Vulkanudbrud

For den enslydende artikel, se Eruption .

Satellitbillede af den pileus -beklædte vulkanfane og ildskyer i Sarychev i Rusland under et Plinian-udbrud .

Et vulkanudbrud er et geologisk fænomen karakteriseret ved, at en vulkan udsender lava eller tephra ledsaget af vulkanske gasser . Når et vulkanudbrud forårsager materiel skade og død blandt menneskearter, men også blandt andre dyre- eller plantearter , hvilket er størstedelen af ​​tilfældene for landvulkaner, udgør dette fænomen på kort eller mellemlang sigt en naturkatastrofe med en lokal eller global indvirkning og i stand til at forstyrre dyrs og menneskers vaner, topografi osv.

Nyere forskning viser, at vulkanudbrud har en betydelig indvirkning på det globale klima og skal betragtes som væsentlige katalytiske fænomener i forklaringen af ​​økologiske ændringer og historiske omvæltninger i menneskelige samfund ^{[ 1 ]} .

Mekanismer

Der er tre typer udbrud efter deres mekanisme:

• Magmatiske udbrud er forårsaget af afgasning af magma under påvirkning af dekompression , hvilket giver et fald i tæthed , som driver magmaen opad ved virkningen af ​​Arkimedes' fremstød .
• Phreato-magmatiske udbrud er forårsaget af den pludselige afkøling af magma ved kontakt med vand, hvilket forårsager dets spaltning og den eksplosive stigning i vand-magma-kontaktfladen.
• Phreatiske udbrud er forårsaget af fordampning af vand i kontakt med magmaen, som udstøder de omgivende materialer, og magmaen forbliver på plads.

I magmatiske udbrud er den dominerende proces under opstigningen af ​​magma dens afgasning, på grund af udløsningen af ​​de flygtige stoffer ved dekompression (hovedsageligt vand, og mere beskedent, det mindre opløselige kuldioxid, hvor mængden af ​​flygtige stoffer styres af kemien i silikatbadet, dets tryk og dets temperatur). "Denne afgasning frembringer forskellige virkninger på silikatvæskens viskositet, på fordelingen mellem flydende og gasformige faser ved nukleering , vækst og muligvis sammensmeltning af gasbobler, på andelen af ​​den faste fase ved krystallisation af mikroliter ^{[ 2 ]}  ” . Opstigningshastigheden af ​​boblerne medflotation er omvendt en funktion af viskositeten af ​​det magma, som de vil bevæge sig i, og er meget lavere end magmaets stigning ^{[ 3 ]} . Hvis stigningen af ​​magmaen er tilstrækkelig langsom (i størrelsesordenen cm/s), har disse bobler en tendens til at vokse, for derefter at smelte sammen (fænomen med vesikulering ) ^{[ 4 ]} , hvilket fremmer tabet af flygtige stoffer mod kanalens omsluttende vægge og forhindrer udviklingen af ​​store gasformige overtryk, hvilket tillader et udbrud af den effusive type (magmaen når overfladen, der allerede er afgasset) ^{[ 5 ]}. Hvis stigningen af ​​magmaen er meget hurtig (ca. en m/s), har boblerne ikke den nødvendige tid til at smelte sammen, de flygtige stoffer forbliver fanget i magmaen og producerer et tilstrækkeligt overtryk til at forårsage fragmentering af magmaen ved oprindelsen af et eksplosivt udbrud ^{[ 6 ]} .

Hyppighed og varighed

Varigheden af ​​udbrud er meget varierende ^{[ 7 ]}  : nogle varer et par timer, såsom Vesuvs udbrud i 79  ; af de omkring 1.500 aktive vulkaner på Jorden, overstiger lidt mere end halvdelen af ​​udbruddene ikke to måneders aktivitet og lidt mere end hundrede varer mere end et år. Ifølge undersøgelser er der 1,5 millioner undersøiske vulkaner, der er ansvarlige for 75 % af mængden af ​​lava, der udsendes hvert år af alle vulkanerne ^{[ 8 ]} .

