Vulkanutbrott

För den homonyma artikeln, se Eruption .

Satellitbild av den pileus -beklädda vulkanplymen och brinnande moln av Sarychev i Ryssland under ett Plinian-utbrott .

Ett vulkanutbrott är ett geologiskt fenomen som kännetecknas av utsläpp, från en vulkan , av lava eller tephra som åtföljs av vulkaniska gaser . När ett vulkanutbrott orsakar materiella skador och dödsfall bland den mänskliga arten men även bland andra djur- eller växtarter , vilket är majoriteten av fallen för landvulkaner, utgör detta fenomen på kort eller medellång sikt en naturkatastrof med en lokal eller global påverkan och kan rubba djurs och människors vanor, topografi etc.

Ny forskning visar att vulkanutbrott har en betydande inverkan på det globala klimatet och måste betraktas som väsentliga katalytiska fenomen för att förklara ekologiska förändringar och historiska omvälvningar i mänskliga samhällen ^{[ 1 ]} .

Mekanismer

Det finns tre typer av utbrott genom sin mekanism:

• Magmatiska utbrott orsakas av avgasning av magma under inverkan av dekompression , vilket ger en minskning i densitet , som driver magman uppåt genom effekten av Arkimedes dragkraft .
• Freato-magmatiska utbrott orsakas av plötslig avkylning av magma genom kontakt med vatten, vilket orsakar dess splittring och den explosiva ökningen av vatten-magma-kontaktytan.
• Freatiska utbrott orsakas av förångning av vatten i kontakt med magman, vilket skjuter ut de omgivande materialen, magman förblir på plats.

Vid magmatiska utbrott är den dominerande processen under magmans uppstigning dess avgasning, på grund av att de flyktiga ämnena löses ut genom dekompression (främst vatten, och mer blygsamt den mindre lösliga koldioxiden, varvid mängden flyktiga ämnen kontrolleras av kemin av silikatbadet, dess tryck och dess temperatur). "Denna avgasning ger olika effekter, på silikatvätskans viskositet, på fördelningen mellan flytande och gasformiga faser genom kärnbildning , tillväxt och eventuellt sammansmältning av gasbubblor, på andelen fast fas genom kristallisation av mikroliter ^{[ 2 ]}  ” . Uppstigningshastigheten för bubblorna medflotation är omvänt en funktion av viskositeten hos magman som de kommer att röra sig i och är mycket lägre än magmans uppgång ^{[ 3 ]} . Om magmans uppgång är tillräckligt långsam (i storleksordningen cm/s) tenderar dessa bubblor att växa och sedan sammansmälta (fenomen med vesikulering ) ^{[ 4 ]} , vilket främjar förlusten av flyktiga ämnen mot kanalens omslutande väggar och förhindrar utvecklingen av stora gasformiga övertryck, vilket möjliggör ett utbrott av den utströmmande typen (magman når ytan redan avgasad) ^{[ 5 ]}. Om magmans uppgång är mycket snabb (cirka en m/s), har bubblorna inte den nödvändiga tiden att smälta samman, de flyktiga ämnen förblir fångade i magman och producerar ett tillräckligt övertryck för att orsaka fragmentering av magman vid ursprunget av ett explosivt utbrott ^{[ 6 ]} .

Frekvens och varaktighet

Varaktigheten av utbrotten är mycket varierande ^{[ 7 ]}  : vissa varar några timmar, såsom utbrottet av Vesuvius år 79  ; av de cirka 1 500 aktiva vulkanerna på jorden överstiger inte lite mer än hälften av utbrotten två månaders aktivitet och lite mer än hundra varar i mer än ett år. Enligt studier finns det 1,5 miljoner undervattensvulkaner som ansvarar för 75 % av volymen lava som släpps ut varje år av alla vulkaner ^{[ 8 ]} .

Det är vanligtvis 50 till 70 paroxysmala terrestra utbrott per år, som varar i genomsnitt 15 dagar. Puʻu ʻŌʻō , en av Kilaueas mynningar på Hawaii , bröt ut från3 januari 1983till30 april 2018eller i 35 år ^{[ 9 ]} .

