Η άγνωστη ηφαιστειακή έκρηξη πριν από 520.000 χρόνια στο νότιο Αιγαίο

Το ίζημα του πυθμένα αποκαλύπτει μια άγνωστη ηφαιστειακή έκρηξη πριν από 520.000 χρόνια στο νότιο Αιγαίο.

 "Πυρήνας στο κατάστρωμα!" Για δύο μήνες, όποτε άκουγα αυτή την κραυγή, έτρεχα στο κατάστρωμα του JOIDES Resolution για να παρακολουθήσω το πλήρωμα να σηκώνει έναν κυλινδρικό σωλήνα 30 ποδιών (10 μέτρων) γεμάτο με στρώσεις, πολύχρωμους βράχους και ιζήματα που τρυπήθηκαν από τον πυθμένα της θάλασσας. κάτω από το πλοίο μας. 

Τον χειμώνα του 2022, πέρασα δύο μήνες κρουαζιέρας στο νότιο Αιγαίο στο JOIDES Resolution του International Ocean Discovery Programs ως μέρος της IODP Expedition 398. Οι γεωλόγοι συνάδελφοί μου και εγώ χρησιμοποιήσαμε αυτό το πρώην πλοίο εξερεύνησης πετρελαίου για να τρυπήσουμε βαθιά στον πυθμένα της θάλασσας και να αποκαλύψουμε την ηφαιστειακή ιστορία της περιοχής στα ανοικτά των ακτών της Σαντορίνης.

Ως επιστήμονας που μελετά τη χημεία των ηφαιστειακών πετρωμάτων, χρησιμοποιώ την τεχνογνωσία μου για να συσχετίσω τα ηφαιστειακά ιζήματα με την έκρηξη που τα προκάλεσε και να κατανοήσω τις συνθήκες που βίωσε το μάγμα τόσο στο βάθος κάτω από ένα ηφαίστειο όσο και κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης. 

Η γεώτρηση του πυθμένα της αποστολής μας αποκάλυψε μια τεράστια αλλά άγνωστη στο παρελθόν ηφαιστειακή έκρηξη που έλαβε χώρα πριν από περισσότερα από 500.000 χρόνια. Αυτή η ανακάλυψη διευρύνει την κατανόησή μας για την ηφαιστειακή δραστηριότητα στην αλυσίδα των ηφαιστείων που περιλαμβάνει το ηφαιστειακό τόξο του Νοτίου Αιγαίου, κάτι που θα επιτρέψει μια πιο ακριβή ανάλυση κινδύνου αυτής της περιοχής. 

Χτίζοντας μια πιο ολοκληρωμένη ηφαιστειακή ιστορία 

Οι αρχαιολόγοι έχουν από καιρό γοητευθεί με την έκρηξη της Σαντορίνης στην ύστερη Εποχή του Χαλκού γύρω στο 1600 π.Χ. Αυτή η έκρηξη συνδέεται με την παρακμή του μινωικού πολιτισμού στο κοντινό νησί της Κρήτης. 

Οι γεωλόγοι έχουν επίσης σημαντικό ενδιαφέρον για την περιοχή, λόγω της αστάθειας της ηφαιστειακής και σεισμικής δραστηριότητας σε αυτήν την περιοχή που φιλοξενεί περίπου 15.000 κατοίκους και προσελκύει περίπου 2 εκατομμύρια τουρίστες ετησίως. Αν και υπάρχει σημαντική επίγεια τεκμηρίωση για το ηφαίστειο της Σαντορίνης, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι αυτό το αρχείο είναι ελλιπές. 

Στην ξηρά, η διάβρωση, η βλάστηση και πρόσθετα εκρηκτικά γεγονότα συχνά καλύπτουν ή αποκρύπτουν παλαιότερες ηφαιστειακές αποθέσεις, με αποτέλεσμα μια αποσπασματική ιστορία. Η γεώτρηση βαθέων υδάτων που ενεργοποιήθηκε από το JOIDES του IODP δίνει στους ερευνητές πρόσβαση σε ένα γεωλογικό αρχείο που σπάνια διατηρείται στην ξηρά. 

Μετά από μια ηφαιστειακή έκρηξη, πυροκλαστικά υλικά - κομμάτια βράχου και τέφρας που σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια της έκρηξης - καθιζάνουν μέσα από τη στήλη του νερού για να συγκεντρωθούν στον πυθμένα της θάλασσας. Εκεί, πηλοί και βιολογικό υλικό, όπως τα κελύφη μικροσκοπικών θαλάσσιων οργανισμών, πέφτουν συνεχώς βροχή, καλύπτοντας τις αποθέσεις ηφαιστειακών πετρωμάτων. 