Der er normalt 50 til 70 paroksysmale terrestriske udbrud om året, som varer i gennemsnit 15 dage. Puʻu ʻŌʻō , en af ​​Kilaueas mundinger på Hawaii , brød ud fra3. januar 1983til30. april 2018eller i 35 år ^{[ 9 ]} .

Følgende tabel viser de forskellige varighedsfordelinger ^{[ 10 ]}  :

Typer af vulkanudbrud

Flere kategoriseringer af udbrud er blevet foreslået over tid. I 1805 skelnede George Poulett Scrope permanente, mellemliggende og paroksysmale udbrud. I 1891 ^{[ 11 ]} , James Dwight Dana , baseret på undersøgelser af hawaiianske vulkaner for at skelne mellem eksplosive , mellemliggende og rolige udbrud ^{[ 12 ]} . Under fremdriften af ​​studier af italienske vulkaner af Giuseppe Mercalli i 1907 og studiet af udbruddet af Mount Pelée af Alfred Lacroix i 1908, blev der udviklet en mere kompleks klassificering baseret på vulkanernes geometri (formen på vulkankeglen ).), deres adfærd (eksplosiv eller rolig) og de produkter, de udsender ( ildskyer , lavastrømme , blokke , lavafontæner ), hvilket fører til en klassificering i fire typer, Hawaiian, Strombolian, Plinian/Vulcanian, Pelean, senere beriget med Islandsk type og det solfatariske stadium ^{[ 13 ]} . Denne klassificering forbliver brugt i skolebøger, selvom den skyldes en fejlfortolkning af typerne af vulkanske eksplosioner ^{[ 14 ]} .

Denne kategorisering har udviklet sig til flere nutidige klassifikationer, såsom følgende:

Disse betegnelser fra navne på vulkaner eller regioner bør ikke føre til at tro, at disse vulkaner systematisk har udbrud af den tilsvarende type, og heller ikke det faktum, at en vulkan er karakteriseret ved en enkelt type udbrud. De oversætter simpelthen det faktum, at beskrivelsen af ​​modellen blev lavet ud fra et udbrud af denne vulkan eller denne region. I virkeligheden inducerer de transformationer, som magmaet gennemgår i magmakammeret, en udvikling af udbruddene både under vulkanens levetid og under en udbrudscyklus . Afkølingen af ​​magmaen ved loftet af kammeret forårsager fraktioneret krystallisation af væskefasen, de første krystaller, der dannes, er grundlæggende mineraler, tungere, som sætter sig i bunden af ​​kammeret og efterlader en silica -beriget magma i toppen , som kaldes magmadifferentiering . Begyndelsen af ​​et udbrud, især hvis det forrige er gammelt, kunne således karakteriseres ved en mere tyktflydende lava og en mere eksplosiv type end den følgende. Desuden har magmaen over lange perioder en tendens til delvist at opløse de omgivende klipper. For kontinentale vulkaner er det generelt felsiske mineraler fra skorpen, som også vil berige magmaen med silica. I dette tilfælde, jo ældre vulkanen er, jo mere vil dens lava være tyktflydende og dens eksplosive udbrud. Der er undtagelser: hvis magmakammeret er i kalkholdige sedimenter, som i tilfælde afVesuv vil magmaen blive mere og mere grundlæggende og udbruddene mindre og mindre eksplosive.

Effusive udbrud

Effusive udbrud er karakteriseret ved emission af en magma , der er relativt fattig på opløst gas , som spredes ved at danne lavastrømme, ofte af stor udstrækning. Disse udbrud er relativt stille uden store eksplosioner. Den eneste fare ved disse udbrud er lavastrømmenes fremmarch (op til flere titusvis af km/t ): de økonomiske skader kan være betydelige, men befolkningen har generelt tid til at evakuere deres hjem ved at tage nogle få ting.

