De besneeuwde bergen van het Pacifische Noordwesten, in de VS en Canada, liggen allemaal op een opvallend rechte lijn en verrijzen in een grillig landschap ten oosten van de snelweg Interstate 5. Maar één vulkaan houdt zich daar duidelijk niet aan. Ruim veertig kilometer ten westen van de andere explosieve vulkanen, in het zuidwesten van de staat Washington, ligt de Mount St. Helens.
Veertig jaar geleden was de vulkaan wereldnieuws toen hij met donderend geweld tot leven kwam. Bij de ramp kwamen 57 mensen om en werd as en gas tot een hoogte van zo’n 25 kilometer de atmosfeer in geblazen en 350 vierkante kilometer bos in de as gelegd. Het was de dodelijkste uitbarsting ooit op Amerikaanse bodem. Ook nu nog wordt de vulkaan als een van de gevaarlijkste in de VS beschouwd en is hij de actiefste van het hele Cascadegebergte.
Maar de vraag waar al deze vuurkracht vandaan komt, is altijd een hardnekkig mysterie gebleven. De afwijkende locatie van de berg, terzijde van de lijn van Cascade-vulkanen, ligt boven een geologische zone die te koud is om het magma te produceren dat door vulkanen wordt uitgebraakt. “Op de plek van de Mount Saint Helens zou helemaal geen vulkaan moeten liggen,” zegt Seth Moran, hoofdwetenschapper van het Cascades Volcano Observatory in Vancouver, Washington, onderdeel van de US Geological Survey.
Bij de oplossing van dit raadsel gaat het om méér dan alleen geologische nieuwsgierigheid. De vuurstorm die veertig jaar geleden over het gebied raasde, was een pijnlijke herinnering aan het feit dat de vulkanen van het Cascadegebergte voor miljoenen mensen een groot gevaar kunnen vormen. Ook was de uitbarsting een harde leerschool voor vulkanologen, die plotseling met een overdaad aan nieuwe inzichten werden geconfronteerd. In de decennia daarna hebben wetenschappers de uitgebreide observaties van de vulkaanuitbarsting bestudeerd om erupties in de rest van de wereld beter te kunnen verklaren en mensen voor te bereiden op toekomstige uitbarstingen.
“Het betekende een belangrijke sprong voorwaarts in onze kennis van dit type uitbarsting,” zegt Janine Krippner, vulkanologe van het Global Volcanism Program, onderdeel van het Smithsonian Institution.
Gedetailleerde observaties van de processen die zich in en onder de vulkaan afspeelden, konden de onderzoekers veel vertellen over de interne trillingen en aardverschuivingen die aan een uitbarsting voorafgaan, wat de mogelijkheid oproept om vulkaanuitbarstingen steeds nauwkeuriger te voorspellen en omwonenden de tijd te geven een goed heenkomen te zoeken.
Nu, vier decennia na de uitbarsting van de Mount St. Helens, hebben wetenschappers eindelijk meer aanwijzingen kunnen vinden voor de merkwaardige ligging van de vulkaan. Aan de hand van een hele reeks nieuwe analyses werd nieuw licht geworpen op de onderaardse mysteries van de berg, in een van de meest alomvattende pogingen om de oorsprong van de vulkaan te achterhalen: het project Imaging Magma Under St. Helens of ‘iMUSH’. In het algemeen lijkt de Mount Saint Helens niet te voldoen aan het beeld van de gebruikelijke vulkaankegel boven op een onderaardse kamer van gesmolten gesteente. In plaats daarvan lijken er diep onder de vulkaan verspreide magmabellen te huizen, die evenwel ten oosten van de berg, in de richting van de naburige Mount Adams, liggen.
Een kolom van gloeiendhete as en gas stijgt op 18 mei 1980 op uit Mount Saint Helens. Deze foto is vanuit het zuidwesten genomen. In minder dan twee weken na de uitbarsting had een deel van het vulkanische as zich over de hele wereld verspreid.
