Uitbarsting bij Grindavík: hoe kunnen we vulkanische processen benutten?

Op 18 december 2023 begon op het IJslandse schiereiland Reykjanes een vulkaanuitbarsting, de vierde op het schiereiland in drie jaar. Lavafonteinen schoten omhoog en de gloed was vanuit Reykjavík zichtbaar. De uitbarsting vond plaats bij de kraterreeks Sundhnúkagígar, nabij de energiecentrale Svartsengi en Grindavík. Het stadje was in november geëvacueerd vanwege aardbevingen en magmabewegingen.

Aan de uitbarsting ging een sterke aardbevingszwerm vooraf. Ongeveer twee uur later kwam lava naar buiten. De eerste berichten beschreven een uitstroomsnelheid die ongeveer tien keer zo hoog was als de pieken van de drie voorgaande uitbarstingen op het schiereiland. De eruptiespleet groeide snel tot ongeveer vier kilometer.

Na ongeveer acht eeuwen zonder uitbarstingen op het schiereiland begon in 2021 een nieuwe periode van vulkanische activiteit. Dat betekent niet dat elk afzonderlijk vulkanisch systeem in het gebied dezelfde rustperiode had.

“Alleen al in de context van de afgelopen drie jaar op het Reykjanes-schiereiland is het behoorlijk verbluffend.”

– Tom Winder, een vulkaanseismoloog aan de Universiteit van IJsland, merkte op in een interview.

De drie eerdere uitbarstingen op Reykjanes vonden plaats in 2021, 2022 en de zomer van 2023. Een eerdere actieve periode op het schiereiland eindigde in de dertiende eeuw. De recente uitbarstingen kwamen uit spleten: scheuren waardoor magma het aardoppervlak bereikt.

De uitbarsting trok internationale aandacht, mede door herinneringen aan de aswolk van Eyjafjallajökull, die in 2010 het vliegverkeer ontregelde. Bij Sundhnúkagígar werd een vergelijkbare asproductie onwaarschijnlijk geacht: de lava kwam niet onder een ijskap naar buiten.

De intensiteit nam al binnen een dag af. Hoewel er aanvankelijk onzekerheid bestond over de duur, eindigde deze uitbarsting op 21 december 2023.

IJsland telt ongeveer 130 vulkanen en ligt op de grens van de Euraziatische en Noord-Amerikaanse plaat. De platen bewegen uiteen langs de Mid-Atlantische Rug; ook een mantelpluim draagt bij aan de vulkanische activiteit. Uitbarstingen komen geregeld voor, maar laten zich niet aan de hand van een vaste termijn voorspellen. Katla kende onder meer uitbarstingen in 1721, 1755, 1823, 1860 en 1918. Het ontbreken van recente aardbevingen bewijst niet dat een nieuwe uitbarsting aanstaande is.

Vulkanen in ons voordeel gebruiken

IJsland is een van de vulkanisch actieve gebieden op aarde. Een vulkaan is een opening of stelsel van openingen waardoor magma, vulkanische as en gassen het aardoppervlak kunnen bereiken. Vulkanen komen zowel op het land als op de zeebodem voor.

Volgens NASA kan magma ontstaan en opstijgen waar tektonische platen uiteen bewegen, waar een plaat onder een andere duikt en bij hotspots. Het type vulkaan en de aard van de uitbarsting hangen onder meer af van de samenstelling en viscositeit van het magma, het gasgehalte en de route naar het oppervlak.

Meer dan 80% van het aardoppervlak, inclusief de zeebodem, is van vulkanische oorsprong. Wereldwijd worden ongeveer 1.500 vulkanen op het land als potentieel actief beschouwd; een aanzienlijk deel daarvan ligt in de Verenigde Staten.

Vulkaanuitbarstingen kunnen levens kosten en steden onder lava of as bedelven. Vulkanische processen kunnen echter ook vruchtbare bodems vormen voor landbouw en afzettingen van mineralen en metalen zoals goud, zilver, nikkel, koper en lood. Hieronder volgen enkele manieren waarop mensen vulkanische processen en materialen benutten.

Geothermische energieproductie

In vulkanische gebieden ligt warmte uit de ondergrond vaak relatief dicht bij het oppervlak. Heet water kan rechtstreeks worden gebruikt voor bijvoorbeeld gebouwen en stadsverwarming. Dat verschilt van ondiepe bodemwarmtepompen, die ook buiten vulkanische gebieden kunnen verwarmen en koelen.