Den udsendte magma er meget generelt basaltisk , lav i silica (SiO ₂) og derfor meget flydende, og opløste gasser slipper let ud. Der er også lavastrømme med en sammensætning, der er rigere på silica, og endda obsidianstrømme .

Vulkaner, hvis udbrud sædvanligvis er oversvømmende, er dem ved mid-ocean højdedrag og hotspots (såsom dem på Hawaii , Piton de la Fournaise og Etna ).

Hawaii udslæt

Diagram over et hawaiiansk udbrud .

Hawaii-udbruddet er kendetegnet ved meget flydende, basaltisk og silicafattig lava , som tillader den at strømme langs vulkanens flanker nogle gange over ti kilometer. Afgasningen af ​​lavaen er meget let, og dens udslyngning kan ske enten i form af flere hundrede meter høje lavafontæner og ved en regelmæssig strøm, eller i form af en mere eller mindre midlertidig lavasø krater .

Ikke særlig farligt, disse udbrud kan ikke desto mindre forårsage betydelig skade, når menneskelig infrastruktur påvirkes af lavastrømme . Den menneskelige risiko er på den anden side næsten nul, fordi der ikke er nogen risiko for eksplosion, og lavaen giver tid til at evakuere.

Vulkaner med udbrud i hawaiiansk stil er Mauna Kea , Mauna Loa , Piton de la Fournaise , Nyiragongo , Erta Ale osv  .

Volcanic Explosiveness Index for denne type udbrud varierer fra 0 til 1.

Strombolisk udbrud

Diagram af et Strombolian-udbrud .

En stil mellem de hawaiiske og vulkanske typer , den Strombolske type udsender moderat flydende lavaer som strømme og tefras som vulkanske bomber , slagger osv  . projiceret af hyppige eksplosioner. En askesky kan rejse sig et par hundrede meter højt. Farligheden afhænger af nærheden af ​​menneskelige bosættelser.

Vulkaner med udbrud af Strombolian type er Stromboli eller Etna , selvom sidstnævnte nogle gange kan have vulkanudbrud.

Det vulkanske eksplosivitetsindeks for denne type udbrud varierer fra 1 til 2.

Eksplosive udbrud

Eksplosive udbrud udsender andesitisk lava , rig på silica og derfor meget tyktflydende og frigiver deres vulkanske gasser med besvær. Disse udbrud danner ikke lavastrømme, men er i stedet ledsaget af eksplosioner, der producerer store mængder aske , der giver anledning til brændende skyer og vulkanske faner . Omkring 80 % af vulkanudbruddene finder sted på denne type vulkaner ^{[ 16 ]}. Meget farlige, fordi de er uforudsigelige, giver disse typer udbrud nogle gange ikke tid til at evakuere de befolkninger, der er truet af de brændende gasser og aske. De mest repræsentative vulkaner er de "  grå vulkaner  " i "  Stillehavsringen af ​​ild  " såsom Pinatubo , Krakatoa , Mayon eller endda Merapi .

Vulkanudbrud

Diagram af et vulkanudbrud .

Lavaerne flyder mere besværligt i den vulkanske type , fordi de er rigere på silica , og deres afgasning er mindre let. Springvand og lavafremspring giver anledning til strømme , der går ned langs vulkanen og kan nå bygninger nedenfor.

Den menneskelige risiko er højere, fordi fremspring af pimpsten , aske og bomber kan opstå og stige flere kilometer i højden. Typeudbruddet er det sidste udbrud af Vulcano mellem 1888 og 1890 .

Volcanic Explosiveness Index for denne type udbrud varierer fra 2 til 5.

Pelean udbrud

Diagram af et Pelean-udbrud .

