Op november 10, 2023, Kristín Jónsdóttir, hoofd van de afdeling vulkaanonderzoek van het IJslandse Meteorologische Bureau, had een zeldzame vrije dag. ‘Het was mijn vijftigste verjaardag’, zei ze. Toen begon alles te trillen. Ze zou de hele dag naar haar telefoon staren en de aardbevingen zien bloeien op de kaarten van het IJslandse schiereiland Reykjanes.

Het schiereiland ervaart spleetuitbarstingen, waarbij de grond opensplijt en lava naar buiten stroomt. Sinds eind oktober was de aandacht gericht op de regio Svartsengi op het schiereiland, de thuisbasis van de populaire Blue Lagoon-spa, een geothermische energiecentrale en de kustplaats Grindavík. De laatste drie uitbarstingen van het schiereiland hadden geïsoleerde valleien met vuur overspoeld. Maar nu werd de stad bedreigd.

De maalstroom van bevingen op 10 november onthulde dat een begraven magmatische rivier zich een weg had gebaand richting Grindavík en zijn 3,600 inwoners. Nog verontrustender was dat er een dijk – een verticaal magmalichaam dat lijkt op een gordijn van vloeibaar vuur – uit die ondergrondse rivier was opgestegen en vlak voor het oppervlak stopte.

De autoriteiten hebben de stad snel geëvacueerd. En toen wachtte iedereen.

Op 18 december spleet een vulkanische kloof de grond in het noordoosten van de stad en beschilderde de winterse grond met gesmolten gesteente. De intense uitbarsting duurde een paar dagen en bleef buiten Grindavík.

Toen op 3 januari om 14 uur werden de weinige bewoners die naar hun huizen waren teruggekeerd, gewekt door claxons en sms-berichten waarin hen werd verteld dat ze moesten vluchten. Een nieuwe uitbarsting had de stad binnengevallen. Tegen de tijd dat het ongeveer zestig uur later eindigde, waren verschillende huizen overspoeld, maar niemand was gestorven.

De inwoners van Grindavík danken hun leven aan proactieve lokale autoriteiten, noodhulpmanagers en de studie van het binnenland van de aarde. Wetenschappers hadden de beweging van magma gevolgd door seismische golven en vervormingen in de aardkorst te decoderen. Door de vulkanische waterleidingen van het schiereiland in kaart te brengen, verwerven ze een beter inzicht in hoe het vulkanisme in het algemeen werkt, terwijl ze er ook naar streven om in de toekomst nog preciezere lokale voorspellingen te kunnen doen.

Er wordt gewerkt; deze vulkanische crisis is nog lang niet voorbij. Een schiereiland dat al 800 jaar geen uitbarsting heeft gezien, is nu wakker geworden, en geologisch bewijs suggereert dat uitbarstingen nog jaren, decennia of zelfs eeuwen kunnen aanhouden.

“We hebben nog maar een fractie van de lava naar boven zien komen,” zei Jónsdóttir. “De natuur is grimmig.”

De kracht van geofysica

Uitbarstingen van kloven – die ook elders in IJsland voorkomen, maar ook op Hawaï en (enkele millennia geleden) Idaho, New Mexico en Californië – zijn moeilijk te voorspellen. In tegenstelling tot klassieke vulkaanuitbarstingen met een bergachtige landvorm, is het moeilijk te voorspellen waar de kloven zich precies zullen voordoen.

Vooral het spleetvulkanisme op het schiereiland Reykjanes is bijzonder. Oude lavastromen, die nu op hun plaats zijn bevroren, onthullen dat uitbarstingen de regio jarenlang hebben geteisterd, maar dat aan weerszijden van deze episoden eeuwenlang geen vulkanische activiteit heeft plaatsgevonden. De laatste periode van uitbarstingen eindigde in 1240, en dat was het ook de derde in zijn soort op het schiereiland in de afgelopen 4,000 jaar, waarbij elke cluster ongeveer acht eeuwen van elkaar gescheiden was. Maar waarom bestaat deze periodiciteit van grofweg 800 jaar? “Eerlijk gezegd weten we het nog steeds niet”, zegt hij Alberto Caracciolo, een geoloog aan de Universiteit van IJsland.

