Vulkanausbruch

Den gleichnamigen Artikel finden Sie unter Eruption .

Satellitenbild der mit Pileus bedeckten Vulkanfahne und feurigen Wolken von Sarychev in Russland während eines plinianischen Ausbruchs .

Ein Vulkanausbruch ist ein geologisches Phänomen , das durch die Emission von Lava oder Tephra durch einen Vulkan gekennzeichnet ist, begleitet von vulkanischen Gasen . Wenn ein Vulkanausbruch materielle Schäden und Todesfälle unter der menschlichen Spezies , aber auch unter anderen Tier- oder Pflanzenarten verursacht , was bei Landvulkanen in den meisten Fällen der Fall ist, stellt dieses Phänomen kurz- oder mittelfristig eine Naturkatastrophe dar , die lokale oder lokale Auswirkungen hat globale Auswirkungen und in der Lage, tierische und menschliche Gewohnheiten, Topographie usw. zu stören.

Neuere Forschungen zeigen, dass Vulkanausbrüche einen erheblichen Einfluss auf das globale Klima haben und als wesentliche katalytische Phänomene zur Erklärung ökologischer Veränderungen und historischer Umwälzungen in menschlichen Gesellschaften betrachtet werden müssen ^{[ 1 ]} .

Mechanismen

Es gibt drei Arten von Eruptionen nach ihrem Mechanismus:

• Magmatische Eruptionen werden durch das Entgasen von Magma unter der Wirkung der Dekompression verursacht , was zu einem Dichteabfall führt, der das Magma durch die Wirkung des Archimedes-Schubs nach oben treibt .
• Phreato-magmatische Eruptionen werden durch die plötzliche Abkühlung von Magma durch Kontakt mit Wasser verursacht, was zu seiner Spaltung und der explosionsartigen Vergrößerung der Wasser-Magma-Kontaktfläche führt.
• Phreatische Eruptionen werden durch die Verdampfung von Wasser in Kontakt mit dem Magma verursacht, wodurch die umgebenden Materialien herausgeschleudert werden, wobei das Magma an Ort und Stelle bleibt.

Bei magmatischen Eruptionen ist der vorherrschende Prozess während des Aufstiegs des Magmas seine Entgasung aufgrund der Auflösung der flüchtigen Stoffe durch Dekompression (hauptsächlich Wasser und bescheidener das weniger lösliche Kohlendioxid, wobei die Menge der flüchtigen Stoffe durch die Chemie von kontrolliert wird). das Silikatbad, sein Druck und seine Temperatur). „Diese Entgasung hat unterschiedliche Auswirkungen, auf die Viskosität der Silikatflüssigkeit, auf die Trennung zwischen flüssiger und gasförmiger Phase durch die Keimbildung , das Wachstum und ggf. das Zusammenwachsen von Gasblasen, auf den Anteil der festen Phase durch die Kristallisation von Mikrolithen ^{[ 2 ]}  ” . Die Aufstiegsgeschwindigkeit der Blasen durchDie Flotation ist umgekehrt eine Funktion der Viskosität des Magmas, in dem sie sich bewegen, und ist viel geringer als der Anstieg des Magmas ^{[ 3 ]} . Wenn das Magma ausreichend langsam aufsteigt (in der Größenordnung von cm/s), neigen diese Blasen dazu, zu wachsen und dann zusammenzuwachsen (Phänomen der Vesikelbildung ) ^{[ 4 ]} , was den Verlust flüchtiger Stoffe in Richtung der umschließenden Wände des Kanals fördert und verhindert die Entwicklung großer gasförmiger Überdrücke und ermöglicht eine Eruption des effusiven Typs (das Magma erreicht die Oberfläche bereits entgast) ^{[ 5 ]}. Wenn das Magma sehr schnell aufsteigt (etwa ein m/s), haben die Blasen nicht die nötige Zeit zum Zusammenwachsen, die flüchtigen Bestandteile bleiben im Magma eingeschlossen und erzeugen einen ausreichenden Überdruck, um die Fragmentierung des Magmas am Ursprung zu bewirken einer explosiven Eruption ^{[ 6 ]} .

