Vulkaanuitbarsting

Zie Uitbarsting voor het gelijknamige artikel .

Satellietfoto van de met pileus bedekte vulkanische pluim en vurige wolken van Sarychev in Rusland tijdens een Pliniaanse uitbarsting .

Een vulkaanuitbarsting is een geologisch fenomeen dat wordt gekenmerkt door de emissie, door een vulkaan , van lava of tephra vergezeld van vulkanische gassen . Wanneer een vulkaanuitbarsting materiële schade en de dood veroorzaakt onder de menselijke soort , maar ook onder andere dier- of plantensoorten , wat de meeste gevallen is voor terrestrische vulkanen, vormt dit fenomeen op korte of middellange termijn een natuurramp met lokale of wereldwijde impact en in staat om dierlijke en menselijke gewoonten, topografie , enz.

Recent onderzoek toont aan dat vulkaanuitbarstingen een significante invloed hebben op het wereldklimaat en moeten worden beschouwd als essentiële katalytische fenomenen bij het verklaren van ecologische veranderingen en historische omwentelingen in menselijke samenlevingen ^{[ 1 ]} .

Mechanismen

Er zijn drie soorten uitbarstingen door hun mechanisme:

• Magmatische uitbarstingen worden veroorzaakt door het ontgassen van magma onder invloed van decompressie , wat een daling van de dichtheid veroorzaakt , die het magma naar boven stuwt door het effect van Archimedische stuwkracht .
• Freato-magmatische uitbarstingen worden veroorzaakt door de plotselinge afkoeling van magma door contact met water, wat leidt tot splitsing en explosieve toename van het water-magma-contactoppervlak.
• Freatische uitbarstingen worden veroorzaakt door de verdamping van water in contact met het magma, waardoor de omringende materialen worden uitgeworpen, waarbij het magma op zijn plaats blijft.

Bij magmatische uitbarstingen is het dominante proces tijdens de beklimming van het magma het ontgassen, als gevolg van het uitscheiden van de vluchtige stoffen door decompressie (voornamelijk water, en meer bescheiden, het minder oplosbare koolstofdioxide, de hoeveelheid vluchtige stoffen wordt gecontroleerd door de chemie van het silicaatbad, de druk en de temperatuur). "Deze ontgassing veroorzaakt verschillende effecten, op de viscositeit van de silicaatvloeistof, op de verdeling tussen vloeibare en gasvormige fasen door de nucleatie , de groei en mogelijk de samensmelting van gasbellen, op het aandeel van de vaste fase door de kristallisatie van microlieten ^{[ 2 ]}  " . De opstijgsnelheid van de bellen doorflotatie is omgekeerd een functie van de viscositeit van het magma waarin ze zullen bewegen en is veel lager dan de stijging van het magma ^{[ 3 ]} . Als de opkomst van het magma voldoende langzaam is (in de orde van grootte van cm/s), hebben deze bellen de neiging om te groeien en vervolgens samen te smelten (fenomeen van blaarvorming ) ^{[ 4 ]} , wat het verlies van vluchtige stoffen naar de omringende wanden van het kanaal bevordert en voorkomt de ontwikkeling van grote gasvormige overdrukken, waardoor een uitbarsting van het uitbundige type mogelijk wordt (het magma bereikt het oppervlak al ontgast) ^{[ 5 ]}. Als de stijging van het magma zeer snel is (ongeveer één m/s), hebben de bellen niet de nodige tijd om samen te smelten, de vluchtige stoffen blijven gevangen in het magma en produceren een voldoende overdruk om de fragmentatie van het magma aan de oorsprong te veroorzaken van een explosieve uitbarsting ^{[ 6 ]} .

Frequentie en duur

De duur van uitbarstingen is zeer variabel ^{[ 7 ]}  : sommige duren enkele uren, zoals de uitbarsting van de Vesuvius in 79  ; van de ongeveer 1.500 actieve vulkanen op aarde duurt iets meer dan de helft van de uitbarstingen niet langer dan twee maanden en iets meer dan honderd duren langer dan een jaar. Volgens studies zijn er 1,5 miljoen onderzeese vulkanen die verantwoordelijk zijn voor 75% van het volume lava dat elk jaar door alle vulkanen wordt uitgestoten ^{[ 8 ]} .