Dat er überhaupt sprake is van vulkanisme is niet schokkend. Het schiereiland ligt bovenop een mantelpluim – a fontein van warmte opstijgend vanaf de kern-mantelgrens van de aarde. En het ligt aan weerszijden van de Mid-Atlantische Rug, een hechtingsgebied tussen de Euraziatische en Noord-Amerikaanse platen. De tektonische rusteloosheid van Reykjanes heeft het gebied tot een van de meest onderzochte vulkanische gebieden ter wereld gemaakt.

Dus toen in 2020 tienduizenden aardbevingen het schiereiland begonnen te doen schudden en de grond begon te zwellen, vermoedden wetenschappers dat de commotie een opmaat zou kunnen zijn voor een vulkanische prestatie die acht eeuwen in de maak was. Ze hoefden alleen maar uit te zoeken waar. 

Jagende Magma

Wanneer magma gesteenten diep in de aardkorst breekt, veroorzaakt het aardbevingen met verschillende kenmerken. Deze seismische golven en hun eigenschappen verschaffen wetenschappers de meest directe – en minst dubbelzinnige – aanwijzingen over de aanwezigheid en migratie van magma. Tijdens een vulkanische crisis ‘kon je maar één ding hebben’, zei hij Sam Mitchel, een vulkanoloog aan de Universiteit van Bristol, “zou het zijn.”

Magma dat in beweging is, vervormt, als het ondiep genoeg is, ook merkbaar de grond. Satellieten gebruiken radar om hoogteverschillen in de loop van uren, dagen of weken te identificeren. GPS-stations op de grond bieden ook real-time informatie met hoge resolutie over hoogteverschillen.

Jónsdóttir vermoedt dat de kakofonie van aardbevingen die in 2020 begon, te wijten was aan zowel magmatische migratie als de beweging van tektonische platen. In IJsland scheiden de Euraziatische en Noord-Amerikaanse platen zich niet netjes van elkaar, maar schuren ze tegen elkaar terwijl ze verschuiven. Tussen eruptieve cycli bouwt zich veel tektonische stress op. Wanneer magma zich vervolgens een weg baant naar ondergrondse spleten langs deze grens, veroorzaakt het het loslaten van die spanning in de vorm van krachtige en frequente aardbevingen.

Begin 2021 schakelde deze magmatische machine echter over. Zowel hoogteverschillen als seismische onrust suggereerden dat magma zich verzamelde onder Fagradalsfjall, een kleine vulkanische heuvel naast een onbewoonde vallei. Maandenlang hadden langdurige aardbevingen in de diepe korst van het schiereiland geschud. Dit soort aardbevingen “zijn beneden gezien andere vulkanen over de hele wereld, en worden nog steeds niet volledig begrepen”, zei hij Tom Winder, een vulkaanseismoloog aan de Universiteit van IJsland. Hoewel raadselachtig, suggereren ze dat er iets langzaams gebeurt: het geleidelijk uiteenvallen van hete rotsen misschien, of magma-klodders die zich door een vernauwing wurmen.

Toen, op 19 maart 2021, barstte het schiereiland voor het eerst in acht eeuwen uit. Zes maanden lang stroomde gesmolten materie uit een spleet naast Fagradalsfjall. Twee kortere uitbarstingen volgden, in de zomers van 2022 en 2023.

Afgezien van die basachtige langdurige trillingen suggereerde de algemene seismische symfonie die aan de drie Fagradalsfjall-uitbarstingen voorafging, dat magma een ongebruikelijke route naar de oppervlakte nam. In plaats van zich in de ondiepe korst te verzamelen, leek gesmolten gesteente van grote diepte rechtstreeks naar de oppervlakte te schieten - de grens tussen de korst en de onderliggende, stopverfachtige mantel. “Het is vrij ongehoord,” zei Winder.

Vergeleken met veel IJslandse vulkanische systemen gedroeg Fagradalsfjall zich vreemd, maar het gebeurde in ieder geval ver van iemand of iets.

Pas in oktober 2023 veranderde de nieuwsgierigheid van wetenschappers in angst toen de activiteit verschoof naar de met infrastructuur beladen Svartsengi-regio in het zuiden.

