Geologen van de Geologische Dienst Nederland, onderdeel van TNO, hebben bij recent onderzoek een nieuwe vulkaan in de ondergrond van het Nederlandse deel van de Noordzee ontdekt. De vulkaan heeft de naam Mulciber (ook bekend als Vulcanus) gekregen, naar de Romeinse god van het vuur en de vulkanen.
De vulkaan Mulciber was kortstondig actief rond de overgang van het Jura naar het Krijt, zo’n 150 miljoen jaar geleden, net als zijn al langer bekende broertje in de Waddenzee, de Zuidwalvulkaan. Na die korte periode van activiteit is er niets meer gebeurd. De vulkaan is dood en (letterlijk) begraven onder ruim drie kilometer sediment. De vulkaan is bij toeval ontdekt tijdens een onderzoek naar gesteentelagen van Laat-Jura-ouderdom in het gebied.
De gegevens voor de ontdekking waren al jaren openbaar, de aanwezigheid van een vulkaan was alleen niet eerder iemand opgevallen. Al in 1985 was bij een boring in het gebied enkele tientallen meters vulkanische as en basalt aangetroffen. Destijds dachten onderzoekers dat die lagen afkomstig waren van de 100 kilometer naar het zuidoosten gelegen Zuidwalvulkaan. Een onwaarschijnlijke verklaring, omdat basalt nooit zó ver van een vulkaan terechtkomt.
Figuur 1. De top van de basaltlaag in beeld gebracht met behulp van 3D-seismiek. De rode verhoging toont de locatie van de vulkaan zelf. In de seismische doorsnede is te zien dat jonger bovenliggend gesteente over de vulkaan heen gebogen ligt (Bron: TNO)
De oorsprong
Een meer lokale oorsprong voor de as en basalt is waarschijnlijker. Onderzoek met behulp van 3D-seismiek laat zien dat enkele kilometers naar het westen van de boring een gesteentelaag voorkomt die een sterke seismische reflectie geeft. Dat duidt op zeer hard gesteente, waarschijnlijk dezelfde basalt die in de boring is gevonden. In 3D-beelden van de top van de harde laag is zelfs iets van een kleine vulkaanvorm te herkennen (Figuur 1).
De positie van de harde laag valt samen met een sterke positieve afwijking ten opzichte van het normale aardmagnetisch veld (Figuur 2). Zo’n afwijking wordt veroorzaakt door verhoogde concentraties magnetische mineralen, zoals ijzeroxide en magnetiet. In gestold magmatisch gesteente komen zulke mineralen veel voor, waardoor de positieve anomalie (rood op de kaart) kan wijzen op de aanwezigheid van stollingsgesteente zoals basalt. De magnetische afwijking bij de Mulciber is vergelijkbaar met die van de Zuidwalvulkaan. De combinatie van gegevens leidt tot de spannende conclusie dat we er een vulkaan bij hebben in de Nederlandse ondergrond.
Figuur 2. Op de kaart met de afwijking van het aardmagnetisch veld in Nederland zijn de twee vulkanen in de ondergrond duidelijk herkenbaar aan de donkerrode vlekken. Hier is een positieve afwijking van het aardmagnetisch veld waargenomen, wat betekent dat er veel magnetische mineralen in de ondergrond aanwezig zijn (Bron: TNO)
Waarom daar?
De ligging van de vulkaan is te verklaren door grootschalige tektonische processen als gevolg van het uiteenvallen van het supercontinent Pangea. Die zogeheten rifting, het uit elkaar rekken van de aardkorst, veroorzaakte langgerekte dalingsgebieden met breuken aan weerszijden: zogenoemde slenken. Langs die breuken treedt veelvuldig vulkanisme op, zoals tegenwoordig te zien is in de Oost-Afrikaanse riftvallei.