Bij geothermische elektriciteitsproductie worden hete vloeistoffen of stoom via boorputten gewonnen. Stoom kan turbines aandrijven; bij een binaire centrale draagt het water zijn warmte over aan een andere werkvloeistof. Geothermische centrales kunnen continu elektriciteit leveren, maar de opbrengst en milieueffecten hangen af van de locatie en de techniek.

Veel landen, zoals Nieuw-Zeeland, de Filipijnen, Costa Rica en IJsland, en staten zoals Californië, Hawaï en Utah in de VS, maken gebruik van geothermische energie afgeleid van vulkanische activiteit voor algemene elektriciteitsproductie.

Volgens de Keniaanse toezichthouder EPRA leverde geothermie in het boekjaar 2022/2023 ongeveer 45,4% van de opgewekte elektriciteit. El Salvador gebruikt geothermische elektriciteit onder meer voor Bitcoin-mining.

Ormat Technologies (ORA ) ontwikkelt geothermische energieprojecten. Het bedrijf werd in 2021 geselecteerd als beoogd EPC-aannemer voor het geplande Makushin-project van 30 MW bij Unalaska in Alaska; selectie en contractonderhandelingen betekenen niet dat de centrale toen al in bedrijf was. Volcano Energy en Luxor Technology Corporation lanceerden in 2023 Lava Pool, de eerste Bitcoin-miningpool van El Salvador. De bijbehorende energieplannen worden besproken in ons artikel over hernieuwbare energie en Bitcoin-mining in El Salvador. Een miningpool is geen elektriciteitscentrale: Volcano Energy beschrijft een eerste fase met 241 MW aan geplande zonne- en windenergie en een tweede fase met geothermie.

Landbouw

Door verwering van vulkanische as en ander uitgeworpen materiaal kunnen vruchtbare bodems ontstaan, waaronder Andisols. Hun eigenschappen hangen af van onder meer het moedermateriaal, de ouderdom en het klimaat. Mineralen kunnen voedingsstoffen zoals magnesium en kalium leveren.

Vers uitgestoten as maakt een akker niet onmiddellijk vruchtbaar en kan gewassen juist beschadigen. Bij verwering komen geleidelijk mineralen vrij. Het verspreiden van fijngemalen gesteente op landbouwgrond wordt onderzocht als methode om de bodem te verbeteren en CO2 vast te leggen: versnelde gesteenteverwering, of enhanced rock weathering.

Een studie in het AGU-tijdschrift Earth’s Future modelleert hoe fijngemalen vulkanisch gesteente op akkers kan bijdragen aan CO2-verwijdering. De methode lijkt vooral kansrijk in warme, vochtige tropische gebieden; de werkelijke opbrengst hangt af van plaatselijke omstandigheden en toepassing.

Toerisme en recreatie

Vulkanische gebieden trekken bezoekers met wandelroutes, warmwaterbaden, landschappen en geologisch erfgoed. Toerisme kan lokale gemeenschappen inkomsten opleveren. Bekende voorbeelden zijn Fagradalsfjall in IJsland, Cumbre Vieja in Spanje, de Etna in Italië, Sakurajima in Japan en Popocatépetl in Mexico. Toegang tot actieve vulkanen hangt af van de geldende veiligheidsmaatregelen en afsluitingen.

Ook vulkanen die momenteel niet uitbarsten trekken bezoekers, zoals Fuji in Japan, een actieve vulkaan in een rustperiode, en de uitgedoofde vulkanische resten van Arthur’s Seat in Edinburgh. In actieve gebieden kunnen lava, as, aardverschuivingen, modderstromen en vulkanische gassen gevaarlijk zijn.

De IJslandse touroperator Icelandia meldde in 2023 een sterke belangstelling voor vulkaantours.In een interview vertelde het bedrijf hoe het na de uitbarsting bij Fagradalsfjall in 2021 begon met pendeldiensten en vervolgens rondleidingen naar de lavavelden aanbood. De uitbarsting bij het nabijgelegen Litli-Hrútur vond in 2023 plaats.

“Het is alsof het uit een sprookje komt. De reacties zijn overweldigend. De beoordelingen zijn geweldig. Wanneer ze de vulkaan zien, huilen sommigen; anderen staan versteld.”

– Icelandia Account Manager Svala Magnúsdóttir over de vulkaanervaring.

Wetenschappelijk onderzoek

Vulkanen bieden inzicht in geologische processen, het binnenste van de aarde en de ontwikkeling van landschappen. Wetenschappers bestuderen onder meer gesteenten, gassen, aardbevingen en vervorming van de bodem om vulkanische systemen beter te begrijpen en gevaren te beoordelen. Dat levert ook waardevol onderwijsmateriaal op.