Häufigkeit und Dauer

Die Dauer der Eruptionen ist sehr variabel ^{[ 7 ]}  : Einige dauern einige Stunden, wie der Ausbruch des Vesuvs im Jahr 79  ; Von den etwa 1.500 aktiven Vulkanen auf der Erde dauern etwas mehr als die Hälfte der Eruptionen nicht länger als zwei Monate und etwas mehr als hundert dauern länger als ein Jahr. Studien zufolge gibt es 1,5 Millionen unterseeische Vulkane, die für 75 % des Lavavolumens verantwortlich sind, das jedes Jahr von allen Vulkanen ausgestoßen wird ^{[ 8 ]} .

Es gibt normalerweise 50 bis 70 paroxysmale terrestrische Eruptionen pro Jahr, die durchschnittlich 15 Tage dauern. Puʻu ʻŌʻō , eine der Mündungen von Kīlauea in Hawaii , brach aus3. Januar 1983zu30. April 2018, oder für 35 Jahre ^{[ 9 ]} .

Die folgende Tabelle gibt die unterschiedlichen Dauerverteilungen wieder ^{[ 10 ]}  :

Arten von Vulkanausbrüchen

Im Laufe der Zeit wurden mehrere Kategorisierungen von Eruptionen vorgeschlagen. 1805 unterschied George Poulett Scrope permanente, intermediäre und paroxysmale Eruptionen. Im Jahr 1891 ^{[ 11 ]} , James Dwight Dana , basierend auf Studien von hawaiianischen Vulkanen , um zwischen explosiven , mittleren und ruhigen Eruptionen zu unterscheiden ^{[ 12 ]} . Unter dem Anstoß von Studien über italienische Vulkane von Giuseppe Mercalli im Jahr 1907 und der Untersuchung des Ausbruchs des Mount Pelée von Alfred Lacroix im Jahr 1908 wurde eine komplexere Klassifizierung entwickelt, die auf der Geometrie von Vulkanen basiert (Form des Vulkankegels), ihr Verhalten (explosiv oder ruhig) und die Produkte, die sie abgeben ( Feuerwolken , Lavaströme , Blöcke , Lavafontänen ), was zu einer Einteilung in vier Typen führt, Hawaiian, Strombolian, Plinian/Vulcanian, Pelean, später bereichert durch die Isländischer Typ und das Solfatarische Stadium ^{[ 13 ]} . Diese Klassifizierung wird in Schulbüchern immer noch verwendet, obwohl sie aus einer Fehlinterpretation der Arten von Vulkanausbrüchen resultiert ^{[ 14 ]} .

Diese Kategorisierung hat sich zu mehreren zeitgenössischen Klassifikationen entwickelt, wie zum Beispiel der folgenden:

Diese Bezeichnungen von Vulkan- oder Regionsnamen sollten nicht zu der Annahme verleiten, dass diese Vulkane systematisch Eruptionen des entsprechenden Typs aufweisen, und damit auch nicht die Tatsache, dass ein Vulkan durch einen einzigen Eruptionstyp gekennzeichnet ist. Sie übersetzen einfach die Tatsache, dass die Beschreibung des Modells von einem Ausbruch dieses Vulkans oder dieser Region stammt. In Wirklichkeit induzieren die Umwandlungen, die das Magma in der Magmakammer erfährt , eine Evolution der Eruptionen sowohl während der Lebensdauer des Vulkans als auch während eines Eruptionszyklus . Die Abkühlung des Magmas an der Decke der Kammer bewirkt eine fraktionierte Kristallisation der flüssigen Phase, die ersten Kristalle, die sich bilden, sind basische Mineralien, schwerer, die sich am Boden der Kammer absetzen und oben ein mit Kieselsäure angereichertes Magma zurücklassen , das als Magmadifferenzierung bezeichnet wird . Daher könnte der Beginn einer Eruption, insbesondere wenn die vorherige alt ist, durch eine zähflüssigere Lava und einen explosiveren Typ gekennzeichnet sein als die folgende. Darüber hinaus neigt das Magma über lange Zeiträume dazu, das umgebende Gestein teilweise aufzulösen. Bei kontinentalen Vulkanen sind es im Allgemeinen felsische Mineralien aus der Kruste, die das Magma auch mit Kieselsäure anreichern. In diesem Fall gilt: Je älter der Vulkan, desto zäher wird seine Lava und seine explosiven Eruptionen. Ausnahmen gibt es: wenn sich die Magmakammer in kalkhaltigen Sedimenten befindet, wie im Fall vonVesuv , das Magma wird immer basischer und die Eruptionen immer weniger explosiv.