Er zijn gewoonlijk 50 tot 70 paroxismale terrestrische uitbarstingen per jaar, die gemiddeld 15 dagen duren. Pu'u'Ō'ō , een van de mondingen van Kīlauea op Hawaï , barstte los uit3 januari 1983tot30 april 2018, of voor 35 jaar ^{[ 9 ]} .

De volgende tabel geeft de verschillende looptijdverdelingen weer ^{[ 10 ]}  :

Soorten vulkaanuitbarstingen

In de loop van de tijd zijn er verschillende indelingen van uitbarstingen voorgesteld. In 1805 maakte George Poulett Scrope onderscheid tussen permanente, intermediaire en paroxismale uitbarstingen. In 1891 ^{[ 11 ]} maakte James Dwight Dana , gebaseerd op studies van Hawaiiaanse vulkanen, onderscheid tussen explosieve, tussenliggende en kalme uitbarstingen ^{[ 12 ]} . Onder impuls van studies over Italiaanse vulkanen door Giuseppe Mercalli in 1907 en de studie van de uitbarsting van de berg Pelée door Alfred Lacroix in 1908, werd een complexere classificatie ontwikkeld, gebaseerd op de geometrie van vulkanen (vorm van de vulkanische kegel), hun gedrag (explosief of kalm) en de producten die ze uitstoten ( vurige wolken , lavastromen , blokken , lavafonteinen ), wat leidt tot een classificatie in vier typen, Hawaiiaans, Stromboliaans, Plinian/Vulcanian, Pelean, later verrijkt met de IJslands type en het Solfatarische stadium ^{[ 13 ]} . Deze classificatie wordt nog steeds gebruikt in schoolboeken, hoewel ze het gevolg is van een verkeerde interpretatie van de soorten vulkanische explosies ^{[ 14 ]} .

Deze indeling is geëvolueerd naar verschillende hedendaagse classificaties, zoals de volgende:

Deze benamingen van namen van vulkanen of regio's mogen niet doen geloven dat deze vulkanen systematisch uitbarstingen van het overeenkomstige type hebben, noch daarom het feit dat een vulkaan wordt gekenmerkt door een enkel type uitbarsting. Ze vertalen simpelweg het feit dat de beschrijving van het model is gemaakt van een uitbarsting van deze vulkaan of deze regio. In werkelijkheid veroorzaken de transformaties die het magma ondergaat in de magmakamer een evolutie van de uitbarstingen, zowel tijdens het leven van de vulkaan als tijdens een uitbarstingscyclus . De afkoeling van het magma aan het plafond van de kamer veroorzaakt fractionele kristallisatie van de vloeibare fase, de eerste gevormde kristallen zijn basismineralen, zwaarder, die zich op de bodem van de kamer nestelen en bovenaan een met silica verrijkt magma achterlaten, wat magmadifferentiatie wordt genoemd . Dus het begin van een uitbarsting, vooral als de vorige oud is, kan worden gekenmerkt door een meer stroperige lava en een explosiever type dan de volgende. Bovendien heeft het magma gedurende lange perioden de neiging om de omliggende rotsen gedeeltelijk op te lossen. Voor continentale vulkanen zijn het over het algemeen felsische mineralen uit de korst die het magma ook zullen verrijken met silica. In dit geval, hoe ouder de vulkaan, hoe stroperiger de lava zal zijn en hoe explosiever de uitbarstingen zullen zijn. Er zijn uitzonderingen: als de magmakamer zich in kalkhoudende sedimenten bevindt, zoals in het geval vanVesuvius zal het magma steeds basischer worden en de uitbarstingen steeds minder explosief.

Uitbundige uitbarstingen

Uitbundige uitbarstingen worden gekenmerkt door de uitstoot van een magma dat relatief arm is aan opgelost gas , dat zich verspreidt door vaak grote lavastromen te vormen. Deze uitbarstingen zijn relatief stil, zonder grote explosies. Het enige gevaar van deze uitbarstingen is de opmars van de lavastromen (tot enkele tientallen km/u ): de economische schade kan aanzienlijk zijn, maar de bevolking heeft over het algemeen tijd om hun huizen te ontruimen door een paar dingen mee te nemen.

