Vulkanutbrudd

For den homonyme artikkelen, se Eruption .

Satellittbilde av den pileus -dekkede vulkanskylen og brennende skyer av Sarychev i Russland under et Plinian-utbrudd .

Et vulkanutbrudd er et geologisk fenomen preget av utslipp, fra en vulkan , av lava eller tefra ledsaget av vulkanske gasser . Når et vulkanutbrudd forårsaker materiell skade og død blant menneskearten, men også blant andre dyre- eller plantearter , som er flertallet av tilfellene for terrestriske vulkaner, utgjør dette fenomenet på kort eller mellomlang sikt en naturkatastrofe som har en lokal eller global innvirkning og i stand til å forstyrre dyrs og menneskers vaner, topografi osv.

Nyere forskning viser at vulkanutbrudd har en betydelig innvirkning på det globale klimaet og må betraktes som essensielle katalytiske fenomener for å forklare økologiske endringer og historiske omveltninger i menneskelige samfunn ^{[ 1 ]} .

Mekanismer

Det er tre typer utbrudd etter deres mekanisme:

• Magmatiske utbrudd er forårsaket av avgassing av magma under påvirkning av dekompresjon , som gir et fall i tetthet , som driver magmaen oppover ved effekten av Arkimedes' skyvekraft .
• Freato-magmatiske utbrudd er forårsaket av plutselig avkjøling av magma ved kontakt med vann, noe som forårsaker spaltning og den eksplosive økningen i vann-magma-kontaktflaten.
• Freatiske utbrudd er forårsaket av fordampning av vann i kontakt med magma, som sender ut de omkringliggende materialene, magmaen forblir på plass.

I magmatiske utbrudd er den dominerende prosessen under oppstigningen av magma dens avgassing, på grunn av utløsning av de flyktige stoffene ved dekompresjon (hovedsakelig vann, og mer beskjedent, det mindre løselige karbondioksidet, hvor mengden flyktige stoffer kontrolleres av kjemien til silikatbadet, dets trykk og temperatur). "Denne avgassingen gir forskjellige effekter, på viskositeten til silikatvæsken, på fordeling mellom væske- og gassfaser ved kjernedannelse , vekst og muligens koalescens av gassbobler, på andelen av fast fase ved krystallisering av mikrolitter ^{[ 2 ]}  ” . Oppstigningshastigheten til boblene medflotasjon er omvendt en funksjon av viskositeten til magmaet de vil bevege seg i og er mye lavere enn magmaets stigning ^{[ 3 ]} . Hvis stigningen av magma er tilstrekkelig langsom (i størrelsesorden cm/s), har disse boblene en tendens til å vokse, for så å smelte sammen ( vesikulasjonsfenomen ) ^{[ 4 ]} , noe som fremmer tap av flyktige stoffer mot de omsluttende veggene i kanalen og forhindrer utvikling av store gassformige overtrykk, og tillater et utbrudd av den effusive typen (magmaen når overflaten som allerede er avgasset) ^{[ 5 ]}. Hvis stigningen av magma er veldig rask (omtrent én m/s), har ikke boblene den nødvendige tiden til å smelte sammen, de flyktige stoffene forblir fanget i magmaen og produserer et tilstrekkelig overtrykk til å forårsake fragmentering av magmaet ved opprinnelsen av et eksplosivt utbrudd ^{[ 6 ]} .

Frekvens og varighet

Varigheten av utbruddene er svært varierende ^{[ 7 ]}  : noen varer noen timer, slik som Vesuvs utbrudd i 79  ; av de rundt 1500 aktive vulkanene på jorden overskrider ikke litt mer enn halvparten av utbruddene to måneders aktivitet og litt mer enn hundre varer i mer enn et år. Ifølge studier er det 1,5 millioner undersjøiske vulkaner som er ansvarlige for 75 % av volumet av lava som slippes ut hvert år av alle vulkanene ^{[ 8 ]} .

Det er vanligvis 50 til 70 paroksysmale terrestriske utbrudd per år, som varer i gjennomsnitt 15 dager. Puʻu ʻŌʻō , en av munningene til Kilauea på Hawaii , brøt ut fra3. januar 1983til30. april 2018, eller i 35 år ^{[ 9 ]} .