Het vulkanische gesteente is in de Noordzeeboring aangetroffen op zo’n 1660 meter diepte, maar de harde gesteentelaag en de vulkaanvorm iets ten westen daarvan liggen op zo’n 3300 meter diepte. Dat diepteverschil is het gevolg van een ander geologisch proces dat ook door de rifting wordt veroorzaakt: zouttektoniek. Al voordat de vulkaan actief werd, waren de breuken langs de slenk actief. De breuken veroorzaakten een zwaktezone in het gesteente. Hierlangs bewoog steenzout van grotere diepte naar boven. Er ontstond een zoutdiapier die al het erboven liggende gesteente gedurende miljoenen jaren langzaam naar boven duwde. Zo werd ook een deel van het vulkanische gesteente mee omhoog geduwd en werd het in een relatief ondiepe boring toch aangeboord.
Dat we een nieuwe vulkaan hebben leren kennen, is in de eerste plaats vooral gewoon leuk om te weten. Het is de uitkomst van het werk van de Geologische Dienst Nederland. Die is er om kennis van de Nederlandse ondergrond op te bouwen en beschikbaar te maken. Als er in de toekomst een partij wil boren in het gebied waar Mulciber ligt, is die in ieder geval op de hoogte van de aanwezigheid van hard vulkanisch gesteente. Dit om missers zoals bij de Zuidwalvulkaan te voorkomen.
De Zuidwalvulkaan
Bij de Zuidwalvulkaan liep het bijna 50 jaar geleden namelijk anders dan verwacht. Oliemaatschappij Elf-Petroland (tegenwoordig onderdeel van het Franse Total) herkende in de ondergrond van de Waddenzee op basis van seismische gegevens een klassieke koepelstructuur, waar bovenin aardgas werd vermoed. Ze boorden een gat tot 3000 meter diepte en, uitzonderlijk want erg duur, ze namen gesteentekernen van opgeteld 104 meter lengte. Achteraf bleek ruim de helft uit vulkanisch gesteente te bestaan waarin geen spoortje aardgas te vinden was.
Hoewel het bedrijf aardgas aantrof in de afzettingen bovenop de vulkaan, was het doorboren van ruim 1000 meter vulkanisch gesteente natuurlijk niet de bedoeling. Maar voor geologen was die vergissing een schot in de roos. Het gesteente is fijnkorrelig met grote kristallen: een vulkanische breccie (Figuur 3A), wat mogelijk wijst op een explosieve vulkaanuitbarsting.
Figuur 3. (A) Vulkanische breccie van zo’n 145 miljoen jaar oud uit de Zuidwalvulkaan (TNO – Geologische Dienst Nederland). (B) Rivierzand van de Rijn met puimsteen (witte materiaal) van zo’n 13.000 jaar geleden (lakprofiel door J. van der Staay, foto door H.J.A. Berendsen in Berendsen & Stouthamer (2001)).
Aslaag uit de Atlantische Oceaan
De rifting uit het Juratijdperk zette in de Noordzee niet door. Er ontstond geen oceaan. Zo’n 100 miljoen jaar later lukte dat wel, maar dan wat verder naar het noordoosten. De Noordoostelijke Atlantische Oceaan, tussen Groenland en Europa, ontstond rond 55,5 miljoen jaar geleden tegen het einde van het Paleoceen als gevolg van een rift die doorzette in een spreidingszone. De Euraziatische en Noord-Amerikaanse platen bewogen uit elkaar en dat ging gepaard met vulkanische activiteit en het uitvloeien van lava langs de mid-oceanische rug (Figuur 4).
Magma dat uit het binnenste van de aarde omhoog rees, kwam in contact met sedimenten rijk aan steenkoollagen. Het vermoeden bestaat dat de hete magma ervoor zorgde dat die koollagen gekookt werden waardoor CO2 naar de atmosfeer ontsnapte. Dat zorgde voor een ongekende versterking van het broeikaseffect: het zogenoemde Paleoceen-Eoceen Thermische Maximum (PETM).