Het uitgestoten magma is over het algemeen basalt , laag in silica (SiO ₂) en daarom zeer vloeibaar, en opgeloste gassen ontsnappen gemakkelijk. Er zijn ook lavastromen met een samenstelling die rijker is aan silica, en zelfs obsidiaanstromen .

Vulkanen waarvan de uitbarstingen meestal uitbundig zijn, zijn die op mid-oceanische ruggen en hotspots (zoals die in Hawaï , Piton de la Fournaise en Etna ).

Hawaiiaanse uitslag

Diagram van een Hawaiiaanse uitbarsting .

De Hawaiiaanse uitbarsting wordt gekenmerkt door zeer vloeibare, basalt- en silicaarme lava , waardoor deze soms over tientallen kilometers langs de flanken van de vulkaan kan stromen. Het ontgassen van de lava is heel eenvoudig en het uitwerpen ervan kan worden gedaan in de vorm van lavafonteinen van enkele honderden meters hoog en met een regelmatige stroom, of in de vorm van een min of meer tijdelijk lavameer krater plaatsvindt .

Deze uitbarstingen zijn niet erg gevaarlijk, maar kunnen toch aanzienlijke schade aanrichten wanneer menselijke infrastructuur wordt aangetast door lavastromen . Het menselijke risico is daarentegen bijna nihil omdat er geen explosiegevaar is en de lava de tijd krijgt om te evacueren.

Vulkanen met uitbarstingen in Hawaiiaanse stijl zijn Mauna Kea , Mauna Loa , Piton de la Fournaise , Nyiragongo , Erta Ale ,  etc.

De vulkanische explosiviteitsindex voor dit type uitbarsting varieert van 0 tot 1.

Stromboliaanse uitbarsting

Schema van een Stromboliaanse uitbarsting .

Een stijltussenpersoon tussen de Hawaiiaanse en Vulcanische types , het Strombolian-type zendt matig vloeibare lava uit als stromen en tephras als vulkanische bommen , slakken ,  enz. geprojecteerd door frequente explosies. Een aswolk kan een paar honderd meter hoog worden. De gevaarlijkheid hangt af van de nabijheid van menselijke nederzettingen.

Vulkanen met uitbarstingen van het Stromboli-type zijn Stromboli of Etna , hoewel de laatste soms vulkaanuitbarstingen kan hebben.

De vulkanische explosiviteitsindex voor dit type uitbarsting varieert van 1 tot 2.

Explosieve uitbarstingen

Explosieve uitbarstingen stoten andesitische lava uit , rijk aan silica en daarom zeer stroperig, en laat hun vulkanische gassen moeilijk vrij. Deze uitbarstingen vormen geen lavastromen, maar gaan in plaats daarvan gepaard met explosies die grote hoeveelheden as produceren die aanleiding geven tot vurige wolken en vulkanische pluimen . Ongeveer 80% van de vulkaanuitbarstingen vindt plaats op dit type vulkanen ^{[ 16 ]}. Dit soort uitbarstingen is erg gevaarlijk omdat ze onvoorspelbaar zijn en laat soms geen tijd over om de bevolking te evacueren die wordt bedreigd door de brandende gassen en as. De meest representatieve vulkanen zijn de “  grijze vulkanen  ” van de “  Pacific ring of fire  ” zoals Pinatubo , Krakatoa , Mayon of zelfs Merapi .

Vulkanische uitbarsting

Diagram van een Vulcanische uitbarsting .

De lava 's stromen moeilijker in het vulkanische type omdat ze rijker zijn aan silica en hun ontgassing minder gemakkelijk is. Fonteinen en lavaprojecties veroorzaken stromen die langs de vulkaan afdalen en gebouwen beneden kunnen bereiken.

Het menselijke risico is groter omdat projecties van puimsteen , as en bommen kunnen voorkomen en enkele kilometers hoog kunnen stijgen. De type-uitbarsting is de laatste uitbarsting van Vulcano tussen 1888 en 1890 .

