verulega á milli rólegs útflæðis og sprengilegrar reiði.

Verkefnið til að skilja þetta eldfjall fer dýpra. Þessar tegundir hraunsýnis sem vísindamenn eins og Laxton hafa fengið innihalda mikilvægar vísbendingar um undirheima plánetunnar. Efnafræðilegar undirskriftir geta ekki aðeins leitt í ljós hvaðan í möttlinum hráefnin í þessa undarlegu kviku komu upphaflega, heldur einnig svolítið um matreiðsluferlið. Skutust þessi efni beint upp í eldfjallið eða blönduðust þau öðru efni í jarðskorpunni? Svörin munu segja okkur hvers vegna eldfjallið gýs með þeim hætti sem það gerir.

Nú erum við nær því að finna þá. Að hluta til þökk sé áhugi okkar á áfengum drykkjum, en að miklu leyti vegna hugvits Laxton og teymi hennar, hafa verðmæt ný sýnishorn fengist af sjaldgæfustu eldfjallaefnum. Það er skref fram á við fyrir eldfjallafræðinga sem vonast til að afkóða möttulgaldurinn sem gerir sérvitringasta eldfjallið sem vísindin þekkja.