Følgende tabell viser de forskjellige varighetsfordelingene ^{[ 10 ]}  :

Typer av vulkanutbrudd

Flere kategoriseringer av utbrudd har blitt foreslått over tid. I 1805 skilte George Poulett Scrope permanente, mellomliggende og paroksysmale utbrudd. I 1891 ^{[ 11 ]} , James Dwight Dana , basert på studier av Hawaii-vulkaner for å skille mellom eksplosive, mellomliggende og rolige utbrudd ^{[ 12 ]} . Under impulsen av studier av italienske vulkaner av Giuseppe Mercalli i 1907 og studiet av utbruddet av Mount Pelée av Alfred Lacroix i 1908, ble det utviklet en mer kompleks klassifisering, basert på vulkanenes geometri (formen på vulkankjeglen ).), deres oppførsel (eksplosiv eller rolig) og produktene de avgir ( ildskyer , lavastrømmer , blokker , lavafontener ), noe som fører til en klassifisering i fire typer, Hawaiian, Strombolian, Plinian/Vulcanian, Pelean, senere beriket av Islandsk type og det solfatariske stadiet ^{[ 13 ]} . Denne klassifiseringen forblir brukt i skolebøkene, selv om den er et resultat av en feiltolkning av typene vulkanske eksplosjoner ^{[ 14 ]} .

Denne kategoriseringen har utviklet seg til flere moderne klassifikasjoner, for eksempel følgende:

Disse valørene fra navn på vulkaner eller regioner bør ikke føre til å tro at disse vulkanene systematisk har utbrudd av tilsvarende type, og heller ikke det faktum at en vulkan er preget av en enkelt type utbrudd. De oversetter ganske enkelt det faktum at beskrivelsen av modellen ble laget fra et utbrudd av denne vulkanen eller denne regionen. I virkeligheten induserer transformasjonene som magmaet gjennomgår i magmakammeret en utvikling av utbruddene både i løpet av vulkanens levetid og under en utbruddssyklus . Avkjølingen av magma ved taket av kammeret forårsaker fraksjonert krystallisering av væskefasen, de første krystallene som dannes er grunnleggende mineraler, tyngre, som legger seg i bunnen av kammeret og etterlater en silika -anriket magma på toppen , som kalles magmadifferensiering . Dermed kan begynnelsen av et utbrudd, spesielt hvis det forrige er gammelt, være preget av en mer tyktflytende lava og en mer eksplosiv type enn den følgende. Dessuten har magmaen over lange perioder en tendens til delvis å løse opp de omkringliggende bergartene. For kontinentale vulkaner er det generelt felsiske mineraler fra jordskorpen som også vil berike magmaen med silika. I dette tilfellet, jo eldre vulkanen er, desto mer vil lavaen være tyktflytende og dens eksplosive utbrudd. Det finnes unntak: hvis magmakammeret er i kalkholdige sedimenter, som i tilfelle avVesuv vil magmaen bli mer og mer grunnleggende og utbruddene mindre og mindre eksplosive.

Effusive utbrudd

Effusive utbrudd er preget av utslipp av en magma som er relativt fattig på oppløst gass , som spres ved å danne lavastrømmer ofte av stor grad. Disse utbruddene er relativt stille, uten store eksplosjoner. Den eneste faren ved disse utbruddene er lavastrømmenes fremmarsj (opp til flere titalls km/t ): de økonomiske skadene kan være betydelige, men befolkningen har generelt tid til å evakuere hjemmene sine ved å ta noen få ting.

Den utsendte magmaen er veldig generelt basaltisk , lav i silika (SiO ₂) og derfor svært flytende, og oppløste gasser slipper lett ut. Det er også lavastrømmer med en sammensetning som er rikere på silika, og til og med obsidianstrømmer .

Vulkaner hvis utbrudd vanligvis er kraftige er de ved midthavsrygger og hotspots (som de på Hawaii , Piton de la Fournaise og Etna ).

Hawaiisk utslett

Diagram av et hawaiisk utbrudd .

Hawaii-utbruddet er preget av svært flytende, basaltisk og silikafattig lava , som lar den strømme langs flankene til vulkanen noen ganger over titalls kilometer. Avgassingen av lavaen er veldig enkel, og dens utstøting kan gjøres enten i form av flere hundre meter høye lavafontener og med jevn strøm, eller i form av en mer eller mindre midlertidig lavasjø som krater .

Ikke særlig farlig, disse utbruddene kan likevel forårsake betydelig skade når menneskelig infrastruktur påvirkes av lavastrømmer . Den menneskelige risikoen er på den annen side nesten null fordi det ikke er noen eksplosjonsfare og lavaen gir tid til å evakuere.

Vulkaner med utbrudd i hawaiisk stil er Mauna Kea , Mauna Loa , Piton de la Fournaise , Nyiragongo , Erta Ale ,  etc.

Volcanic Explosiveness Index for denne typen utbrudd varierer fra 0 til 1.

Strombolisk utbrudd

Diagram av et Strombolian-utbrudd .

