In Alaska, waar de winter kouder is, de zon langer schijnt en de bergen hoger rijzen dan in welke andere staat ook, kan het Land van de Middernachtzon nog een superlatief claimen: De grootste en vreemdste maars ooit op aarde gevonden.

Maars zijn kraters die achterblijven na gewelddadige vulkanische stoomexplosies, aangewakkerd wanneer stijgend magma in het grondwater loopt, dat dan ontploft als een bom.

“Als water in stoom verandert, wordt het volume 1000 keer zo groot”, zegt James Beget, vulkanoloog bij het Alaska Volcano Observatory en de University of Alaska, Fairbanks.

De meeste maars zijn zo’n 300 meter breed. Zelden hebben ze een doorsnede van 1,6 kilometer. Hun grootte wordt beperkt door brandstof – de hete lava kookt snel het beschikbare water, waardoor de reactie stopt.

Maar Alaska’s enorme Devil Mountain Lakes maar is meer dan 8 km breed, veruit de grootste op aarde, zei Beget. Dat is vergelijkbaar met de caldera’s bovenop de vulkaan Kilauea in Hawaï en het kratermeer bij Mount Mazama in Oregon.

De maar maakt deel uit van het Bering Land Bridge National Preserve, en ligt op het noordelijke puntje van het Seward schiereiland. De toendra was het thuis van mammoeten en mogelijk migrerende mensen uit de ijstijd, toen de Devil Mountain maar het landschap opblies. Nu trekken de bizarre lavastromen van de regio wetenschappers aan die andere planeten bestuderen, op zoek naar analogieën met uitbarstingen op Mars.

Oh, my paining back-arc

Op de zuidgrens van Alaska bevindt zich een subductiezone van 2.000 km lang, waar een van de tektonische platen van de aarde onder een andere duikt. Boven de plaatgrens steekt een reeks hoge vulkanen door de korst, die de boog van de Aleutian Islands vormt. De kracht van de botsing trekt ook aan de korst, die kan uitrekken en zich achter de plaatgrens uitstrekken, waardoor ruimte ontstaat voor magma om op te stijgen. Dit fenomeen wordt back-arc spreading genoemd.

“Er is een zone van honderden kilometers breed achter de subductiezone waar je kleine onderzeese bergen en terrestrische vulkanen hebt die helemaal doorlopen tot aan Bering Land Bridge National Preserve,” vertelde Beget aan OurAmazingPlanet.

De Devil Mountain Lakes zijn slechts een van de vier afgeplatte meren van ten minste 3 mijl (5 km) breed die donderende maars uitbarstingen registreren, de jongste ongeveer 21.000 jaar geleden, zei Beget. De andere zijn 40.000 tot meer dan 100.000 jaar oud.

Wat deze Maars zo ongewoon maakt is de botsing van magma en ijs, in plaats van magma en vloeibaar water. Op deze plek is lava uitgebarsten onder dikke permafrost, een bijzondere gebeurtenis die nog nergens anders op aarde is aangetroffen.

‘Pleistoceen Pompeii’

Permafrost, voor permanent bevroren grond, wordt afgekoeld door ijs dat de minuscule ruimtes tussen sedimentkorrels opvult. Tijdens de laatste ijstijd, toen het laatste meer in het gebied werd gevormd, kon de permafrost tot 100 m dik zijn geweest, aldus Beget. Het ijs creëerde de perfecte omstandigheden voor een enorme reeks explosies.

Maars zijn meestal klein omdat magma snel water tot stoom doet overgaan. Maar met de permafrost kon het gesmolten gesteente van 1.800 graden Fahrenheit (1.000 graden Celsius) een klein beetje ijs per keer smelten, waardoor de stoomexplosie sterk bleef doorgaan, legde Beget uit.