Följande tabell visar de olika varaktighetsfördelningarna ^{[ 10 ]}  :

Typer av vulkanutbrott

Flera kategoriseringar av utbrott har föreslagits över tiden. År 1805 särskiljde George Poulett Scrope permanenta, mellanliggande och paroxysmala utbrott. År 1891 ^{[ 11 ]} , James Dwight Dana , baserat på studier av vulkaner på Hawaii för att skilja mellan explosiva , mellanliggande och lugna utbrott ^{[ 12 ]} . Under impulsen av studier av italienska vulkaner av Giuseppe Mercalli 1907 och studien av utbrottet av Mount Pelée av Alfred Lacroix 1908, utvecklades en mer komplex klassificering, baserad på vulkanernas geometri (formen på vulkankonen).), deras beteende (explosivt eller lugnt) och de produkter de avger ( eldiga moln , lavaflöden , block , lavafontäner ), vilket leder till en klassificering i fyra typer, Hawaiian, Strombolian, Plinian/Vulcanian, Pelean, senare berikad av Isländsk typ och det solfatariska stadiet ^{[ 13 ]} . Denna klassificering används fortfarande i skolböcker även om den är resultatet av en felaktig tolkning av typerna av vulkaniska explosioner ^{[ 14 ]} .

Denna kategorisering har utvecklats till flera samtida klassificeringar, till exempel följande:

Dessa valörer från namn på vulkaner eller regioner bör inte leda till att tro att dessa vulkaner systematiskt har utbrott av motsvarande typ, inte heller det faktum att en vulkan kännetecknas av en enda typ av utbrott. De översätter helt enkelt det faktum att beskrivningen av modellen gjordes från ett utbrott av denna vulkan eller denna region. I verkligheten inducerar de omvandlingar som magman genomgår i magmakammaren en utveckling av utbrotten både under vulkanens liv och under en utbrottscykel . Kylningen av magman vid kammarens tak orsakar fraktionerad kristallisering av vätskefasen, de första kristallerna som bildas är grundläggande mineraler, tyngre, som lägger sig i botten av kammaren och lämnar en kiseldioxidberikad magma i toppen , som kallas magma differentiering . Sålunda kan början av ett utbrott, särskilt om det föregående är gammalt, kännetecknas av en mer trögflytande lava och en mer explosiv typ än den efterföljande. Dessutom, under långa perioder, tenderar magman att delvis lösa upp de omgivande stenarna. För kontinentala vulkaner är det i allmänhet felsiska mineraler från jordskorpan som också kommer att berika magman med kiseldioxid. I det här fallet, ju äldre vulkanen är, desto mer blir dess lava trögflytande och dess explosiva utbrott. Det finns undantag: om magmakammaren är i kalkhaltiga sediment, som i fallet medVesuvius , magman kommer att bli mer och mer grundläggande och utbrotten mindre och mindre explosiva.

Effusiva utbrott

Effusiva utbrott kännetecknas av utsläpp av en magma som är relativt fattig på löst gas , som sprider sig genom att bilda lavaflöden ofta av stor omfattning. Dessa utbrott är relativt tysta, utan stora explosioner. Den enda faran med dessa utbrott är lavaflödenas frammarsch (upp till flera tiotals km/h ): de ekonomiska skadorna kan vara avsevärda, men befolkningen hinner i allmänhet evakuera sina hem genom att ta några saker .

Den emitterade magman är mycket allmänt basaltisk , låg i kiseldioxid (SiO ₂) och därför mycket flytande, och lösta gaser försvinner lätt. Det finns också lavaflöden med en sammansättning som är rikare på kiseldioxid, och till och med obsidianflöden .

Vulkaner vars utbrott är vanligt översvallande är de vid mid-ocean åsar och hotspots (som de i Hawaii , Piton de la Fournaise och Etna ).

Hawaiiutslag

Diagram över ett Hawaiiutbrott .

Hawaiiutbrottet kännetecknas av mycket flytande, basalt- och kiselfattig lava , vilket gör att den kan strömma längs vulkanens flanker ibland över tiotals kilometer . Avgasningen av lavan är mycket enkel och dess utstötning kan ske antingen i form av flera hundra meter höga lavafontäner och med ett regelbundet flöde, eller i form av en mer eller mindre tillfällig lavasjö krater .

Inte särskilt farligt, dessa utbrott kan ändå orsaka betydande skada när mänsklig infrastruktur påverkas av lavaflöden . Den mänskliga risken är å andra sidan nästan noll eftersom det inte finns någon risk för explosion och lavan tillåter tid att evakuera.

Vulkaner med utbrott i Hawaii-stil är Mauna Kea , Mauna Loa , Piton de la Fournaise , Nyiragongo , Erta Ale ,  etc.

Volcanic Explosiveness Index för denna typ av utbrott sträcker sig från 0 till 1.

Strombolian utbrott

Diagram över ett Strombolian-utbrott .