En stil mellom Hawaii- og Vulcanian -typene , den Strombolian-typen avgir moderat flytende lavaer som strømmer og tefraer som vulkanske bomber , slagger ,  etc. projisert av hyppige eksplosjoner. En askesky kan stige noen hundre meter høyt. Farligheten avhenger av nærheten til menneskelige bosetninger.

Vulkaner med utbrudd av typen Stromboli er Stromboli eller Etna , selv om sistnevnte noen ganger kan ha vulkanutbrudd.

Den vulkanske eksplosivitetsindeksen for denne typen utbrudd varierer fra 1 til 2.

Eksplosive utbrudd

Eksplosive utbrudd avgir andesitisk lava , rik på silika og derfor veldig tyktflytende og frigjør sine vulkanske gasser med vanskeligheter. Disse utbruddene danner ikke lavastrømmer , men er i stedet ledsaget av eksplosjoner som produserer store mengder aske som gir opphav til flammende skyer og vulkanske skyer . Omtrent 80 % av vulkanutbruddene finner sted på denne typen vulkaner ^{[ 16 ]}. Svært farlig fordi de er uforutsigbare, disse typene utbrudd gir noen ganger ikke tid til å evakuere befolkningen som er truet av de brennende gassene og askene. De mest representative vulkanene er de "  grå vulkanene  " i "  Stillehavsringen av ild  " som Pinatubo , Krakatoa , Mayon eller til og med Merapi .

Vulkanutbrudd

Diagram av et vulkanutbrudd .

Lavaene flyter vanskeligere i den vulkanske typen fordi de er rikere på silika og avgassingen deres er mindre lett. Fontener og lavafremspring gir opphav til strømmer som går ned langs vulkanen og kan nå bygninger nedenfor.

Den menneskelige risikoen er høyere fordi fremspring av pimpstein , aske og bomber kan oppstå og stige flere kilometer i høyden. Typeutbruddet er det siste utbruddet av Vulcano mellom 1888 og 1890 .

Volcanic Explosiveness Index for denne typen utbrudd varierer fra 2 til 5.

Pelean utbrudd

Diagram av et Pelean-utbrudd .

I denne typen utbrudd flyter den deigaktige lavaen knapt og har en tendens til å danne en lavakuppel . Dette, under trykket fra magmaen , kan gå i oppløsning eller eksplodere, og produsere flammende skyer og vulkanske skyer . Svært dødelig på grunn av utbruddets ustabile natur og hastigheten til de brennende skyene, er det typiske utbruddet fra Mount Pelée som forårsaket 28 000 dødsfall i 1902 på Martinique .

Vulkaner som har Pelean-utbrudd er Mount Pelée , Soufrière de Montserrat , Soufrière de la Guadeloupe , etc.

Volcanic Explosivity Index for denne typen utbrudd varierer fra 1 til 8.

Plinian utbrudd

Diagram av et Plinian-utbrudd .

I denne typen utbrudd er lavaen ekstremt deigaktig fordi den er veldig rik på silika . Ettersom de vulkanske gassene ikke kan frigjøres, øker trykket i magmakammeret og produserer eksplosjoner som pulveriserer lavaen og noen ganger vulkanen ved å projisere ut aske titalls kilometer høyt, og dermed når stratosfæren . Den vulkanske skyen faller vanligvis under sin egen vekt og ødelegger sidene av vulkanen i miles rundt. Tilstedeværelsen av grunnvannpå banen til lavaen øker eksplosivrisikoen og farligheten til disse vulkanene, den første beskrivelsen av dem var Vesuv i 79 av Plinius den yngre og som ødela Pompeii .

Vulkaner med Plinian-utbrudd er flertallet av de som danner "  Pacific Ring of Fire  " som Merapi , Krakatoa , Pinatubo , Mount Saint Helens eller Mount Augustine .

Volcanic Explosiveness Index for denne typen utbrudd varierer fra 3 til 8.

Utslett i nærvær av vann

Surtseyan-utbruddet

Diagram av et Surtsey-utbrudd .

Surtsey- utbrudd er utbrudd som involverer store mengder vann . De er vanligvis undersjøiske eller sublakustrine utbrudd nær overflaten, vanligvis mindre enn hundre meter dype, eller subglasiale når varmen fra magmaen klarer å smelte store mengder is ^{[ 17 ]} .

Ubåter eller sub-lakustrine vulkaner som klarer å nå overflaten dukker opp fra vannet for å danne en øy under et Surtsey-utbrudd. Øya Surtsey , som ga navn til denne typen utbrudd, ble født slik i 1963 .