Αυτή η διαδικασία διατηρεί ένα αρχείο μεμονωμένης έκρηξης ως ένα μόνο στρώμα. Τα στρώματα δημιουργούνται με το χρόνο, με κάθε διαδοχικό ηφαιστειακό γεγονός να δημιουργεί μια σχεδόν συνεχή χρονολογική καταγραφή της ηφαιστειακής ιστορίας της περιοχής. Η αποστολή της Expedition 398 ήταν να αποκτήσει πρόσβαση σε αυτό το αρχείο βαθέων υδάτων προκειμένου να καταγράψει την εκτενή ιστορία των εκρήξεων σε κάθε περιοχή της συγκεντρωμένης ηφαιστειακής δραστηριότητας. 

Αποστολή  398 

Το IODP Expedition 398 συνέλεξε πυρήνες γεωτρήσεων για να κατανοήσει καλύτερα την ηφαιστειακή ιστορία και το διάστημα επανάληψης των ηφαιστείων της Σαντορίνης, της Χριστιάνας και του Κολούμπο σε αυτήν την περιοχή. 

Το πλήρωμα JOIDES Resolution άνοιξε 12 τοποθεσίες σε μέγιστο βάθος 2.950 ποδιών (900 μέτρα) κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας. Ανακτήσαμε περισσότερα από 11.000 πόδια (3.356 μέτρα) του συνολικού πυρήνα πάνω από 780 πυρήνες. Καθώς οι τεχνικοί έκοβαν τον πυρήνα σε τμήματα μήκους 1 ½ ποδιών, οι επιστήμονες θα συγκεντρώνονταν για να δουν ποιο υλικό είχε ανακτηθεί. Αφού έφερε τους πυρήνες σε επιφανειακή πίεση, η ομάδα θα τους χώριζε κατά μήκος, θα τους φωτογράφιζε, θα τους ανέλυε για φυσικές ιδιότητες όπως η μαγνητική επιδεκτικότητα και θα περιέγραφε το υλικό. 

Οι μελετητές πυρήνων μετρούν και καταγράφουν τη γεωλογική σύνθεση κάθε βραχώδους μονάδας που περιέχεται μέσα. Οι επικεφαλείς του εργαστηρίου γεωχημείας, πήραν μικρά δείγματα από πολλαπλά στρώματα ηφαιστειακών πετρωμάτων και τέφρας για να διαλυθούν σε διάλυμα και να αναλυθούν για τη σύσταση των ιχνοστοιχείων τους. 

Κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης, το μάγμα κρυσταλλώνεται και αναμιγνύεται με στοιχεία στο νερό και τους βράχους με τους οποίους έρχεται σε επαφή. Οι προκύπτουσες χημικές αλλαγές στο μάγμα είναι μοναδικές για τις συνθήκες της συγκεκριμένης έκρηξης. Έτσι, μόλις γνωρίσουν τη χημική σύσταση των δειγμάτων απόθεσης, μπορούν να αποτυπώσουν την ηφαιστειακή τους προέλευση. 

Η ανακάλυψή μας: «Τόφφος του Αρχαίου»

Κατά τη διάρκεια της αποστολής, η ομάδα ερευνητών ανακάλυψε ένα παχύ, λευκό στρώμα ελαφρόπετρας σε πολλές τοποθεσίες, σε πολλές διαφορετικές λεκάνες. Η βιοστρωματογραφία του πλοίου χρονολόγησε κάθε εμφάνιση του στρώματος στην ίδια ηλικία: μεταξύ 510.000 και 530.000 ετών. Οι γεωχημικοί συσχετισμοί πρότειναν ότι η σύνθεση ήταν ίδια και στις τρύπες. Η εύρεση του ίδιου στρώματος σε αυτές τις λεκάνες επιτρέπει στην ερευνητική ομάδα να μοντελοποιήσει πόσο μεγάλη μπορεί να ήταν η έκρηξη που την προκάλεσε. 

Οι εμφανίσεις των τοποθεσιών γεωτρήσεων IODP Archaeos Tuff εμφανίζονται ως κόκκινες κουκκίδες και οι χερσαίες τοποθεσίες ως κίτρινες κουκκίδες. Οι τοποθεσίες γεώτρησης επισημαίνονται με τους αριθμούς τοποθεσίας IODP τους. Στην πραγματικότητα δεν ανακτήθηκε Archaeos Tuff στη θέση U1590, αλλά η παρουσία του φαίνεται σε σεισμικά προφίλ. Το ένθετο δείχνει τη θέση στο ηφαιστειακό τόξο του Νοτίου Αιγαίου. 

Χρησιμοποίησε σεισμικά δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της αποστολής για να προσδιορίσουν ότι ο όγκος του ηφαιστειακού ιζήματος είναι περίπου 21 κυβικά μίλια (90 κυβικά χιλιόμετρα), με πάχος έως και 490 πόδια (150 μέτρα) σε ορισμένα σημεία.