En stil som är mellanliggande mellan de hawaiiska och vulkaniska typerna , den Stromboliska typen avger måttligt flytande lavor som flöden och tefrar som vulkanbomber , slagg ,  etc. projiceras av frekventa explosioner. Ett askmoln kan resa sig några hundra meter högt. Farligheten beror på närheten till mänskliga bosättningar.

Vulkaner med utbrott av Stromboli-typ är Stromboli eller Etna även om de senare ibland kan ha vulkanutbrott.

Vulkanexplosivitetsindexet för denna typ av utbrott varierar från 1 till 2.

Explosiva utbrott

Explosiva utbrott avger andesitisk lava , rik på kiseldioxid och därför mycket trögflytande och släpper ut sina vulkaniska gaser med svårighet. Dessa utbrott bildar inte lavaflöden utan åtföljs istället av explosioner som producerar stora mängder aska som ger upphov till eldiga moln och vulkaniska plymer . Cirka 80 % av vulkanutbrotten äger rum på denna typ av vulkaner ^{[ 16 ]}. Mycket farliga eftersom de är oförutsägbara, dessa typer av utbrott ger ibland inte tid att evakuera de befolkningar som hotas av de brinnande gaserna och askan. De mest representativa vulkanerna är de "  grå vulkanerna  " i "  Stillahavsringen av eld  " som Pinatubo , Krakatoa , Mayon eller till och med Merapi .

Vulkanutbrott

Diagram över ett vulkanutbrott .

Lavorna flyter svårare i den vulkaniska typen eftersom de är rikare på kiseldioxid och deras avgasning är mindre lätt. Fontäner och lavaprojektioner ger upphov till flöden som går ner längs vulkanen och kan nå byggnader nedanför.

Den mänskliga risken är högre eftersom projektioner av pimpsten , aska och bomber kan uppstå och stiga flera kilometer i höjd. Typutbrottet är Vulcanos sista utbrott mellan 1888 och 1890 .

Volcanic Explosiveness Index för denna typ av utbrott varierar från 2 till 5.

Pelean utbrott

Diagram över ett Pelean-utbrott .

I den här typen av utbrott flödar den pastiga lavan knappt och tenderar att bilda en lavakupol . Detta, under trycket från magman , kan sönderfalla eller explodera och producera eldiga moln och vulkaniska plymer . Mycket dödligt på grund av utbrottets instabila karaktär och de brinnande molnens hastighet, är det typiska utbrottet det från Mount Pelée som orsakade 28 000 dödsfall 1902 på Martinique .

Vulkaner som har Pelean-utbrott är Mount Pelée , Soufrière de Montserrat , Soufrière de la Guadeloupe , etc.

Volcanic Explosivity Index för denna typ av utbrott sträcker sig från 1 till 8.

Plinian utbrott

Diagram över ett Plinian-utbrott .

I denna typ av utbrott är lavan extremt degig eftersom den är mycket rik på kiseldioxid . Eftersom de vulkaniska gaserna inte kan släppas ut, ökar trycket i magmakammaren och producerar explosioner som pulvriserar lavan och ibland vulkanen genom att projicera ut aska tiotals kilometer högt och på så sätt når stratosfären . Vulkanplymen faller vanligtvis under sin egen tyngd och ödelägger vulkanens sidor i mils omkrets. Förekomsten av grundvattenpå lavans väg ökar explosionsrisken och farligheten hos dessa vulkaner, vars första beskrivning var Vesuvius år 79 av Plinius den yngre och som förstörde Pompeji .

Vulkaner med Plinian-utbrott är majoriteten av de som bildar "  Stillahavsringen av eld  " som Merapi , Krakatoa , Pinatubo , Mount Saint Helens eller Mount Augustine .

Volcanic Explosiveness Index för denna typ av utbrott sträcker sig från 3 till 8.

Utslag i närvaro av vatten

Surtseyska utbrott

Diagram över ett Surtseyska utbrott .

Surtsey- utbrott är utbrott som involverar stora mängder vatten . De är vanligtvis undervattens- eller sublakustrina utbrott nära ytan, vanligtvis mindre än hundra meter djupa, eller subglaciala när magmans värme lyckas smälta stora mängder is ^{[ 17 ]} .

Ubåtar eller sub-lakustrina vulkaner som lyckas nå ytan dyker upp ur vattnet för att bilda en ö under ett Surtseyan-utbrott. Ön Surtsey , som gav sitt namn åt den här typen av utbrott, föddes så här 1963 .

Under ett Surtseyan-utbrott ligger vulkanens yta några meter eller några tiotals meter under vattenytan. Vattentrycket är då inte längre tillräckligt för att förhindra att lavan exploderar vid kontakt. "Cypressoida" explosioner, formade som cypresser , inträffar sedan, blandar kyld lava och tefra , flytande vatten och vattenånga . När ön väl har kommit fram förlängs utbrottet på klassiskt sätt beroende på typ av magma ^{[ 18 ]} .

