Tulivuorenpurkaus

Katso homonyyminen artikkeli kohdasta Eruption .

Satelliittikuva Sarychevin pileuksen peittämästä tulivuoresta ja tuliisista pilvistä Venäjällä Plinianin purkauksen aikana .

Tulivuorenpurkaus on geologinen ilmiö , jolle on ominaista tulivuoren laavan tai tefran päästö , johon liittyy vulkaanisia kaasuja . Kun tulivuorenpurkaus aiheuttaa aineellisia vahinkoja ja kuoleman ihmislajeille, mutta myös muille eläin- tai kasvilajeille , mikä on suurin osa maanpäällisten tulivuorten tapauksista, tämä ilmiö on lyhyellä tai keskipitkällä aikavälillä luonnonkatastrofi , jolla on paikallinen tai globaali vaikutus ja voi järkyttää eläinten ja ihmisten tottumuksia, topografiaa jne.

Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat , että tulivuorenpurkauksilla on merkittävä vaikutus globaaliin ilmastoon ja että niitä on pidettävä välttämättöminä katalyyttinä ilmiöinä selitettäessä ekologisia muutoksia ja historiallisia mullistuksia ihmisyhteiskunnissa ^{[ 1 ]} .

Mekanismit

Purkauksia on kolme tyyppiä niiden mekanismin mukaan:

• Magmaattiset purkaukset johtuvat magman kaasunpoistosta dekompression vaikutuksesta , mikä aiheuttaa tiheyden laskun , joka ajaa magmaa ylöspäin Arkhimedesen työntövoiman vaikutuksesta .
• Phreatomagmaattiset purkaukset johtuvat magman äkillisestä jäähtymisestä joutuessaan kosketuksiin veden kanssa, mikä aiheuttaa sen halkeamisen ja vesi-magman kosketuspinnan räjähdysmäisen lisääntymisen.
• Freaattipurkaukset johtuvat magman kanssa kosketuksissa olevan veden höyrystymisestä , joka irtoaa ympäröivät materiaalit ja magma pysyy paikallaan.

Magmaattisissa purkauksissa hallitseva prosessi magman nousun aikana on sen kaasunpoisto, joka johtuu haihtuvien aineiden irtoamisesta dekompressiolla (pääasiassa vesi ja vaatimattomammin vähemmän liukeneva hiilidioksidi, jonka haihtuvien aineiden määrää säätelee silikaattikylpy, sen paine ja lämpötila). "Tämä kaasunpoisto saa aikaan erilaisia ​​vaikutuksia silikaattinesteen viskositeettiin, nestemäisten ja kaasumaisten faasien väliseen jakautumiseen ydintymisen kautta, kaasukuplien kasvuun ja mahdollisesti yhteenliittymiseen ^, kiinteän faasin osuuteen mikroliittien kiteytymisen kautta . ^{2 ]}  ” . Kuplien nousunopeus mennessäFlotaatio on käänteisesti funktio magman viskositeetista, jossa ne liikkuvat, ja se on paljon pienempi kuin magman nousu ^{[ 3 ]} . Jos magman nousu on riittävän hidasta (luokkaa cm/s), nämä kuplat pyrkivät kasvamaan, sitten sulautumaan yhteen ( vesikulaatioilmiö ) ^{[ 4 ]} , mikä edistää haihtuvien aineiden häviämistä kohti kanavan ympäröiviä seiniä ja estää suurten kaasumaisten ylipaineiden kehittymisen mahdollistaen effusiivisen purkauksen (magma saavuttaa jo kaasuttoman pinnan) ^{[ 5 ]}. Jos magman nousu on erittäin nopeaa (noin yksi m/s), kuplat eivät ehdi sulautua yhteen, haihtuvat aineet jäävät magmaan loukkuun ja muodostavat riittävän ylipaineen aiheuttamaan magman pirstoutumisen alkupisteessä. räjähdyspurkauksesta ^{[ 6 ]} . _

Taajuus ja kesto

Purkausten kesto vaihtelee suuresti ^{[ 7 ]}  : jotkut kestävät muutaman tunnin, kuten Vesuviuksen purkautuminen vuonna 79  ; Maapallon noin 1 500 aktiivisesta tulivuoresta hieman yli puolet purkauksista kestää enintään kaksi kuukautta ja hieman yli sata kestää yli vuoden. Tutkimusten mukaan on 1,5 miljoonaa sukellusvenetulivuoria, jotka vastaavat 75 prosentista kaikkien tulivuorten vuotuisesta laavamäärästä ^{[ 8 ]} .