I denne type udbrud flyder den pastaagtige lava næsten ikke og har en tendens til at danne en lavakuppel . Dette kan under trykket fra magmaen gå i opløsning eller eksplodere og producere flammende skyer og vulkanske faner . Meget dødbringende på grund af udbruddets ustabile karakter og hastigheden af ​​de brændende skyer, er det typiske udbrud udbruddet af Mount Pelée , som forårsagede 28.000 dødsfald i 1902 på Martinique .

Vulkaner med Pelean-udbrud er Mount Pelée , Soufrière de Montserrat , Soufrière de la Guadeloupe osv.

Volcanic Explosivity Index for denne type udbrud varierer fra 1 til 8.

Plinian udbrud

Diagram af et Pliniansk udbrud .

Ved denne type udbrud er lavaen ekstremt dejagtig, fordi den er meget rig på silica . Da de vulkanske gasser ikke kan frigives, stiger trykket i magmakammeret og producerer eksplosioner, som pulveriserer lavaen og nogle gange vulkanen ved at projicere aske i ti kilometer højt og dermed når stratosfæren . Vulkanfanen falder normalt under sin egen vægt og ødelægger siderne af vulkanen i miles omkreds. Tilstedeværelsen af ​​grundvandpå lavaens vej øger eksplosivrisikoen og farligheden ved disse vulkaner, hvis første beskrivelse var Vesuv i 79 af Plinius den Yngre , og som ødelagde Pompeji .

Vulkaner med Plinianske udbrud er størstedelen af ​​dem, der danner "  Pacific Ring of Fire  ", såsom Merapi , Krakatoa , Pinatubo , Mount Saint Helens eller Mount Augustine .

Volcanic Explosiveness Index for denne type udbrud varierer fra 3 til 8.

Udslæt i nærvær af vand

Surtseyanske udbrud

Diagram af et Surtseyansk udbrud .

Surtsey - udbrud er udbrud, der involverer store mængder vand . De er normalt undersøiske eller sublakustrine udbrud tæt på overfladen, normalt mindre end hundrede meter dybe, eller subglaciale , når magmaens varme formår at smelte store mængder is ^{[ 17 ]} .

Undersøiske eller sub-lakustrine vulkaner, der formår at nå overfladen, dukker op fra vandet for at danne en ø under et Surtseyansk udbrud. Øen Surtsey , som gav navn til denne type udbrud, blev født sådan i 1963 .

Under et Surtsey-udbrud er vulkanens overflade et par meter eller et par tiere meter under vandoverfladen. Vandtrykket er så ikke længere tilstrækkeligt til at forhindre lavaen i at eksplodere ved kontakt. "Cypressoide" eksplosioner, formet som cypresser , opstår derefter, der blander afkølet lava og tephra , flydende vand og vanddamp . Når øen er dukket op, forlænges udbruddet på klassisk vis afhængigt af typen af ​​magma ^{[ 18 ]} .

Hvis udbruddet er subglacialt, skal smeltevand fanges over vulkanen for at forårsage et Surtseyansk udbrud. Nevado del Ruiz forårsagede ikke et Surtseyansk udbrud, da det brød ud i 1985 , fordi vandet fra den smeltende is på toppen af ​​vulkanen rullede ned ad skråningerne af vulkanen og dannede lahars , der ødelagde byen Armero . På den anden side blev udbruddet af Grímsvötn i 1996 under Vatnajökull til et Surtseyansk udbrud, fordi indlandsisens smeltevanddannede en sø over vulkanen. Da magmaen kom til overfladen, brød cypressoide fremspring gennem isen, og søen tømte sig som et jökulhlaup .

Det vulkanske eksplosivitetsindeks for denne type udbrud varierer fra 2 til 5, men det afhænger meget af typen af ​​magma, om det er basaltisk eller andesitisk .

subglacialt udbrud

Diagram af et subglacialt udbrud .

Undervandsudblæsning

Diagram over et undervandsudbrud .

phreatisk udbrud

Diagram af et phreatisk udbrud .