Om utbrottet är subglacialt måste smältvatten fångas ovanför vulkanen för att orsaka ett Surtseyanskt utbrott. Nevado del Ruiz orsakade inte ett Surtseyan-utbrott när det bröt ut 1985 eftersom vatten från den smältande isen på toppen av vulkanen rullade ner för vulkanens sluttningar och bildade lahars som förstörde staden Armero . Å andra sidan förvandlades utbrottet av Grímsvötn 1996 under Vatnajökull till ett Surtseyanskt utbrott på grund av istäckets smältvattenbildade en sjö ovanför vulkanen. När magman kom upp till ytan bröt cypressoida projektioner genom isen och sjön tömdes som ett jökulhlaup .

Det vulkaniska explosivitetsindexet för denna typ av utbrott sträcker sig från 2 till 5 men det beror mycket på typen av magma, om den är basaltisk eller andesitisk .

subglacialt utbrott

Diagram över ett subglacialt utbrott .

Undervattensutblåsning

Diagram över ett undervattensutbrott .

freatisk utbrott

Diagram över ett freatiskt utbrott .

Phreato-magmatiskt utbrott

Limniska utslag

Dödligaste utslagen

Utbrott	Vulkan	Land	Datum	Antal döda
Samalas utbrott 1257	Samalas	Indonesien	1257	Ej uppskattad (men utrotning av kungariket Lombok , såväl som en del av befolkningen på öarna Bali och Sumbawa , i Europa , förvärring av matbrist till mycket dödlig hungersnöd) [ 19 ] .
Tambora-utbrottet 1815	Tambora	Indonesien	1815	92 000 [ 20 ]
Krakatoas utbrott 1883	Krakatoa	Indonesien	1883	36 417 [ 20 ]
Vesuvius utbrott 79	Vesuvius	Italien	79	> 1 500 kroppar återfanns, < 33 000 troliga invånare i regionen
Utbrottet av Mount Pelee 1902	Mount Pelee	Frankrike ( Martinique )	1902	29 000 [ 20 ]
Utbrottet av Nevado del Ruiz 1985	Nevado del Ruiz	Colombia	1985	25 000 [ 20 ]
Utbrottet av berget Unzen 1792	Mount Unzen	Japan	1792	15 000
Keluds utbrott 1586	Kelud	Indonesien	1586	10 000
Laki utbrott 1783	Laki	Island	1783	9 336 [ 20 ]
Santa Marías utbrott 1902	Santa Maria	Guatemala	1902	6 000 [ 20 ]
Keluds utbrott 1919	Kelud	Indonesien	1919	5 115 [ 20 ]

Förutsägelse av islagsavståndet för tefrar och deras hastighet

Under ett vulkanutbrott spyr en vulkan ut lava och tefrar . För att uppskatta var dessa prognoser kommer att falla kan man använda följande ekvationer:

Avståndsförutsägelse

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

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

med:

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }}$ : horisontellt avstånd;

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }}$ : vertikalt avstånd;

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : modul för den initiala hastigheten;

${\displaystyle \Delta t}$ : tid ;

${\displaystyle g}$ : acceleration på grund av gravitation  ;

${\displaystyle \theta }$ : vinkeln för den initiala hastigheten med horisontalen.

Hastighetsprognos

Professor Lionel Wilson, vid Lancaster University , använder Bernoullis modifierade sats för att beräkna utstötningshastigheten för projektioner:

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

med:

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

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

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

${\displaystyle S_{c}}$- Magmatäthet

Wilson använder också en andra ekvation härledd från Bernoullis sats, pistolekvationen, som används för att beräkna hastigheten för snabba projektiler som passerar genom en smal öppning:

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

med:

${\displaystyle P_{i}}$- Inledande tryck

${\displaystyle m}$- Projektilens massa

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

${\displaystyle g}$- Gravitationsacceleration

${\displaystyle A}$- Område där tryck appliceras

${\displaystyle b}$- Bernoulli konstant

Anteckningar och referenser

Se också

Källor och bibliografi

• (en) Physics of Eruptions på ffden-2.phys.uaf.edu
• Vulkanernas ursprung på http://ici.radio-canada.ca

Relaterade artiklar

• Volcanic Explosivity Index
• Vulkanologisk prognos
• aktiviteten hos en vulkan
• Listor över vulkanutbrott

• Vulkanismens portal
• Portalen för stora risker