Überschwängliche Eruptionen

Effusive Eruptionen sind durch die Emission eines Magmas gekennzeichnet, das relativ arm an gelöstem Gas ist und sich durch die Bildung von Lavaströmen von oft großem Ausmaß ausbreitet. Diese Eruptionen sind relativ ruhig, ohne große Explosionen. Die einzige Gefahr dieser Eruptionen ist das Vordringen der Lavaströme (bis zu mehreren zehn km/h ): Der wirtschaftliche Schaden kann beträchtlich sein, aber die Bevölkerung hat im Allgemeinen Zeit, ihre Häuser zu evakuieren, indem sie einige Dinge mitnimmt.

Das emittierte Magma ist im Allgemeinen basaltisch , arm an Kieselsäure (SiO ₂) und daher sehr flüssig, gelöste Gase entweichen leicht. Es gibt auch Lavaströme mit einer kieselsäurereicheren Zusammensetzung und sogar Obsidianströme .

Vulkane, deren Eruptionen normalerweise effusiv sind, sind solche an mittelozeanischen Rücken und Hotspots (wie die auf Hawaii , Piton de la Fournaise und Ätna ).

Hawaiischer Hautausschlag

Diagramm einer hawaiianischen Eruption .

Die hawaiianische Eruption zeichnet sich durch sehr flüssige, basaltische und kieselsäurearme Lava aus, die es ermöglicht, an den Flanken des Vulkans entlang zu fließen, manchmal über zehn Kilometer. Die Entgasung der Lava ist sehr einfach und ihr Ausstoß kann entweder in Form von mehrere hundert Meter hohen Lavafontänen mit regelmäßiger Strömung oder in Form eines mehr oder weniger temporären Lavasees Krater erfolgen .

Diese Eruptionen sind nicht sehr gefährlich, können jedoch erhebliche Schäden verursachen, wenn die menschliche Infrastruktur von Lavaströmen betroffen ist . Andererseits ist das menschliche Risiko fast gleich null, da keine Explosionsgefahr besteht und die Lava Zeit zum Evakuieren lässt.

Vulkane mit Ausbrüchen im hawaiianischen Stil sind Mauna Kea , Mauna Loa , Piton de la Fournaise , Nyiragongo , Erta Ale usw. 

Der Volcanic Explosiveness Index für diese Art von Eruption reicht von 0 bis 1.

Strombolianischer Ausbruch

Diagramm einer strombolianischen Eruption .

Der strombolianische Typ ist ein Stil, der zwischen dem hawaiianischen und dem vulkanischen Typ liegt, und stößt mäßig flüssige Lava als Ströme und Tephras als vulkanische Bomben , Schlacken usw. aus  . durch häufige Explosionen projiziert. Eine Aschewolke kann mehrere hundert Meter hoch aufsteigen . Die Gefährlichkeit hängt von der Nähe menschlicher Siedlungen ab.

Vulkane mit strombolianischen Eruptionen sind Stromboli oder Ätna , obwohl letztere manchmal vulkanische Eruptionen haben können.

Der vulkanische Explosivitätsindex für diese Art von Eruption reicht von 1 bis 2.

Explosive Eruptionen

Explosive Eruptionen stoßen andesitische Lava aus, die reich an Kieselsäure und daher sehr zähflüssig ist und ihre vulkanischen Gase nur schwer freisetzt. Diese Eruptionen bilden keine Lavaströme, sondern werden stattdessen von Explosionen begleitet, die große Mengen Asche produzieren , die feurige Wolken und Vulkanfahnen entstehen lassen . Etwa 80 % der Vulkanausbrüche finden auf dieser Art von Vulkanen statt ^{[ 16 ]}. Diese Arten von Eruptionen sind sehr gefährlich, weil sie unvorhersehbar sind, und lassen manchmal keine Zeit, die von den brennenden Gasen und Asche bedrohte Bevölkerung zu evakuieren. Die repräsentativsten Vulkane sind die „  grauen Vulkane  “ des „  pazifischen Feuerrings  “ wie Pinatubo , Krakatoa , Mayon oder auch Merapi .

Vulkanausbruch

Diagramm eines Vulkanausbruchs .

Beim vulkanischen Typ fließen die Laven schwerer , weil sie reicher an Kieselsäure sind und ihre Entgasung weniger leicht ist. Fontänen und Lavavorsprünge führen zu Strömen , die entlang des Vulkans hinabsteigen und darunter liegende Gebäude erreichen können.

Das menschliche Risiko ist höher, weil Bimsstein- , Asche- und Bombenschleudern auftreten und mehrere Kilometer in die Höhe steigen können. Der Ausbruchstyp ist der letzte Ausbruch des Vulcano zwischen 1888 und 1890 .