Kohtauksia maan päällä tapahtuu yleensä 50–70 vuodessa, ja ne kestävät keskimäärin 15 päivää. Puʻu ʻŌʻō , yksi Kīlauean suista Havaijilla , purkautui3. tammikuuta 1983to30. huhtikuuta 2018tai 35 vuodeksi ^{[ 9 ]} .

Seuraavassa taulukossa esitetään erilaiset kestojakaumat ^{[ 10 ]}  :

Tulivuorenpurkaustyypit

Ajan mittaan on ehdotettu useita purkausten luokituksia. Vuonna 1805 George Poulett Scrope erotti pysyvät, välivaiheen ja kohtaukselliset purkaukset. Vuonna 1891 ^{[ 11 ]} James Dwight Dana perustui Havaijin tulivuoria koskeviin tutkimuksiin erottaakseen toisistaan ​​räjähtävät, keskivaikeat ja rauhalliset purkaukset ^{[ 12 ]} . Giuseppe Mercallin vuonna 1907 italialaisia ​​tulivuoria koskevia tutkimuksia ja Alfred Lacroixin vuonna 1908 Pelée-vuoren purkausta koskevien tutkimusten johdosta kehitettiin monimutkaisempi luokitus, joka perustuu tulivuorten geometriaan ( tulivuoren kartion muotoon).), niiden käyttäytyminen (räjähtävä tai rauhallinen) ja niiden lähettämät tuotteet ( tuliset pilvet , laavavirrat , lohkot , laavasuihkulähteet ), mikä johtaa neljään tyyppiin: havaijilainen, strombolilainen, pliinilainen/vulkaaninen, pelealainen, jota myöhemmin rikastuivat Islantilainen tyyppi ja solfataarivaihe ^{[ 13 ]} . Tätä luokitusta käytetään edelleen koulujen oppikirjoissa, vaikka se johtuu tulivuoren räjähdystyyppien virheellisestä tulkinnasta ^{[ 14 ]} .

Tämä luokittelu on kehittynyt useiksi nykyaikaisiksi luokituksiksi, kuten seuraavaksi:

Nämä nimitykset tulivuorten tai alueiden nimistä eivät saa johtaa siihen, että näissä tulivuorissa tapahtuisi systemaattisesti vastaavan tyyppisiä purkauksia, eikä siksi sitä tosiasiaa, että tulivuorelle on ominaista yksittäinen purkaustyyppi. He yksinkertaisesti kääntävät sen tosiasian, että mallin kuvaus tehtiin tämän tulivuoren tai tämän alueen purkauksesta. Todellisuudessa muutokset, jotka magma käy läpi magmakammiossa, saavat aikaan purkausten evoluution sekä tulivuoren elinkaaren että purkaussyklin aikana . Magman jäähtyminen kammion katossa aiheuttaa nestefaasin fraktiokiteytymisen , ensimmäiset muodostuvat kiteet ovat perusmineraaleja, raskaampia, jotka asettuvat kammion pohjalle ja jättävät piidioksidilla rikastetun magman yläosaan , jota kutsutaan magman erilaistumiseksi . Siten purkauksen alkua, varsinkin jos edellinen on vanha, voisi luonnehtia viskoosimpi ja räjähtävämpi laava kuin seuraava. Lisäksi magma pyrkii pitkällä aikavälillä osittain liuottamaan ympäröiviä kiviä. Mannertulivuorille yleensä maankuoresta peräisin olevat felsiset mineraalit rikastavat magmaa myös piidioksidilla. Tässä tapauksessa mitä vanhempi tulivuori, sitä enemmän sen laava on viskoosi ja sen räjähdysmäiset purkaukset. Poikkeuksia on: jos magmakammio on kalkkipitoisissa sedimenteissä, kuten tapauksessaVesuvius , magma tulee yhä yksinkertaisempaa ja purkaukset vähemmän räjähdysherkkiä.

Effusiiviset purkaukset

Effusiivisille purkauksille on ominaista magman päästö, jossa on suhteellisen vähän liuennutta kaasua , joka leviää muodostamalla usein suuria laavavirtoja . Nämä purkaukset ovat suhteellisen hiljaisia, eikä niissä ole suuria räjähdyksiä. Ainoa vaara näissä purkauksissa on laavavirtausten eteneminen (jopa useita kymmeniä km/h ): taloudelliset vahingot voivat olla huomattavia, mutta väestöllä on yleensä aikaa evakuoida kotinsa ottamalla muutamia tavaroita.