Het wetenschapsteam van NASA’s VERITAS-missie gebruikte IJsland in augustus 2023 als aardse analogie voor Venus. Venus is iets kleiner dan de aarde en heeft een zeer hoge luchtdruk, zwavelzuurwolken en een extreem heet oppervlak. Metingen in vulkanisch terrein helpen methoden en instrumenten te ontwikkelen. Ook worden energiezuinige camera’s ontwikkeld die zwaveldioxide (SO2) uit vulkanen meten.

Organisaties zoals de United States Geological Survey (USGS) monitoren en voeren onderzoek uit naar vulkanen in de VS. Ondertussen richt het Hawaiian Volcano Observatory (HVO), dat deel uitmaakt van de USGS, zich op vulkanische activiteiten in Hawaï, met name op het Grote Eiland.

Andere organisaties omvatten het Italiaanse Nationaal Instituut voor Geofysica en Vulkanologie Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), het Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) in Frankrijk, en de Japan Meteorological Agency (JMA), die onderzoek doet naar vulkanische activiteit in Japan.

Mijnbouw van mineralen

Vulkanische systemen kunnen metalen zoals goud, zilver en koper concentreren. Volgens onderzoek waarover geologen Jon Blundy en Joe Hogg schrijven, stoot de Etna dagelijks naar schatting ongeveer 20 ton koper en 10 kilogram goud uit via vulkanische gassen. Rechtstreekse winning uit die gassen is weinig praktisch. Hete magmatische pekels onder vulkanen worden daarom onderzocht als mogelijke bron van metalen; grootschalige economisch haalbare winning is daarmee niet aangetoond.

Een in 2023 gepubliceerde studie schatte dat de McDermitt-caldera op de grens van Nevada en Oregon mogelijk 20 tot 40 miljoen ton lithium bevat, gebonden in kleiafzettingen. Dat is een geologische schatting en geen bewezen economisch winbare voorraad. Lithium is belangrijk voor oplaadbare batterijen, waaronder die in elektrische auto’s, en de Verenigde Staten zijn voor hun voorziening mede afhankelijk van import.

In oktober 2023 beschreven geologen van de Universiteit van Leicester een methode om met de samenstelling van apatiet te bepalen of magma verzadigd was met een vloeistoffase. Dit kan helpen vulkanische systemen te herkennen die gunstig zijn voor de vorming van koperafzettingen. Het gaat om een onderzoeksinstrument voor toekomstige exploratie.

Freeport-McMoRan (FCX ), Barrick Gold Corporation (ABX.TO ), Newmont Corporation (NEM ) en Anglo-American zijn enkele wereldwijde mijnbouwbedrijven die actief zijn in diverse geologische omgevingen, inclusief gebieden met vulkanische activiteit.

Therapeutisch gebruik

Warmwaterbronnen en modderbaden in vulkanische gebieden worden gebruikt voor ontspanning en wellness. Aan sommige behandelingen worden therapeutische eigenschappen toegeschreven, maar dat betekent niet dat de medische werkzaamheid voor iedere aandoening is aangetoond.

Thermale bronnen zijn een belangrijk onderdeel van spa- en wellnesstoerisme en trekken bezoekers die ontspanning zoeken.

Bekende thermale bestemmingen zijn de Blue Lagoon in IJsland, The Springs Resort and Spa in Costa Rica, Pamukkale in Turkije, Rotorua in Nieuw-Zeeland, Beitou in Taiwan, Calistoga in Californië en Hakone in Japan. De geologische oorsprong van zulke bronnen verschilt per locatie.

Modderbaden en balneotherapie worden onder meer bij reumatische klachten toegepast. Een Cochrane-overzicht vond echter onvoldoende betrouwbaar bewijs om de voordelen bij reumatoïde artritis vast te stellen. Verwerkte vulkanische materialen komen daarnaast voor in cosmetica.

Vulkanische as bevat onder meer silica en verschillende mineralen. In daarvoor samengestelde cosmetische producten kunnen zulke materialen bijvoorbeeld als schuurmiddel of voor olieabsorptie worden gebruikt. Algemene claims over ontgifting, celvernieuwing of verjonging zijn daarmee niet bewezen. Verse vulkanische as is geen kant-en-klaar huidverzorgingsproduct: de deeltjes en hun chemische laagjes kunnen huid, ogen en luchtwegen irriteren.

Bouwmaterialen

Vulkanische materialen kennen verschillende bouwtoepassingen. Basalt is een hard gesteente dat als steenslag in asfalt en beton wordt gebruikt. Licht, poreus puimsteen kan juist worden toegepast in lichtere bouwproducten.