De slag om Grindavík

De grond in de regio Svartsengi was sinds 2020 verschillende keren gestegen en vervolgens gestopt met stijgen, wat impliceert dat magma met onregelmatige tussenpozen arriveerde, zij het zonder uit te barsten. Maar tegen het einde van 2023 piekte het tempo van de beweging. Magma kwam de regio sneller dan ooit binnen. Halverwege november bevond zich slechts een paar kilometer onder Svartsengi een dorpel – een horizontaal lichaam van magma – van olifantachtige proporties. “Iedereen was alert en we wisten niet echt wat er daarna zou gebeuren”, zei Jónsdóttir. Het was niet duidelijk waar en wanneer een uitbarsting zou kunnen plaatsvinden.

De aardbevingen die de regio in november teisterden, hielpen de weg wijzen. Aanvankelijk overbelastte hun enorme aantal de seismische monitoringcapaciteiten van het IJslandse Meteorologische Bureau, maar het personeel slaagde er snel in het refrein in de chaos te vinden en de tekst ervan te ontcijferen: Rotsbrekende aardbevingen zorgden ervoor dat een deel van het magma de dorpel had verlaten en zijwaarts was bewogen. En grondmonitoringsatellieten bevestigden wat de seismiciteit suggereerde: de grond boven de dorpel van Svartsengi was gevallen toen het magma wegtrok.

Het was gemakkelijk te zien waar dat magma gebleven was. De grond rond Grindavík was aan het zinken. Voor een vulkanoloog die het land las, onthulde dat patroon niet de afwezigheid van magma, maar een indringing ervan. Het magma dat de dorpel verliet, was zijwaarts bewogen voordat het direct onder Grindavík omhoog slingerde. Terwijl hij omhoog kwam, duwde deze verticale magma-rank de rotswanden opzij. Dat zorgde er op zijn beurt voor dat het land boven de rank in de nieuw gecreëerde leegte zakte. Later wetenschappers zou melden dat op een gegeven moment tijdens de aardbevingsstorm van 10 november elke seconde zo'n 7,400 kubieke meter magma van de drempel naar de rank stroomde.

Tekenen van dit ondergrondse schuifelen werden ook waargenomen in de boorgaten van de geothermische energiecentrale. Vulkanische gassen, zoals zwaveldioxide, ontsnappen aan magma op ondiepe diepten en kan een dreigende uitbarsting signaleren. Wetenschappers zagen dat gas en een drukverandering in de boorgaten – nog een indicatie dat magma zich richting de stad verplaatste.

Onder Grindavík was een kolossale magma-rank, bekend als een dijk, ontsproten, met een top op slechts 800 meter onder de straten.

Binnen enkele uren na de aardbevingsstorm van 10 november identificeerden wetenschappers een 10 kilometer lang stuk land waar een uitbarsting zeer waarschijnlijk leek. Het sneed door Grindavík vanaf een reeks oude vulkanische kraters ten noordoosten van de stad naar het zuidwesten. Tegen middernacht had de IJslandse Civiele Bescherming de stad geëvacueerd en bouwvakkers bouwden haastig beschermende muren in de gebieden die het meest waarschijnlijk door lava zouden worden overstroomd.

In de daaropvolgende weken bleek uit geofysische waarnemingen dat er nog steeds magma de regio binnenstroomde. Op 18 december berekenden wetenschappers op basis van de opbollende grond dat zich ongeveer 11 miljoen kubieke meter vers magma in de dorpel had verzameld. Dat leek ongeveer zoveel te zijn als er in kon zitten. Die dag verliet een andere luidruchtige stroom magma de dorpel en overstroomde de dijk. Rotsbrekende aardbevingen waarschuwden wetenschappers dat magma eindelijk een doorbraak naar het oppervlak maakte, en 90 minuten nadat die aardbevingen begonnen, “hadden we de uitbarsting”, zei Jónsdóttir. “Dat was een heel snel evenement.” In de loop van de volgende dagen heeft de uitbarsting de dijk voldoende drooggelegd om te stabiliseren en te bezinken.

Dat patroon herhaalde zich vóór de uitbarsting van 14 januari: 12 miljoen kubieke meter magma vulde de dorpel voordat vier uur later een uitbarsting veroorzaakte. Deze keer sijpelde helse materie uit een 3,000 meter lange scheur die ontstond nabij een van de beschermende muren in het noorden van de stad, die erin slaagde de lava af te buigen. Maar een tweede, kleinere kloof verscheen precies aan de rand van de stad, achter de muur, en verwoestte drie huizen.