Der Volcanic Explosiveness Index für diese Art von Eruption reicht von 2 bis 5.

Pelean-Ausbruch

Diagramm einer Pelean-Eruption .

Bei dieser Art von Eruption fließt die breiige Lava kaum und neigt dazu, einen Lavadom zu bilden . Dieses kann unter dem Druck des Magmas zerfallen oder explodieren und feurige Wolken und Vulkanfahnen erzeugen . Aufgrund der instabilen Natur des Ausbruchs und der Geschwindigkeit der feurigen Wolken sehr tödlich, ist der typische Ausbruch der des Monte Pelée , der 1902 auf Martinique 28.000 Todesopfer forderte .

Vulkane mit Pelean-Ausbrüchen sind Mount Pelée , Soufrière de Montserrat , Soufrière de la Guadeloupe usw.

Der Volcanic Explosivity Index für diese Art von Eruption reicht von 1 bis 8.

Plinianische Eruption

Diagramm einer plinianischen Eruption .

Bei dieser Art von Eruption ist die Lava extrem breiig, weil sie sehr reich an Kieselsäure ist . Da die vulkanischen Gase nicht freigesetzt werden können, steigt der Druck in der Magmakammer und erzeugt Explosionen, die die Lava und manchmal den Vulkan pulverisieren, indem Asche mehrere zehn Kilometer hoch geschleudert wird und so die Stratosphäre erreicht . Die Vulkanfahne fällt normalerweise unter ihrem eigenen Gewicht und verwüstet die Seiten des Vulkans im Umkreis von mehreren Kilometern. Das Vorhandensein von GrundwasserAuf dem Weg der Lava erhöht sich das Explosionsrisiko und die Gefährlichkeit dieser Vulkane, deren erste Beschreibung der Vesuv im Jahr 79 durch Plinius den Jüngeren war und die Pompeji zerstörte .

Vulkane mit plinianischen Eruptionen sind die Mehrzahl der Vulkane, die den „  pazifischen Feuerring  “ bilden, wie Merapi , Krakatoa , Pinatubo , Mount Saint Helens oder Mount Augustine .

Der Volcanic Explosiveness Index für diese Art von Eruption liegt zwischen 3 und 8.

Hautausschläge in Gegenwart von Wasser

Surtseyan-Ausbruch

Diagramm einer Surtseyan-Eruption .

Surtsey - Eruptionen sind Eruptionen, bei denen große Mengen Wasser involviert sind . Sie sind normalerweise Unterwasser- oder sublakustrinische Eruptionen nahe der Oberfläche, normalerweise weniger als hundert Meter tief, oder subglazial , wenn die Hitze des Magmas es schafft, große Mengen Eis zu schmelzen ^{[ 17 ]} .

Unterseeische oder sublakustrinische Vulkane, die es schaffen, die Oberfläche zu erreichen, tauchen während eines Surtseyan-Ausbruchs aus dem Wasser auf und bilden eine Insel . Die Insel Surtsey , die dieser Art von Ausbruch ihren Namen gab, wurde 1963 so geboren .

Während eines Surtseyan-Ausbruchs befindet sich die Oberfläche des Vulkans einige Meter oder einige zehn Meter unter der Wasseroberfläche. Der Wasserdruck reicht dann nicht mehr aus, um zu verhindern, dass die Lava bei Kontakt explodiert. Dann treten „zypressoide“ Explosionen auf, die wie Zypressen geformt sind und gekühlte Lava und Tephra , flüssiges Wasser und Wasserdampf mischen . Ist die Insel aufgetaucht, verlängert sich die Eruption je nach Art des Magmas klassisch ^{[ 18 ]} .

Wenn die Eruption subglazial ist, muss Schmelzwasser über dem Vulkan eingeschlossen werden, um eine Surtseyan-Eruption auszulösen. Nevado del Ruiz verursachte bei seinem Ausbruch im Jahr 1985 keinen Ausbruch in Surtseyan, weil Wasser aus dem schmelzenden Eis auf der Spitze des Vulkans die Hänge des Vulkans hinunterrollte und Lahare bildete , die die Stadt Armero zerstörten . Andererseits wurde der Ausbruch des Grímsvötn 1996 unter dem Vatnajökull aufgrund des Schmelzwassers der Eiskappe zu einem Surtseyan-Ausbruchbildete einen See über dem Vulkan. Als das Magma an die Oberfläche kam, brachen zypressoide Vorsprünge durch das Eis und der See entleerte sich als Jökulhlaup .