Devil Mountain Lakes, Whitefish Lake en North en South Killeak lakes werden allemaal uitgeschuurd door honderden stoomexplosies, denken wetenschappers. Onderzoekers hebben enorme blokken bevroren grond ontdekt die uit de kraters vlogen, en dikke aswolken bestoven de regio kilometers ver. Pyroclastische golven (een vloeibaar mengsel van dodelijk heet gas en gesteente) verschroeiden de grond tot op een afstand van 4 tot 5 km van elke uitbarsting.

De as bedekte een weelderig Pleistoceen landschap, en wetenschappers hebben het gesteente opgegraven om perfect bewaard gebleven planten te onderzoeken van toen mammoeten op aarde rondliepen. “We zien het als een Pleistoceen Pompeii,” zei Beget. De humusachtige grond leek veel op de Arctische hoogvlakte van vandaag, met een plantengemeenschap die in de vochtige spleten tussen de kleine heuvels groeide en een andere op de droge toppen.

Aanhoudende erupties

Hoewel Beget zei dat de vroegste archeologische bewijzen voor menselijke bewoning in Alaska 13.000 jaar oud zijn, veel jonger dan de Maaren, is het mogelijk dat mensen uit de ijstijd de spectaculaire uitbarstingen hebben gezien omdat er oudere menselijke vindplaatsen zijn in Noord- en Zuid-Amerika.

“We denken graag dat die mensen over de Beringlandbrug zijn gekomen. Er kunnen mensen zijn die deze uitbarsting hebben gezien,” zei Beget.

En het vulkanisme van het Seward Schiereiland eindigde niet met de maar-explosies – de jongste lava, de Lost Jim stroom bij Imruk Lake, bedekte een brede strook toendra zo’n 3.000 jaar geleden, zei hij. De regio kan in de toekomst opnieuw uitbarsten, voegde Beget eraan toe.

“Op elke plaats als deze, waar je meerdere vulkanen en openingen en lavastromen en reusachtige maars vindt, zul je bijna zeker nog een back-arc uitbarsting krijgen, misschien in de Beringzee, misschien dichter bij Nome of Kotzebue,” zei Beget. “We kunnen niet weten wanneer of waar zo’n uitbarsting zou plaatsvinden.”

Maars op Mars

De Lost Jim-lavastroom is een pahoehoe-stroom met een glad oppervlak die ongeveer 227 vierkante kilometer beslaat met een gemiddelde diepte van 16 meter. Er is zelfs een lavabuis die over een afstand van 19 km kan worden gevolgd. Ingestorte kuilen zijn het bewijs van smeltende permafrost, maar er zijn geen maars van de eruptie. Omdat het klimaat warmer was en de stroom zuidelijker uitbarstte dan de Devil Mountain vulkanen, was er waarschijnlijk geen dikke permafrostlaag om een stoomexplosie te voeden, zei Beget.

In 2003 keerden Beget en Jeff Kargel, een expert op het gebied van Martiaanse landvormen, terug naar het Bering Land Bridge Preserve om de Lost Jim lavastroom te vergelijken met kenmerken die Kargel heeft gezien op beelden van Mars.

“Er zijn een aantal goede voorbeelden van maarkraters op Mars en andere vulkanische landvormen waar ijs een grote rol heeft gespeeld bij hun vorming,” vertelde Kargel aan OurAmazingPlanet in een interview per e-mail. “Het Elysium vulkanisch plateau en zijn flanken zijn vooral beroemd om maar kraters, subglaciale vulkanen en lahars (modder lawines) geproduceerd door vulkanische interactie met grond vluchtige stoffen (vermoedelijk ijs).”

Beget zei dat het zoeken naar maars op Mars een grappige spin-off was van zijn decennialange onderzoek op het Seward-schiereiland, een die bevestigt dat er op aarde nog veel te leren valt.

“De wetenschap van is echt heel ongewoon en interessant,” zei hij. “Zelfs in onze moderne wetenschappelijke wereld, kunnen we nog steeds belangrijke nieuwe processen ontdekken.”

Email Becky Oskin of volg haar @beckyoskin. Volg ons @OAPlanet, Facebook & Google+. Origineel artikel op Live Science’s OurAmazingPlanet.