 Επιπλέον, προσδιορίσαμε ότι αυτό το στρώμα ηφαιστειακού βράχου απλώθηκε σε 1.100 τετραγωνικά μίλια (3.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα) αυτής της περιοχής στο νότιο Αιγαίο Πέλαγος. [Περίπου 450 km3, υπερπλίνια έκρηξη με VEI=7].

 Η ομάδα μας ονόμασε αυτό το κοίτασμα Archaeos Tuff, από την ελληνική λέξη για αρχαία. Το όνομα αντικατοπτρίζει την ελληνική προέλευση του βράχου, καθώς και το γεγονός ότι ήταν σημαντικά παλαιότερος από μεγάλο μέρος της ηφαιστειακής δραστηριότητας που γνωρίζουμε στην ξηρά. 

Με βάση τα χαρακτηριστικά του Archaeos Tuff, μπορούμε να κατανοήσουμε τη φύση της ηφαιστειακής έκρηξης που τον σχημάτισε. Το πάχος και η κατανομή του σε μια ευρεία περιοχή υποδηλώνουν ότι  είναι το αποτέλεσμα μιας ενιαίας, υψηλής έντασης έκρηξης. Τα πολυάριθμα κυστίδια, ή οι μικροσκοπικές τρύπες, στο βράχο δείχνουν ότι μια μεγάλη ποσότητα αερίου απελευθερώθηκε ταυτόχρονα με το υγρό μάγμα. Αυτές οι μικρές φυσαλίδες αερίου δίνουν μια εικόνα μιας ισχυρής έκρηξης κατά την οποία απελευθερώθηκε πολύ γρήγορα πολύ πτητικό αέριο. Ωστόσο, παρά το προφανές μέγεθος και την αγριότητά της, αυτή η έκρηξη δεν συσχετίστηκε με τυχόν προηγουμένως γνωστές αποθέσεις στην ξηρά ή μεγάλες εκρήξεις. 

Η σχετική έλλειψη υλικού στην ξηρά υποδηλώνει μια κυρίως υποβρύχια έκρηξη. Μόλις κατάλαβαν τι έψαχναν, η ομάδα μπόρεσε να αντιστοιχίσει το πρόσφατα ανακαλυφθέν στρώμα ηφαιστειακών ιζημάτων βαθιάς θάλασσας με μερικές μικρές, προηγουμένως ασύνδετες χερσαίες αποθέσεις στα νησιά Σαντορίνη, Χριστιάνα και Ανάφη. 

Η παρουσία αυτών των κοιτασμάτων υποδηλώνει κάποιο ρήγμα της επιφάνειας της θάλασσας κατά τη διάρκεια της έκρηξης, το οποίο ταιριάζει και πάλι με την εικόνα μας για μια ενεργειακή έκρηξη. Περαιτέρω μελέτη της σύνθεσης και της ηλικίας του Archaeos Tuff επιβεβαίωσε τη μοναδική φύση του αποθέματος βράχου που άφησε αυτή η έκρηξη. 

Με βάση τα δεδομένα που συνέλεξε , η ομάδα πιστεύει ότι ο Τόφφος του Αρχαίου είναι το αποτέλεσμα μιας έκρηξης 6 φορές μεγαλύτερης από τη Μινωική έκρηξη της Εποχής του Χαλκού, αφήνοντας πίσω αποθέσεις πετρωμάτων 30 φορές παχύτερες. 

Η παρουσία ενός τόσο μεγάλου ηφαιστειακού κοιτάσματος μας λέει ότι το ηφαιστειακό τόξο του Νοτίου Αιγαίου είναι πιο ικανό να παράγει μεγάλες υποθαλάσσιες ηφαιστειακές εκρήξεις από ό,τι αναγνώριζαν προηγουμένως οι επιστήμονες. 

Η αναγνώριση του Archaeos Tuff διευρύνει όσα γνωρίζουμε για τις ηφαιστειακές διεργασίες στο νότιο Αιγαίο. Υποδηλώνει μεγαλύτερη τάση για επικίνδυνο υποθαλάσσιο ηφαιστειακό κίνδυνο από ό,τι είχε προηγουμένως αντιληφθεί - και ότι οι αξιωματούχοι πρέπει να επανεκτιμήσουν τους ηφαιστειακούς κινδύνους για τον γύρω πληθυσμό. 

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα phys.org

περισσότερα,

https://theconversation.com/seafloor-sediment-reveals-previously-unknown-volcanic-eruption-520-000-years-ago-in-south-aegean-sea-224827

https://phys.org/news/2024-07-seafloor-sediment-reveals-previously-unknown.html

https://www.researchgate.net/figure/Occurrences-of-the-Archaeos-Tuff-IODP-drill-sites-are-shown-as-red-dots-and-onland-sites_fig1_377414103