Der vulkanische Explosivitätsindex dieser Art von Eruption liegt zwischen 2 und 5, hängt jedoch stark von der Art des Magmas ab, ob es sich um basaltisches oder andesitisches Magma handelt .

subglaziale Eruption

Diagramm einer subglazialen Eruption .

Unterwasserausbruch

Diagramm einer Unterwassereruption .

phreatische Eruption

Diagramm einer phreatischen Eruption .

Phreato-magmatische Eruption

Limnischer Ausschlag

Tödlichste Hautausschläge

Eruption	Vulkan	Land	Datum	Zahl der Toten
Ausbruch von Samalas im Jahr 1257	Samalas	Indonesien	1257	Nicht geschätzt (aber Ausrottung des Königreichs Lombok , sowie eines Teils der Bevölkerung der Inseln Bali und Sumbawa , in Europa , Verschärfung der Nahrungsmittelknappheit bis hin zu tödlichen Hungersnöten) [ 19 ] .
Ausbruch des Tambora im Jahr 1815	Tambora	Indonesien	1815	92.000 [ 20 ]
Ausbruch des Krakatau 1883	Krakatau	Indonesien	1883	36.417 [ 20 ]
Ausbruch des Vesuvs im Jahr 79	Vesuv	Italien	79	> 1.500 Leichen geborgen, < 33.000 wahrscheinliche Einwohner der Region
Ausbruch des Mount Pelee im Jahr 1902	Berg Pelee	Frankreich ( Martinique )	1902	29.000 [ 20 ]
Ausbruch des Nevado del Ruiz im Jahr 1985	Nevada del Ruiz	Kolumbien	1985	25.000 [ 20 ]
Ausbruch des Mount Unzen im Jahr 1792	Berg Unzen	Japan	1792	15.000
Ausbruch des Kelud im Jahr 1586	Kelud	Indonesien	1586	10.000
Laki-Ausbruch im Jahr 1783	Laki	Island	1783	9.336 [ 20 ]
Ausbruch von Santa María im Jahr 1902	Santa Maria	Guatemala	1902	6.000 [ 20 ]
Ausbruch des Kelud im Jahr 1919	Kelud	Indonesien	1919	5.115 [ 20 ]

Vorhersage der Aufpralldistanz von Tephras und ihrer Geschwindigkeit

Bei einem Vulkanausbruch speit ein Vulkan Lava und Tephras aus . Um abzuschätzen, wohin diese Projektionen fallen werden, kann man die folgenden Gleichungen verwenden:

Entfernungsvorhersage

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

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

mit :

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }}$ : horizontaler Abstand;

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }}$ : vertikale Entfernung;

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : Modul der Anfangsgeschwindigkeit;

${\displaystyle \Delta t}$ : Zeit ;

${\displaystyle g}$ : Erdbeschleunigung  ;

${\displaystyle \theta }$ : Winkel der Anfangsgeschwindigkeit mit der Horizontalen.

Geschwindigkeitsprognose

Professor Lionel Wilson von der Lancaster University verwendet den modifizierten Satz von Bernoulli , um die Auswurfgeschwindigkeit von Projektionen zu berechnen:

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

mit :

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

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

${\displaystyle P_{s}}$- Luftdruck

${\displaystyle S_{c}}$- Magmadichte

Wilson verwendet auch eine zweite Gleichung, die von Bernoullis Theorem abgeleitet ist, die Waffengleichung, die verwendet wird, um die Geschwindigkeit schneller Projektile zu berechnen, die eine enge Öffnung passieren:

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

mit :

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

${\displaystyle m}$- Masse des Geschosses

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

${\displaystyle g}$- Schwerkraftbeschleunigung

${\displaystyle A}$- Bereich, in dem Druck ausgeübt wird

${\displaystyle b}$- Bernoulli-Konstante

Anmerkungen und Referenzen

Siehe auch

Quellen und Bibliographie

• (en) Physik der Eruptionen unter ffden-2.phys.uaf.edu
• Entstehung von Vulkanen auf http://ici.radio-canada.ca

Verwandte Artikel

• Vulkanischer Explosivitätsindex
• Vulkanologische Prognose
• Aktivität eines Vulkans
• Listen von Vulkanausbrüchen

• Vulkanismus-Portal
• Portal für große Risiken