Niets aan de hand
Op een kille, heldere ochtend in 1980 genoten de geologen Dorothy en Keith Stoffel vanuit een vliegtuigje met volle teugen van het prachtige landschap rond de Mount Saint Helens, diep beneden hen. Het was 18 mei, en het uitstapje was alvast een verassing voor Dorothy’s komende 31e verjaardag. Het echtpaar had toestemming van de USGS, de United States Geological Survey, gekregen om een vlucht over de vulkaan te boeken. De berg was destijds al bijna twee maanden aan het rommelen, maar op die zondag leek alles rustig. Toen Dorothy met de USGS belde om te checken of de vlucht kon doorgaan, kreeg ze te horen: “Kom maar langs, er is hier niets aan de hand.”
Normaliter waren de hellingen van de Mount St. Helens bedekt met sneeuw, maar door de recente oprispingen van de vulkaan waren ze nu besmeurd met roet. Vanuit het raampje van de Cessna 182 maakte het echtpaar foto’s van de symmetrische piek van de berg. “Het was zó kalm en sereen dat ik een zekere teleurstelling voelde,” herinnert Dorothy zich. “Ik dacht bij mezelf: oké, de berg is weer gaan slapen.”
Een opgezwollen bult aan de noordflank van de vulkaan was een van de weinige zichtbare tekens die wezen op zijn actieve status. Sinds het einde van maart 1980 was die bult met twee meter per dag gegroeid. Terwijl de Stoffels over de berg vlogen, zag Dorothy glinsterend witte sporen van gesmolten ijs van de roetzwarte berg stromen, een teken dat er direct onder het oppervlak een enorme hitte heerste. Het vliegtuigje maakte een wijde bocht en vloog nog twee keer over de vulkaankrater.
Om half negen ’s ochtends besloten ze nog één keer in oostelijke richting over de opvallende bult te vliegen. Dat was ook het moment dat de vulkaan begon uit te barsten.
Voordat ze doorhadden wat er aan de hand was, had zich een scheur van bijna twee kilometer lengte in de berg geopend en werd de hele noordflank van de berg weggeblazen – de grootste aardverschuivingdie ooit op land is geregistreerd. Het echtpaar bleef foto’smaken terwijl de aardbodem beneden hen vloeibaar leek te worden en tweeënhalve kubieke kilometer gesteente en aarde – genoeg om er één miljoen Olympische zwembaden mee te vullen – van de berg denderde.
“Als geoloog weet je dat vulkanen kunnen uitbarsten,” zegt Dorothy. “Wat je niet verwacht, is dat een berg zomaar uit elkaar valt.”
Door de aardverschuiving werd de druk op de magmakamers eronder opgeheven, alsof een fles champagne was ontkurkt. De vulkaan barstte uit: in een reusachtige explosie werden dichte wolken gloeiend gesteente en hete as in zijwaartse richting weggeblazen; het was voor het eerst dat dit type uitbarsting zo nauwkeurig kon worden geobserveerd. Met een snelheid van bijna vijfhonderd kilometer per uur rukte de explosie de top van de vulkaan weg en maakte een gebied van honderden vierkante kilometer bos met de grond gelijk.
De opwellende aswolken uit de zijwaartse uitbarsting begonnen het vliegtuigje van de Stoffels in te halen. De piloot zette een duikvlucht in om snelheid te maken. “Ik dacht echt dat het met ons gedaan was,” zegt Dorothy. Maar door naar het zuiden te zwenken wist het trio ternauwernood aan de aswolken te ontkomen.
Terwijl ze van de vulkaan wegvlogen, zag Dorothy hoe een pluim van gloeiend gas en hete as hoog in de atmosfeer oprees en vulkanische bliksemschichten de krater verlichtten. Ruim negen uur bleef de pluim boven de vulkaan hangen, hulde de wijde omgeving in diepe duisternis en liet een regen van as op het noordwesten van de VS neerdalen.