Phreato-magmatisk udbrud

Limnisk udslæt

Dødeligste udslæt

Udbrud	Vulkan	Land	Dato	Antal døde
Samalas udbrud i 1257	Samalas	Indonesien	1257	Ikke estimeret (men udryddelse af kongeriget Lombok , såvel som en del af befolkningerne på øerne Bali og Sumbawa , i Europa , forværring af fødevaremangel til yderst dødelig hungersnød) [ 19 ] .
Tambora-udbrud i 1815	Tambora	Indonesien	1815	92.000 [ 20 ]
Krakatoas udbrud i 1883	Krakatoa	Indonesien	1883	36.417 [ 20 ]
Vesuvs udbrud i 79	Vesuv	Italien	79	> 1.500 lig fundet, < 33.000 sandsynlige indbyggere i regionen
Udbrud af Mount Pelee i 1902	Mount Pelee	Frankrig ( Martinique )	1902	29.000 [ 20 ]
Udbrud af Nevado del Ruiz i 1985	Nevado del Ruiz	Colombia	1985	25.000 [ 20 ]
Udbrud af Mount Unzen i 1792	Mount Unzen	Japan	1792	15.000
Keluds udbrud i 1586	Kelud	Indonesien	1586	10.000
Laki udbrud i 1783	Laki	Island	1783	9.336 [ 20 ]
Santa Marías udbrud i 1902	Santa Maria	Guatemala	1902	6.000 [ 20 ]
Keluds udbrud i 1919	Kelud	Indonesien	1919	5.115 [ 20 ]

Forudsigelse af slagafstanden for tephras og deres hastighed

Under et vulkanudbrud spyr en vulkan lava og tefras ud . For at estimere, hvor disse fremskrivninger vil falde, kan man bruge følgende ligninger:

Afstandsforudsigelse

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }=V_{\mathrm {i} }\,\Delta t\,\cos \theta }$

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }=V_{\mathrm {i} }\,\Delta t\,\sin \theta +{\frac {1}{2}}g\,(\Delta t)^{2}}$

med:

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }}$ : vandret afstand;

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }}$ : lodret afstand;

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : modul af begyndelseshastigheden;

${\displaystyle \Delta t}$ : tid ;

${\displaystyle g}$ : acceleration på grund af tyngdekraften  ;

${\displaystyle \theta }$ : starthastighedens vinkel med vandret.

Hastighedsprognose

Professor Lionel Wilson, fra Lancaster University , bruger Bernoullis modificerede sætning til at beregne udstødningshastigheden af ​​projektioner:

${\displaystyle {\frac {1}{2}}U_{s}^{2}={\frac {P_{i}-P_{s}}{S_{c}}}}$

med:

${\displaystyle U_{s}}$- Udkastningshastighed

${\displaystyle P_{i}}$- Gastryk

${\displaystyle P_{s}}$- Atmosfærisk tryk

${\displaystyle S_{c}}$- Magmatæthed

Wilson bruger også en anden ligning afledt af Bernoullis sætning, pistolligningen, som bruges til at beregne hastigheden af ​​hurtige projektiler, der passerer gennem en smal åbning:

${\displaystyle P_{i}={\frac {4mU_{s}^{2}}{27gAb}}}$

med:

${\displaystyle P_{i}}$- Indledende tryk

${\displaystyle m}$- Massen af ​​projektilet

${\displaystyle U_{s}}$- Udkastningshastighed

${\displaystyle g}$- Gravitationsacceleration

${\displaystyle A}$- Region, hvor der påføres pres

${\displaystyle b}$- Bernoulli konstant

Noter og referencer

Se også

Kilder og bibliografi

• (da) Fysik af udbrud på ffden-2.phys.uaf.edu
• Vulkanernes oprindelse på http://ici.radio-canada.ca

Relaterede artikler

• Vulkanisk eksplosivitetsindeks
• Vulkanologisk prognose
• aktivitet af en vulkan
• Lister over vulkanudbrud

• Vulkanisme portal
• Portalen for store risici