Under et Surtsey-utbrudd er overflaten av vulkanen noen få meter eller noen titalls meter under vannoverflaten. Vanntrykket er da ikke lenger tilstrekkelig til å forhindre at lavaen eksploderer ved kontakt. "Sypressoide" eksplosjoner, formet som sypresser , oppstår deretter, og blander avkjølt lava og tefra , flytende vann og vanndamp . Når øya har dukket opp, forlenges utbruddet på en klassisk måte avhengig av type magma ^{[ 18 ]} .

Hvis utbruddet er subglacialt, må smeltevann fanges over vulkanen for å forårsake et Surtsey-utbrudd. Nevado del Ruiz forårsaket ikke et Surtseyan-utbrudd da det brøt ut i 1985 fordi vann fra den smeltende isen på toppen av vulkanen rullet nedover skråningene til vulkanen og dannet lahars som ødela byen Armero . På den annen side ble utbruddet av Grímsvötn i 1996 under Vatnajökull til et surtseyansk utbrudd fordi smeltevannet i iskappendannet en innsjø over vulkanen. Da magmaen kom til overflaten, brøt sypressoide fremspring gjennom isen og innsjøen tømte seg som en jökulhlaup .

Den vulkanske eksplosivitetsindeksen for denne typen utbrudd varierer fra 2 til 5, men den avhenger i stor grad av typen magma, enten den er basaltisk eller andesitisk .

subglasialt utbrudd

Diagram av et subglasialt utbrudd .

Utblåsning under vann

Diagram av et undervannsutbrudd .

phreatisk utbrudd

Diagram av et freatisk utbrudd .

Phreato-magmatisk utbrudd

Limnisk utslett

Dødeligste utslett

Utbrudd	Vulkan	Land	Dato	Antall døde
Utbruddet av Samalas i 1257	Samalas	Indonesia	1257	Ikke estimert (men utryddelse av kongeriket Lombok , så vel som en del av befolkningen på øyene Bali og Sumbawa , i Europa , forverring av matmangel til svært dødelig hungersnød) [ 19 ] .
Tambora-utbruddet i 1815	Tambora	Indonesia	1815	92 000 [ 20 ]
Krakatoas utbrudd i 1883	Krakatoa	Indonesia	1883	36 417 [ 20 ]
Vesuvs utbrudd i 79	Vesuv	Italia	79	> 1 500 lik gjenfunnet, < 33 000 sannsynlige innbyggere i regionen
Utbruddet av Mount Pelee i 1902	Mount Pelee	Frankrike ( Martinique )	1902	29 000 [ 20 ]
Utbruddet av Nevado del Ruiz i 1985	Nevado del Ruiz	Colombia	1985	25 000 [ 20 ]
Utbrudd av Mount Unzen i 1792	Mount Unzen	Japan	1792	15 000
Kelud-utbruddet i 1586	Kelud	Indonesia	1586	10 000
Laki-utbruddet i 1783	Laki	Island	1783	9 336 [ 20 ]
Santa Marías utbrudd i 1902	Jomfru Maria	Guatemala	1902	6000 [ 20 ]
Kelud-utbruddet i 1919	Kelud	Indonesia	1919	5 115 [ 20 ]

Forutsigelse av støtavstanden til tefraer og deres hastighet

Under et vulkanutbrudd spyr en vulkan ut lava og tefras . For å estimere hvor disse anslagene vil falle, kan man bruke følgende ligninger:

Avstandsprediksjon

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

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

med:

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }}$ : horisontal avstand;

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }}$ : vertikal avstand;

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : modul for starthastigheten;

${\displaystyle \Delta t}$ : tid ;

${\displaystyle g}$ : akselerasjon på grunn av tyngdekraften  ;

${\displaystyle \theta }$ : vinkelen til starthastigheten med horisontalen.

Hastighetsprognose

Professor Lionel Wilson, ved Lancaster University , bruker Bernoullis modifiserte teorem for å beregne utkastingshastigheten til projeksjoner:

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

med:

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

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

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

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

Wilson bruker også en andre ligning hentet fra Bernoullis teorem, pistolligningen, som brukes til å beregne hastigheten til raske prosjektiler som passerer gjennom en smal åpning:

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

med:

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

${\displaystyle m}$- Masse av prosjektilet

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

${\displaystyle g}$- Gravitasjonsakselerasjon

${\displaystyle A}$- Region hvor det påføres press

${\displaystyle b}$- Bernoulli konstant

Notater og referanser

Se også

Kilder og litteraturliste

• (no) Physics of Eruptions at ffden-2.phys.uaf.edu
• Vulkanenes opprinnelse på http://ici.radio-canada.ca

Relaterte artikler

• Vulkanisk eksplosivitetsindeks
• Vulkanologisk prognose
• aktiviteten til en vulkan
• Lister over vulkanutbrudd

• Vulkanismeportal
• Store risikoportal