Säteilevä magma on hyvin yleisesti basaltista , vähän piidioksidia (SiO ₂) ja siksi erittäin nestemäiset ja irronneet kaasut poistuvat helposti. On myös laavavirtauksia, joiden koostumus on rikkaampi piidioksidista, ja jopa obsidiaanivirtauksia .

Tulivuoret, joiden purkaukset ovat yleensä effusiivisia, ovat valtameren keskiharjanteilla ja kuumilla alueilla (kuten Havaijilla , Piton de la Fournaisessa ja Etnassa ).

Havaijin ihottuma

Kaavio Havaijin purkauksesta .

Havaijin purkaukselle on ominaista erittäin nestemäinen, basalttipitoinen ja piidioksidiköyhä laava , jonka ansiosta se voi virrata pitkin tulivuoren kylkiä joskus yli kymmenien kilometrien. Laavan kaasunpoisto on erittäin helppoa ja sen irtoaminen voidaan tehdä joko useiden satojen metrien korkeiden laavasuihkulähteiden muodossa ja säännöllisellä virtauksella tai enemmän tai vähemmän tilapäisenä kraatterissa tapahtuvana laavajärvenä .

Ei kovin vaarallisia, mutta nämä purkaukset voivat kuitenkin aiheuttaa merkittäviä vahinkoja, kun laavavirtaukset vaikuttavat ihmisten infrastruktuuriin . Inhimillinen riski on toisaalta lähes olematon, koska räjähdysvaaraa ei ole ja laava antaa aikaa evakuoida.

Tulivuoria, joissa on havaijilaistyylisiä purkauksia, ovat Mauna Kea , Mauna Loa , Piton de la Fournaise , Nyiragongo , Erta Ale jne  .

Tämän tyyppisen purkauksen tulivuoren räjähtävyysindeksi vaihtelee välillä 0-1.

Strombolian purkaus

Kaavio Strombolian purkauksesta .

Strombolilainen tyyppi on välimuoto havaijilaisten ja vulkaanilaisten tyyppien välillä , ja se lähettää kohtalaisen nestemäistä laavaa virtauksena ja tefraa tulivuoren pommeina , kuonaina jne . ennustetaan toistuvista räjähdyksistä. Tuhkapilvi voi nousta muutaman sadan metrin korkeuteen . Vaarallisuus riippuu ihmisasutuksen läheisyydestä.

Tulivuoret, joissa on Stromboli-tyyppisiä purkauksia, ovat Stromboli tai Etna , vaikka jälkimmäisessä voi joskus olla vulkaanisia purkauksia.

Tämän tyyppisen purkauksen tulivuoren räjähtävyysindeksi vaihtelee välillä 1-2.

Räjähtävät purkaukset

Räjähtävät purkaukset vapauttavat andesiittista laavaa , joka on runsaasti piidioksidia ja siksi erittäin viskoosia ja vapauttaa vulkaanisia kaasujaan vaikeasti. Nämä purkaukset eivät muodosta laavavirtauksia , vaan niihin liittyy räjähdyksiä, jotka tuottavat suuria määriä tuhkaa , mikä synnyttää tulipilviä ja tulivuorenpilviä . Noin 80 % tulivuorenpurkauksista tapahtuu tämän tyyppisissä tulivuorissa ^{[ 16 ]}. Erittäin vaarallisia, koska ne ovat arvaamattomia, tämäntyyppiset purkaukset eivät joskus jätä aikaa palavien kaasujen ja tuhkan uhkaamien väestön evakuoimiseen. Edustavimpia tulivuoria ovat   "  Tyynenmeren tulirenkaan " " harmaat tulivuoret "  , kuten Pinatubo , Krakatoa , Mayon tai jopa Merapi .

Vulcanian purkaus

Kaavio Vulcanian purkauksesta .

Laavat virtaavat vaikeammin vulkaanisessa tyypissä, koska niissä on enemmän piidioksidia ja niiden kaasunpoisto on vähemmän helppoa. Suihkulähteet ja laavaulokkeet aiheuttavat virtauksia , jotka laskeutuvat tulivuorta pitkin ja voivat ulottua alla oleviin rakennuksiin.