Een helikopter brengt apparatuur naar Mount Saint Helens om onderzoek te kunnen doen naar mogelijke activiteit. Het arsenaal aan instrumenten waarmee de vulkaan nauwlettend in de gaten wordt gehouden is sinds de uitbarsting in 1980 verscheidene keren geüpgraded.
Het angstaanjagende ooggetuigenverslag van de Stoffels is een zeer belangrijk stukje informatie onder het grote aantal observaties dat die dag door burgers en wetenschappers werd gedaan. Zo’n 53 kilometer verder naar het oosten, op de Mount Adams, hield bergbeklimmer John Christiansen zijn ijsbijl omhoog tegen de hemel. De lucht was zó sterk statisch geladen dat hij de schok door zijn wollen want voelde. Ruim zeventig kilometer verder naar het westen, op Sauvie Island in de staat Oregon, volgden kunstenares Lucinda Parker en haar man de ontwikkeling van de pluim terwijl hun 3-jarige dochtertje in het zand speelde. En ruim 230 kilometer naar het oosten kwamen Douglas Bird en zijn gezin uit de kerk toen ze de naderende aswolken opmerkten. Zoiets hadden ze nog nooit gezien.
De schokgolf van de explosie klonk na in navolgende generaties en bracht onderzoekers uit de hele wereld naar de staat Washington om de vulkaan te bestuderen. Uit deze intense fascinatie voor de berg werd ook het iMUSH-project geboren.
Blik in de afgrond
De Mount St. Helens maakt deel uit van de vulkanische boog van de Cascaden, een gebergte dat zich van de Canadese provincie British Columbia tot in het noorden van Californië uitstrekt. Zoals veel andere vulkanen in de wereld is dit sluimerende vulkanische gebergte het resultaat van een subductiezone, een grensgebied tussen twee tektonische platen of aardschollen, in dit geval tussen een zwaardere oceanische aardschol die langzaam onder een lichtere continentale plaat schuift. Terwijl de oceanische plaat de diepte in wordt gestuwd, lopen druk en temperatuur hoog op, worden vloeistoffen in het gesteente uit de plaat geperst en begint de vaste aardschol te smelten. Gesmolten magma is minder zwaar dan het omringende gesteente en welt op naar het oppervlak, waar het de aardkorst doorbreekt en vulkanen vormt.
De meeste vulkanen van het Cascadegebergte – en veel andere vulkanen elders in de wereld – ontstaan boven plekken waar de afdalende plaat een diepte van zo’n honderd kilometer bereikt, daar waar de temperatuur hoog genoeg is voor de vorming van magma. Maar de Mount Saint Helens is een uitzondering op die regel. De berg ligt tientallen kilometers ten westen van de andere vulkanen in de Cascade-boog en op niet meer dan 67 kilometer boven de subductieplaat.
Het iMUSH-project ging in de zomer van 2014 mede van start om licht te werpen op dit raadsel. Om de onderaardse structuur van een vulkaan in beeld te brengen maken wetenschappers gebruik van de snelheid waarmee seismische golven door gesteenten galmen, een beetje zoals het nemen van een echografie van de aarde. In weerwil van lekke banden en onverharde en slecht onderhouden wegen, kwamen tientallen wetenschappers bijeen om op alle hellingen van de Mount St. Helens een groot aantal seismometers te plaatsen.
Voor een van de onderdelen van het onderzoek lieten de wetenschappers een reeks explosies afgaan en bekeken vervolgens hoe de seismische golven zich door de ondergrond van de vulkaan verplaatsten. Een andere groep instrumenten legde twee jaar lang elke trilling in en onder de berg vast, en ook het gerommel van oceaangolven aan de andere kant van de wereld. Weer andere onderzoekers benaderden het vulkanische systeem door te kijken naar de chemische samenstelling van gesteenten. En dan waren er nog wetenschappers die gebruik maakten van het aardmagnetisch veld en andere elektrische velden om de geleidbaarheid van de ondergrond te meten.