Daarna begon de dorpel weer op te blazen. Op dat moment hadden wetenschappers berekend dat een uitbarsting zeer waarschijnlijk zou worden als de dorpel zich zou vullen met minstens 9 miljoen kubieke meter gesmolten materie. Begin februari had de dorpel die drempel overschreden en op 8 februari begon een nieuwe uitbarsting. Een drie kilometer lange kloof opende zich nabij de plaats van de uitbarsting in december, waardoor lava wegstroomde van Grindavík maar naar een pijp die warm water levert aan een groot deel van het schiereiland.

En zo gaat de cyclus verder.

Geochemische onthullingen

De geofysische technieken die wetenschappers gebruiken om de hartslag van Svartsengi's magmatische hart te meten, volgen niet alleen het gevaar in realtime. Ze helpen ook bij het construeren van een beeld van de slagaders die al dat magma naar de oppervlakte leiden – wat cruciaal is voor het begrijpen van het hele schiereiland en hoe het zich op langere termijn zou kunnen gedragen.

Fagradalsfjall en Svartsengi – de twee momenteel actieve vulkanische systemen – liggen slechts een paar kilometer van elkaar verwijderd. Ondanks hun nabijheid suggereert geologisch bewijsmateriaal sterk dat het verschillende systemen zijn. Hun ondergrondse architectuur is duidelijk verschillend. Bij Fagradalsfjall snelt magma rechtstreeks vanuit de mantel naar de oppervlakte, terwijl het bij Svartsengi tijdelijk wordt opgeslagen in de ondiepe korst.

En toch lijken de twee systemen, vreemd genoeg, materiaal uit dezelfde bron in de aardmantel te halen, wat duidt op een diep verband.

Ed Marshall, een geochemicus aan de Universiteit van IJsland, heeft vers opgeschepte lava van uitbarstingen op beide locaties bestudeerd om te proberen vast te stellen hoe de twee vulkanische systemen met elkaar verbonden zijn en waarom ze om de beurt uitbarsten. 'Je wilt parkeren op een plek waar je niet door het gas en de lava wordt uitgeschakeld', zei hij. Dan "loop je naar binnen, schep je het monster op en ga je weg."

Over het algemeen vertonen IJslandse lava vergelijkbare chemische patronen. Maar “Fagradalsfjall heeft de raarste smeltchemie ter wereld,” zei Marshall, verwijzend naar de specifieke mix van elementen en verbindingen waaruit de magmatische soep bestaat. “Het is eigenlijk niet alleen maar raar. Het is uniek." Uniek dus, behalve dat de Svartsengi-lava dat wel heeft bijna precies dezelfde chemische vingerafdrukken, ook al zijn Fagradalsfjall en Svartsengi schijnbaar onafhankelijke vulkanische systemen. “Dat slaat absoluut nergens op”, zei Marshall. “De natuur houdt ons op dit moment gewoon voor de gek.”

Maar “als dingen op de diepte fysiek met elkaar verbonden zijn”, zei hij, “is dat een behoorlijk elegante oplossing voor het hele probleem.”

De seismische analyse van het vulkanisme van het schiereiland is aan de gang. Wetenschappers hopen te kunnen voorspellen waar de vulkaan de komende maanden en jaren zal verschijnen, net als bij de recente uitbarstingen. Om te beginnen, Halldór Geirsson, een geofysicus aan de Universiteit van IJsland, en zijn collega's gebruiken satellietradar om breuken en breuken op het schiereiland in kaart te brengen tijdens deze periode van onrust, wat zij suggereren kan verborgen gebreken aan het licht brengen, inclusief de plekken die mogelijk de locatie zijn van toekomstige spleetuitbarstingen.

Er is geen garantie dat daaropvolgende uitbarstingen hetzelfde patroon zullen volgen als de recente uitbarstingen van Svartsengi; het dorpeldijkse hart van het systeem is niet noodzakelijkerwijs een vast kenmerk. “Elke keer dat je een uitbarsting hebt, verander je het leidingsysteem. Het wordt niet teruggezet naar nul,' zei Mitchell.

De toekomstige bewoonbaarheid van Grindavík is een open vraag, en het valt nog te bezien of de andere steden van het schiereiland met lavastromen zullen worden geconfronteerd. Het nieuwe hypervulkanische tijdperk van het schiereiland Reykjanes is nog maar net begonnen en kan nog jaren, tientallen jaren, misschien zelfs eeuwen duren.

“Helaas is er geen goed nieuws in het verschiet”, zei Jónsdóttir.