Ihmisten riski on suurempi, koska hohkakiveä , tuhkaa ja pommeja voi esiintyä ja ne voivat nousta useiden kilometrien korkeuteen. Tyyppipurkaus on Vulcanon viimeinen purkaus vuosina 1888-1890 .

Tämän tyyppisen purkauksen tulivuoren räjähdysindeksi vaihtelee välillä 2-5.

Peleanin purkaus

Kaavio Peleanin purkauksesta .

Tämäntyyppisessä purkauksessa tahnamainen laava tuskin virtaa ja pyrkii muodostamaan laavakuvun . Tämä voi magman paineen alaisena hajota tai räjähtää, jolloin syntyy tulipilviä ja tulivuorenpilviä . Erittäin tappava purkauksen epävakauden ja tulisten pilvien nopeuden vuoksi. Tyypillinen tulivuoren purkaus on Mount Pelée , joka aiheutti 28 000 kuolemaa vuonna 1902 Martiniquella .

Tulivuoria, joissa on Pelean-purkauksia, ovat Mount Pelée , Soufrière de Montserrat , Soufrière de la Guadeloupe jne.

Tämän tyyppisen purkauksen tulivuoren räjähdysindeksi vaihtelee välillä 1-8.

Plinianin purkaus

Kaavio Plinian-purkauksesta .

Tämän tyyppisessä purkauksessa laava on erittäin tahnamainen , koska se on erittäin runsaasti piidioksidia . Koska vulkaanisia kaasuja ei voida vapauttaa, paine nousee magmakammiossa ja tuottaa räjähdyksiä, jotka jauhavat laavan ja joskus tulivuoren levittämällä tuhkaa kymmenien kilometrien korkeuteen ja saavuttaen siten stratosfäärin . Tulivuoren tulva putoaa yleensä oman painonsa alle ja tuhoaa tulivuoren sivuja kilometrien päässä. Pohjaveden läsnäoloLaavan polulla lisää näiden tulivuorten räjähdysvaaraa ja vaarallisuutta, joista ensimmäinen oli Plinius Nuoremman Vesuviuksen kuvaus vuonna 79 ja joka tuhosi Pompejin .

Tulivuoret, joissa on plinianpurkauksia, ovat suurin osa "  Tyynenmeren tulirenkaan  " muodostavista tulivuorista, kuten Merapi , Krakatoa , Pinatubo , Mount Saint Helens tai Mount Augustine .

Tämän tyyppisen purkauksen tulivuoren räjähdysindeksi vaihtelee välillä 3-8.

Ihottuma veden läsnä ollessa

Surtseyanin purkaus

Kaavio Surtseyanin purkauksesta .

Surtsey - purkaukset ovat purkauksia, joihin liittyy suuria määriä vettä . Ne ovat yleensä vedenalaisia ​​tai sublakustriinin purkauksia lähellä pintaa, yleensä alle sadan metrin syvyydessä, tai jäätikön alaisia, kun magman lämpö onnistuu sulattamaan suuria määriä jäätä ^{[ 17 ]} .

Surtseyanin purkauksen aikana merenalaiset tai sukeltavat tulivuoret, jotka onnistuvat pääsemään pintaan, nousevat vedestä muodostaen saaren . Surtseyn saari , joka antoi nimensä tämäntyyppiselle purkaukselle, syntyi tällaisena vuonna 1963 .

Surtseyan-purkauksen aikana tulivuoren pinta on muutaman metrin tai muutaman kymmenen metrin vedenpinnan alapuolella. Vedenpaine ei silloin enää riitä estämään laavaa räjähtämästä kosketuksessa. Sitten tapahtuu sypressien muotoisia "sypressoidisia" räjähdyksiä, jotka sekoittuvat jäähdytettyä laavaa ja tefraa , nestemäistä vettä ja vesihöyryä . Kun saari on ilmaantunut, purkaus pitkittyy klassisella tavalla magman tyypistä riippuen ^{[ 18 ]} .

Jos purkaus on jäätikön alaista, sulamisvesi on jäätävä tulivuoren yläpuolelle Surtseyanin purkauksen aiheuttamiseksi. Nevado del Ruiz ei aiheuttanut Surtseyan-purkausta purkautuessaan vuonna 1985 , koska tulivuoren huipulla sulavan jään vesi valui alas tulivuoren rinteitä muodostaen lahareja , jotka tuhosivat Armeron kaupungin . Toisaalta Grímsvötnin purkaus vuonna 1996 Vatnajökullin alla muuttui Surtseyan-purkaukseksi, koska jääpeiton sulamisvedetmuodosti järven tulivuoren yläpuolelle. Kun magma nousi pintaan, sypressoidiulokkeet murtautuivat jään läpi ja järvi tyhjeni jökulhlaupina .