“Wat de groep heeft kunnen doen, is dat ze hun hele instrumentarium op de Mount Saint Helens hebben losgelaten,” zegt Moran van de USGS, die deel uitmaakte van het iMUSH-team. Uit de resultaten blijkt dat de seismische golven zich langzamer dan normaal door een zone ten oosten van de Mount St. Helens verplaatsten, op een diepte van tussen de vijftien en veertig kilometer. Verschillende mineralen kunnen van invloed zijn op de snelheid van seismische golven, maar ook magma kan de trillingen afremmen. Misschien smelt het gesteente onder de andere Cascade-vulkanen zoals je dat zou verwachten, maar buigt een deel van het magma naar het westen af, waar het zich door de aardkorst een weg baant en de Mount St. Helens voedt, zo komt uit de analyse naar voren.
Het verhaal dat de gesteenten zelf vertellen, past in dit beeld. Door monsters van uitgeworpen rotsen onder verschillende omstandigheden in het laboratorium te smelten, kon het team aantonen dat het stroperige en gasrijke magma dat de uitbarstingen van de Mount St. Helens zo explosief maakt, op de (geringe) diepte ontstaat die overeenkomt met die van het vermoede reservoir onder de berg, aldus Dawnika Blatter, een experimenteel petrologe van het iMUSH-team die samenwerkt met het California Volcano Observatory van de USGS.
De verrassend afgezonderde locatie van het magma “wijst erop dat we moeten kijken naar een breder gebied dan alleen de zone direct onder een vulkaan als we meer inzicht willen krijgen in de herkomst van het magma,” zegt Geoffrey Abers, een geofysicus van de Cornell University die meewerkte aan de seismische analyses van het iMUSH-project.
Na de uitbarsting van 1980 hebben onderzoekers mogelijk trillingen van deze naburige diepe smeltzone opgevangen, in de periode dat het onderaardse gesteente zich aanpaste aan het feit dat een grote hoeveelheid magma was uitgeworpen. Volgens Moran werden bijna een half jaar na de eruptie nog trillingen onder het zuidoosten van de berg waargenomen. Deze aardschokken kunnen zijn veroorzaakt door verschuivingen van het magma; als wetenschappers kunnen bevestigen dat deze trillingen inderdaad in verband staan met de magmabellen onder de Mount St. Helens, kan dat bijdragen aan het streven om toekomstige vulkaanuitbarstingen aan te zien komen.
“We wisten al dat de zuidoostflank van de St. Helens een beetje een zwak punt in het hele systeem vormt,” zegt Moran. “Dat we nu verklaringen hebben gevonden voor het optreden van aardschokken in dat gebied, spoort ons aan om die kant van de vulkaan nader te onderzoeken.”
Oeroude littekens
Over de vraag wat de drijvende kracht achter al dat verschuivende magma is, wordt nog gedebatteerd. Veel wetenschappers zien aanwijzingen in het omringende landschap, dat is bezaaid met littekens van miljoenen jaren aan tektonisch getouwtrek. Deze littekens kunnen de stroom van latere magmabellen hebben beïnvloed.
Lang geleden lag er voor de westkust van Noord-Amerika een vulkanische rotsformatie, het zogenaamde Siletzia-plateau. Maar door de voortdurende tektonische verschuivingen op aarde werd de kloof tussen het plateau en de kustlijn langzaam gesloten, waardoor het Siletzia-plateau vijftig miljoen jaar geleden op het continent botste. Terwijl de oceaan tussen de beide landmassa’s verdween, werden afzettingen onder de zee op een grote hoop bijeengeschraapt en tot steen samengeperst. Volgens het iMUSH-team is het mogelijk dat deze onuitwisbare formatie precies onder de Mount St. Helens ligt.