De vulkanische explosiviteitsindex voor dit type uitbarsting varieert van 2 tot 5.

Pelean uitbarsting

Diagram van een uitbarsting van de Pelean .

Bij dit type uitbarsting stroomt de pasteuze lava nauwelijks en heeft de neiging om een ​​lavakoepel te vormen . Dit kan onder de druk van het magma desintegreren of exploderen, waardoor vurige wolken en vulkanische pluimen ontstaan . Zeer dodelijk vanwege de onstabiele aard van de uitbarsting en de snelheid van de vurige wolken, is de typische uitbarsting die van de berg Pelée die in 1902 op Martinique 28.000 doden veroorzaakte .

Vulkanen met Pelean-uitbarstingen zijn Mount Pelée , Soufrière de Montserrat , Soufrière de la Guadeloupe , enz.

De vulkanische explosiviteitsindex voor dit type uitbarsting varieert van 1 tot 8.

Pliniaanse uitbarsting

Diagram van een Pliniaanse uitbarsting .

Bij dit type uitbarsting is de lava extreem pasta-achtig omdat hij erg rijk is aan silica . Omdat de vulkanische gassen niet kunnen ontsnappen, neemt de druk in de magmakamer toe en veroorzaakt explosies die de lava en soms de vulkaan verpulveren door as tientallen kilometers hoog uit te werpen en zo de stratosfeer te bereiken . De vulkanische pluim valt meestal onder zijn eigen gewicht en verwoest de zijkanten van de vulkaan kilometers in de omtrek. De aanwezigheid van grondwaterop het pad van de lava verhoogt het explosieve risico en de gevaarlijkheid van deze vulkanen, waarvan de eerste beschrijving die van de Vesuvius was in 79 door Plinius de Jongere en die Pompeii verwoestte .

Vulkanen met Pliniaanse uitbarstingen zijn de meerderheid van degenen die de "  Pacific Ring of Fire  " vormen, zoals Merapi , Krakatoa , Pinatubo , Mount Saint Helens of Mount Augustine .

De vulkanische explosiviteitsindex voor dit type uitbarsting varieert van 3 tot 8.

Huiduitslag in aanwezigheid van water

Surtseyan-uitbarsting

Diagram van een Surtseyan-uitbarsting .

Surtsey- uitbarstingen zijn uitbarstingen waarbij grote hoeveelheden water betrokken zijn . Het zijn meestal onderzeese of sublacustriene uitbarstingen dicht bij het oppervlak, meestal minder dan honderd meter diep, of subglaciaal wanneer de hitte van het magma erin slaagt grote hoeveelheden ijs te smelten ^{[ 17 ]} .

Onderzeese of sub-lacustriene vulkanen die het oppervlak weten te bereiken, komen uit het water tevoorschijn en vormen een eiland tijdens een Surtseyan-uitbarsting. Het eiland Surtsey , dat zijn naam gaf aan dit type uitbarsting, werd in 1963 zo geboren .

Tijdens een Surtseyan-uitbarsting bevindt het oppervlak van de vulkaan zich enkele meters of enkele tientallen meters onder het wateroppervlak. De waterdruk is dan niet meer voldoende om te voorkomen dat de lava bij contact explodeert. "Cypressoïde" explosies, in de vorm van cipressen , vinden dan plaats, waarbij gekoelde lava en tefra , vloeibaar water en waterdamp worden gemengd . Als het eiland eenmaal tevoorschijn is gekomen, wordt de uitbarsting op een klassieke manier verlengd, afhankelijk van het type magma ^{[ 18 ]} .

Als de uitbarsting subglaciaal is, moet er smeltwater boven de vulkaan worden opgesloten om een ​​Surtseyan-uitbarsting te veroorzaken. Nevado del Ruiz veroorzaakte geen Surtseyan-uitbarsting toen deze in 1985 uitbarstte, omdat het water van het smeltende ijs op de top van de vulkaan van de hellingen van de vulkaan rolde en lahars vormde die de stad Armero verwoestten . Aan de andere kant veranderde de uitbarsting van Grímsvötn in 1996 onder Vatnajökull in een Surtseyan-uitbarsting omdat het smeltwater van de ijskapvormde een meer boven de vulkaan. Toen het magma naar de oppervlakte kwam, braken cypressoïde projecties door het ijs en het meer stroomde leeg als een jökulhlaup .