Puimsteen wordt ook als schuurmiddel gebruikt. Bepaalde soorten vulkanische as dienen als puzzolaan in cement en beton; tufsteen is eveneens een bouwmateriaal. De milieubelasting hangt af van winning, verwerking, transport en de uiteindelijke samenstelling, niet alleen van de natuurlijke oorsprong.

Vulkanische as uit het gebied van Pozzuoli aan de Baai van Napels droeg bij aan de duurzaamheid van bepaalde soorten Romeins beton. De levensduur hangt ook samen met de overige bestanddelen en de chemische reacties in het materiaal.

Volgens onderzoek kunnen bepaalde vulkanische toevoegingen de vorst-dooibestendigheid van mortel en beton verbeteren, afhankelijk van hun eigenschappen en dosering. Een praktijkvoorbeeld is het Indonesische bedrijf Rebricks, dat volgens een bedrijfsinterview vulkanische as mengt met steen, plastic afval en cement om bouwstenen zonder het gebruikelijke zand te maken.

Koolstofafvang en -opslag

Bij koolstofafvang en -opslag wordt CO2 opgevangen, bijvoorbeeld bij een industriële bron, vervoerd en ondergronds opgeslagen om uitstoot te voorkomen. In 2023 werd ook onderzoek gemeld naar micro-organismen uit CO2-rijke vulkanische omgevingen als mogelijke basis voor toekomstige biologische afvangtechnieken.

Onderzoek gaat door naar het gebruik van basaltrotsformaties, die veel voorkomen in vulkanische gebieden, voor koolstofafvang en -opslag. Recente studies suggereren dat basaltpoeder op akkers door chemische verwering CO2 kan vastleggen. Het betreft een potentieel dat afhangt van onder meer klimaat, bodem, gesteente en meting van de daadwerkelijke verwijdering.

Een in 2023 besproken studie schatte dat de onderzeese uitgedoofde vulkaan Fontanelas bij Portugal mogelijk 1,2 tot 8,6 gigaton CO2 kan opslaan. De onderzoekers vergeleken dit met ongeveer 24 tot 125 jaar industriële uitstoot van Portugal. Het gaat om een geraamde geologische capaciteit, niet om een operationele opslaglocatie. Ook overheden financieren onderzoek: de Britse regering gaf Schotse aardwetenschappers een subsidie van ongeveer £1 miljoen voor methoden om CO2-opslag in vulkanisch gesteente te meten.

Ruimteonderzoek

Niet alleen worden vulkanen vanuit de ruimte gemonitord, maar vulkanische landschappen op aarde worden gebruikt om omstandigheden op andere planeten te simuleren en te bestuderen, wat bijdraagt aan ruimteverkenning en onderzoek, dat inherente gevaren en kosten met zich meebrengt.

Professoren van Idaho State University bestuderen vulkanen in de oostelijke Snake River Plain. Deze vulkanen, volgens de onderzoekers, hebben “hetzelfde lavatype en eruptiestijl als vulkanen op de maan en Mars,” en ze verwachten dat hun onderzoekstechnieken door astronauten op toekomstige missies zullen worden gebruikt om dezelfde krachten van verandering op de maan en daarbuiten te bestuderen.

In mei 2023 meldden onderzoekers de ontdekking van de exoplaneet LP 791-18 d. Door getijdenkrachten zou deze planeet sterke vulkanische activiteit kunnen hebben. Dat is een gevolgtrekking uit het planetaire systeem, geen rechtstreekse waarneming van uitbarstingen.

Slotgedachten

Vulkaanuitbarstingen kunnen levens kosten en ernstige schade veroorzaken. As en gassen kunnen de luchtwegen aantasten; lava, hitte, modderstromen en instabiel terrein brengen andere gevaren mee. Tegelijkertijd hebben vulkanische processen de aarde gevormd en leveren ze bruikbare materialen en energie.

Tot de voordelen behoren vruchtbare bodems, nieuwe eilanden, minerale afzettingen, bouwmaterialen, warmwaterbronnen en geothermische energie. Grote uitbarstingen kunnen de aarde tijdelijk afkoelen wanneer zwaveldioxide hoog in de atmosfeer aerosolen vormt. Dat is iets anders dan CO2-verwijdering en maakt uitbarstingen geen beheersbare klimaatoplossing. Onderzoek helpt deze processen te begrijpen en geschikte toepassingen te ontwikkelen.

Klik hier om meer te leren over onze toekomstige energiemix.