Figuur 4. De ligging van de mid-oceanische spreidingszone en Groenland ten tijde van het openbreken van de Noordoostelijke Atlantische Oceaan, zo’n 55 miljoen jaar geleden. In oranje het stollingsgesteente dat sinds deze tijd als gevolg van het openbreken werd afgezet. In het grijs gearceerde gebied is vulkanische as gevonden die voortkomt uit vulkanische activiteit langs de spreidingszone (Bron: NAG-TEC)
De as die langs de spreidingszone de lucht in werd geblazen, vinden we bij ons terug in de ondergrond. In Nederland is het geen spectaculaire laag, want de as kwam neer in zee waardoor de asdeeltjes zijn vermengd met zeeklei. Het interessante van die laag is dat de toen heersende winden de as over een groot gebied hebben verspreid. De laag is daarom van Schotland en Noorwegen tot bij ons te vinden en te gebruiken voor het correleren van gesteentelagen in een groot gebied.
Recent vulkanisme dichter bij huis
Geologisch gezien zeer recent is de vulkanische activiteit in de Duitse Eifel. Op zo’n 200 kilometer ten zuidoosten van Utrecht vond zo’n 12.900 jaar geleden tegen het einde van het Pleistoceen een zeer explosieve en grote vulkaanuitbarsting plaats: de zogenoemde Laacher See-uitbarsting. Vulkanische as en puimsteen werden tot wel 20 kilometer hoog de atmosfeer in geslingerd. Grote delen van Europa raakten door een centimeters dikke aslaag bedekt. In het nabijgelegen Rijndal ontstond ter hoogte van Brohl-Lützing een 27 meter diep stuwmeer, doordat een gloedwolk veel materiaal afzette en het dal blokkeerde. Uiteindelijk barstte de natuurlijke dam en ontstond een enorme vloedgolf die stukken puimsteen tot in Nederland meevoerde. In de zandige afzettingen van de Rijn uit die tijd, vinden we af en toe nog stukken puimsteen terug (Figuur 3B).
Aslagen van 55 miljoen jaar geleden in Denemarken. Afkomstig van de spreidingszone in de Noordoostelijke Atlantische Oceaan (bron SPBA, foto door Claus Heilmann-Clausen (1992).
Meer vulkanen?
Nu plotseling met bestaande gegevens een nieuwe vulkaan aan het licht is gekomen, kun je je afvragen of we in de toekomst nog meer vulkanen zullen vinden. Ik sluit dat zeker niet uit. Een snelle zoektocht door onze archieven geeft al aanwijzingen voor meer vulkanisme dan we tot nu toe dachten. Neem alleen al de ontdekkingsboring van de Mulciber. Als je zo’n 170 meter dieper in die boring kijkt, vind je aanwijzingen voor vulkanisme uit het Perm, meer dan 250 miljoen jaar geleden. En ook de kaart met de afwijking van het aardmagnetisch veld laat nog meer rode vlekken zien in het noordelijkste deel van het Nederlandse deel van de Noordzee. Er is nog genoeg te ontdekken de komende tijd.
Animatie:
Plaat-tektonische reconstructie gemaakt door Douwe van Hinsbergen en Eldert Advokaat van de Universiteit Utrecht. Met toestemming gebruikt.
Fotocredits:
Hoofdfoto en Figuur 2: Afwijking van het aardmagnetisch veld in Nederland (Bron: TNO)
Figuur 1: De top van de basaltlaag in beeld gebracht met behulp van 3D-seismiek. (Bron: TNO)
Figuur 3 A: Vulkanische breccie ((TNO – Geologische Dienst Nederland), 3 B: Rivierzand van de Rijn met puimsteen (lakprofiel door J. van der Staay, foto door H.J.A. Berendsen in Berendsen & Stouthamer (2001)
Figuur 4: De ligging van de mid-oceanische spreidingszone (Bron: NAG-TEC)
Aslagen van 55 miljoen jaar geleden in Denemarken. (Bron SPBA, foto door Claus Heilmann-Clausen (1992).