De vulkanische explosiviteitsindex van dit type uitbarsting varieert van 2 tot 5, maar hangt sterk af van het type magma, of het nu basaltisch of andesitisch is .

subglaciale uitbarsting

Diagram van een subglaciale uitbarsting .

Uitbarsting onder water

Diagram van een onderwateruitbarsting .

freatische uitbarsting

Diagram van een freatische uitbarsting .

Phreato-magmatische uitbarsting

Limnische uitslag

Dodelijkste huiduitslag

Uitbarsting	Vulkaan	Land	Datum	Aantal doden
Uitbarsting van Samalas in 1257	Samala's	Indonesië	1257	Niet geschat (maar uitroeiing van het koninkrijk Lombok , evenals een deel van de bevolking van de eilanden Bali en Sumbawa , in Europa , verergering van voedseltekorten in zeer dodelijke hongersnoden) [ 19 ] .
Tambora-uitbarsting in 1815	Tambora	Indonesië	1815	92.000 [ 20 ]
Uitbarsting van Krakatau in 1883	Krakatau	Indonesië	1883	36.417 [ 20 ]
Uitbarsting van de Vesuvius in 79	Vesuvius	Italië	79	> 1.500 lichamen geborgen, < 33.000 waarschijnlijke inwoners van de regio
Uitbarsting van Mount Pelee in 1902	Berg Pelee op	Frankrijk ( Martinique )	1902	29.000 [ 20 ]
Uitbarsting Nevado del Ruiz in 1985	Nevado del Ruiz	Colombia	1985	25.000 [ 20 ]
Uitbarsting van de berg Unzen in 1792	Mount Unzen	Japan	1792	15.000
Uitbarsting van Kelud in 1586	Kelud	Indonesië	1586	10.000
Laki-uitbarsting in 1783	Laki	IJsland	1783	9.336 [ 20 ]
Uitbarsting van Santa María in 1902	Santa Maria	Guatemala	1902	6.000 [ 20 ]
Uitbarsting van Kelud in 1919	Kelud	Indonesië	1919	5.115 [ 20 ]

Voorspelling van de impactafstand van tephras en hun snelheid

Tijdens een vulkaanuitbarsting spuwt een vulkaan lava en tephras uit . Om te schatten waar deze projecties zullen vallen, kan men de volgende vergelijkingen gebruiken:

Afstand voorspelling

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

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

met :

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

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

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : modulus van de beginsnelheid;

${\displaystyle \Delta t}$ : tijd ;

${\displaystyle g}$ : versnelling door zwaartekracht  ;

${\displaystyle \theta }$ : hoek van de beginsnelheid met de horizontaal.

Snelheidsvoorspelling

Professor Lionel Wilson, van Lancaster University , gebruikt de gewijzigde stelling van Bernoulli om de uitwerpsnelheid van projecties te berekenen:

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

met :

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

${\displaystyle P_{i}}$- Gas druk

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

${\displaystyle S_{c}}$- Magma-dichtheid

Wilson gebruikt ook een tweede vergelijking die is afgeleid van de stelling van Bernoulli, de pistoolvergelijking, die wordt gebruikt om de snelheid te berekenen van snelle projectielen die door een nauwe opening gaan:

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

met :

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

${\displaystyle m}$- Massa van het projectiel

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

${\displaystyle g}$- Zwaartekrachtversnelling

${\displaystyle A}$- Regio waar druk wordt uitgeoefend

${\displaystyle b}$- Constante van Bernoulli

Aantekeningen en referenties

Zie ook

Bronnen en bibliografie

• (en) Fysica van uitbarstingen op ffden-2.phys.uaf.edu
• Oorsprong van vulkanen op http://ici.radio-canada.ca

Gerelateerde artikelen

• Vulkanische explosiviteitsindex
• Vulkanologische voorspelling
• activiteit van een vulkaan
• Lijsten van vulkaanuitbarstingen

• Vulkanisme Portal
• Portaal voor grote risico's