Met behulp van een methode die ‘magnetotelluriek’ wordt genoemd, konden wetenschappers aan de hand van de geleidbaarheid van de gesteenten vaststellen hoe de structuur van deze opeenhoping eruit moest zien. Daarbij worden mineralen met een hoog gehalte aan koolstof en zwavel, die mogelijk uit mariene afzettingen zijn opgebouwd, als lichte vlekken zichtbaar. “Die mineralen lichtten op als een kerstboom,” zegt Paul Bedrosian, geofysicus van de USGS en lid van het iMUSH-team. Direct onder de Mount St. Helens wijst een helder gebied op een plek waar oeroude mariene afzettingen zijn omgezet in een kenmerkend ‘metasedimentair’ gesteente.
De resultaten leverden nog een andere verrassing op, even ten oosten van de vulkaan. Een uitgestrekt gebied met gesteente van lage geleidbaarheid lag pal boven de plek waar men een grote magmabel vermoedde. De wetenschappers denken dat dit gesteente een enorme prop van afgekoeld magma is die miljoenen jaren vóór het ontstaan van de Mount St. Helens werd gevormd.
De verschillen tussen de eigenschappen van deze vulkanische prop of ‘batholiet’ en het metasedimentaire gesteente in het grensgebied waar het Siletzia-plateau op het continent is gebotst, kunnen van invloed zijn geweest op de enorme spanningen die in de onderaardse formaties optraden, en daarmee op de richting van de magmastroom. De batholiet dwong het magma ertoe om alleen ten oosten van de Mount St. Helens naar de oppervlakte te komen, terwijl het metasedimentaire gesteente als een soort ontsnappingsventiel fungeerde, waardoorheen het stroperige en dikke magma naar de oppervlakte werd gedirigeerd.
Volgens Jade Crosbie, geofysica van de USGS in Lakewood, Colorado en eveneens lid van het iMUSH-team, onthulde de batterij seismometers op de berg ook een dichte muur van afzettingen onder het metasedimentaire gesteente. Ook deze formatie speelde waarschijnlijk een rol in de vorming van dit verborgen onderaardse rijk en verhinderde het magma om in westwaartse richting te stromen.
Ploegen door een zee van data
De iMUSH-analyses bieden meer inzicht in wat zich diep binnenin de planeet afspeelt, maar het plaatje is nog lang niet compleet, aldus Moran. “Een van de standaardregels in geofysische beeldvorming is ‘hoe dieper je meet, hoe minder je weet’”.
Tegenwoordig zijn er alleen nog maar her en der restanten van Siletzia te zien aan het oppervlak. Ze zijn deels bedolven onder inmiddels hard geworden lava en deels door met bomen bedekte grond. Daardoor is er in de wetenschap een discussie gaande over de vraag waar de sutuurzone – met zijn belangrijke rol voor de richting van de magmastroom - precies ligt. Om Siletzia-gesteente te kunnen aanraken, moet je tientallen kilometers ten westen van Mount Saint Helens zijn, vertelt seismoloog Eric Kiser die werkt aan de University of Arizona en teamlid was van iMUSH.
Terwijl de onderzoekers de zee van andere data van iMUSH doorploegen, komen steeds weer nieuwe vragen op. Hoe verandert het systeem in de loop van de tijd? Hoe snel verplaatst het magma zich? Hoe kan zo'n uitgestrekte zone van deels gesmolten gesteente zich ophopen in een vulkanische speldenprik aan het oppervlak? Elk mogelijk antwoord draagt bij aan de kennis over hoe en waarom vulkanen uitbarsten. Daardoor kunnen wetenschappers een verband leggen tussen de gebeurtenissen bij één vulkaan en het grotere plaatje van wereldwijd vulkanisme, zegt seismoloog Helen Janiszewski van de University of Hawaii in Manoa.
Sinds die dramatische dag in 1980 is Mount Saint Helens nog verschillende keren actief geweest. Intussen zijn er steeds meer mensen in de omgeving van de vulkaan gaan wonen. Die combinatie van factoren maakt het des te noodzakelijker om deze vulkaan goed in de gaten te houden, en wetenschappers nemen die taak zeer serieus.
“Mount Saint Helens wordt heel goed gemonitord,” zegt Kiser. “De mensen van USGS hebben dat goed voor elkaar.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