Tämän tyyppisen purkauksen tulivuoren räjähdysindeksi vaihtelee välillä 2-5, mutta se riippuu suuresti magman tyypistä, onko se basaltista vai andesiittista .

subglacial eruption

Kaavio jäätikön alaisesta purkauksesta .

Vedenalainen puhallus

Kaavio vedenalaisesta purkauksesta .

phreaattinen purkaus

Kaavio phreatin purkauksesta .

Phreato-magmaattinen purkaus

Limninen ihottuma

Tappavimmat ihottumat

Purkaus	Tulivuori	Maa	Päivämäärä	Kuolleiden lukumäärä
Samalasin purkaus vuonna 1257	Samalas	Indonesia	1257	Ei arvioitu (mutta Lombokin valtakunnan sekä osan Balin ja Sumbawan saarten väestön tuhoamista Euroopassa , ruokapulan pahenemista erittäin tappaviksi nälänhädiksi) [ 19 ] .
Tamboran purkaus vuonna 1815	Tambora	Indonesia	1815	92 000 [ 20 ]
Krakatoa purkaus vuonna 1883	Krakatoa	Indonesia	1883	36 417 [ 20 ]
Vesuviuksen purkaus vuonna 79	Vesuvius	Italia	79	> 1 500 ruumista löydetty, < 33 000 alueen todennäköistä asukasta
Mount Pelee purkaus vuonna 1902	Pelee vuori	Ranska ( Martinique )	1902	29 000 [ 20 ]
Nevado del Ruizin purkaus vuonna 1985	Nevado del Ruiz	Kolumbia	1985	25 000 [ 20 ]
Unzen-vuoren purkaus vuonna 1792	Unzen-vuori	Japani	1792	15 000
Keludin purkaus vuonna 1586	Kelud	Indonesia	1586	10 000
Laki-purkaus vuonna 1783	Laki	Islanti	1783	9 336 [ 20 ]
Santa Marían purkaus vuonna 1902	pyhä Maria	Guatemala	1902	6 000 [ 20 ]
Keludin purkaus vuonna 1919	Kelud	Indonesia	1919	5 115 [ 20 ]

Tefraan törmäysetäisyyden ja nopeuden ennustaminen

Tulivuorenpurkauksen aikana tulivuori sylkee ulos laavaa ja tefraa . Arvioidaksesi, mihin nämä ennusteet putoavat, voidaan käyttää seuraavia yhtälöitä:

Etäisyyden ennustus

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

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

kanssa :

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }}$ : vaakaetäisyys;

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }}$ : pystyetäisyys;

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : alkunopeuden moduuli;

${\displaystyle \Delta t}$ : aika ;

${\displaystyle g}$ : painovoiman aiheuttama kiihtyvyys  ;

${\displaystyle \theta }$ : alkunopeuden kulma vaakatason kanssa.

Nopeusennuste

Professori Lionel Wilson Lancasterin yliopistosta käyttää Bernoullin modifioitua lausetta laskeakseen projektioiden ejektionopeuden:

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

kanssa :

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

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

${\displaystyle P_{s}}$- Ilmakehän paine

${\displaystyle S_{c}}$- Magman tiheys

Wilson käyttää myös toista Bernoullin lauseesta johdettua yhtälöä, tykkiyhtälöä, jota käytetään laskemaan kapean aukon läpi kulkevien nopeiden ammusten nopeus:

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

kanssa :

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

${\displaystyle m}$- Ammuksen massa

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

${\displaystyle g}$- Gravitaatiokiihtyvyys

${\displaystyle A}$- Alue, jossa painetta käytetään

${\displaystyle b}$- Bernoullin vakio

Huomautuksia ja viitteitä

Katso myös

Lähteet ja bibliografia

• (en) Physics of Eruptions osoitteessa ffden-2.phys.uaf.edu
• Tulivuorten alkuperä osoitteessa http://ici.radio-canada.ca

Aiheeseen liittyvät artikkelit

• Vulkaaninen räjähdysindeksi
• Vulkanologinen ennuste
• tulivuoren toimintaa
• Luettelot tulivuorenpurkauksista

• Vulkanismin portaali
• Suurten riskien portaali