Vulkanologi
Börje Dahrén, Doktorand i berggrundsgeologi, [email protected]
Föreläsningens innehåll
•
•
•
•
•
•
•
Magma, lava, vulkaniska bergarter
Vulkaniska miljöer. Var finns vulkaner?
Typer av vulkaner
Typer av vulkanutbrott
Vulkanutbrott – följder och risker
Övervakning och riskförebyggande arbete
Vulkaner och klimatet
Magma, lava, vulkaniska bergarter
Magma kan bildas av TRE saker:
• Värme.
• Sänkt tryck.
• Tillskott av volatiler (H2O)
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Vad är en magma?
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Vad är en magma?
– Smält berg,
bestående av:
Si, O, Al, Fe, Mg, Ca,
Na, K…
– Löst gas:
H2O, CO2, SO2, S, H2S
Cl, F…
– Utfällda kristaller
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Vad är en magma?
• En magma är
instabil blanding.
– Olika smältpunkt
– Olika densitet
– Olika viskositet
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Vad är en magma?
– Partiell smälta
– Differentiering
– Kontaminering
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Partiell smälta
– Förutsätter en heterogen, fast fas
– En fast fas delas upp i flytande + fast fas
– En del av manteln smälter upp och separeras
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Partiell smälta – En modell!
Magma, lava, vulkaniska bergarter
Uppsmältning
Fast bergart
Magma
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Differentiering
– Liknar partiell smältning
– En heterogen, flytande fas delas upp i fast +
flytande
Magma, lava, vulkaniska bergarter
Magma
Differentierad Magma
Fast Bergart
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Partiell smälta
• Differentiering
– Uppsmältning av fast
bergart – (manteln)
– Resulterar i en magma
– Avkylning av en magma
– Delar av magman fryser
och bildar bergart
– Fast flytande + fast
– Flytande fast + flytande
– Från mafisk bergart till
felsiskt magma + ännu
mer mafisk bergart
– Från mafiskt magma till
mer felsisk magma +
mafisk bergart
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Partiell smälta
• Differentiering
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Vad är en lava?
– Magman efter
utbrott på jordytan
– Namn på både den
heta, flytande lavan,
och den bergart
som bildas
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Vad är en Vulkanisk bergart?
Magmatiska bergarter
Vulkaniska bergarter
Ex: basalt
Plutoniska bergarter
Ex: granit
Magma, lava, vulkaniska bergarter
• Vad är en Vulkanisk bergart?
Magmatiska bergarter
Vulkaniska bergarter
Ex: basalt
Plutoniska bergarter
Ex: granit
Magma, lava, vulkaniska bergarter
•
Låg SiO2 mörk,
tung, lättflytande
mafisk
magma/bergart
• Hög SiO2 ljus, lätt,
trögflytande felsisk
magma/bergart
Magma, lava, vulkaniska bergarter
Bowens reaktionsserie
SiO2:
45%
52%
63%
75%
Magma, lava, vulkaniska bergarter
Mineralogisk klassificering
- fördelning av mörka och ljusa mineral Felsiska
Fel -> feldspar, Si -> silica
Fältspat o kvarts är
ljusa mineral
Mafiska
Ma -> magnesium
F -> ferrum
Fe o Mg-rika mineral
är mörka
Magma, lava, vulkaniska bergarter
Viskositet
– SiO2-rik = viskös
• Volatilinnehåll (H2O N2
SO2 CO2 Cl2 H2)
– Lågt volatil-innehåll =
viskös
• Temperatur
– låg temperatur = viskös
η=Pa.s
• Sammansättning
Magma, lava, vulkaniska bergarter
Vulkaniska miljöer
• Var finns vulkanerna, och varför?
Vulkaniska miljöer
Vulkaniska miljöer
Vulkaniska miljöer
Plattektonik,
repetition
Tre typer av plattgränser
●
- Konvergenta
(subduktionszon, destruktiva)
- Divergenta
(spridningsrygg, konstruktiva)
- Transforma (konservativa)
Vulkaniska miljöer
Plattektonik,
repetition
Tre typer av plattgränser
●
- Konvergenta (destruktiv,
subduktionszon och/eller
bergskedjeveckning)
- Divergenta (konstruktiv,
spridningsrygg
- Transforma (konservativa)
Vulkaniska miljöer
Plattektonik,
repetition
ca. 70% av jordens
vulkanism sker längs
divergenta plattgränser
●
Även längs konvergenta
plattgränserna
●
En del vulkaner
återfinns inom plattorna
●
Vulkaniska miljöer
• ~70-90% av alla vulkaner finns på
havsbottnen där två plattor glider ifrån
varandra.
• Mittatlantryggen, Island.
• Subduktionszoner. Två plattor kolliderar
i en konvergent plattgräns.
• Indonesien, Anderna, Japan
• Vulkanism sker dessutom vid “Hot Spots”, utan
anknytning till plattorna.
• Hawaii, Kanarieöarna
Vulkaniska miljöer
Oceanisk platta
Oceanisk platta
Vulkaniska miljöer
Magmabildning subduktionszoner
●
Den sjunkande plattan tar med sig vatten
Med ökat tryck och temperatur frigörs
vattnet och stiger uppåt
●
Vattnet sänker smältpunkten i manteln!
Partiell uppsmältning
●
Vulkaniska miljöer
Oceanisk platta
Oceanisk platta
Vulkaniska miljöer
Oceanisk platta
Kontinental platta
Vulkaniska miljöer
Kontinental platta
Kontinental platta
Vulkaniska miljöer
• Även vulkaner utan direkt anknytning till plattgränser:
Hot spots.
Vulkaniska miljöer
Termal anomali!
●
En del av manteln är
varmare än omgivningen
stiger uppåt
●
Ger Partiell smälta
närmare ytan
●
Varm och lättflytande lava
●
●
“Ofarliga” utrott
Hetfläckar - “Hot spots”
Typer av vulkaner
•
•
•
•
•
•
Stora eller små
Branta eller flacka
Farliga eller ”ofarliga”
Koncentrerade eller utspridda
Explosiva eller effusiva
Långlivade eller engångsföreteelser
Typer av vulkaner
Stratovulkaner
• Spetsiga vulkaner
• Ofta trögflytande lava
• Explosiva och farliga utbrott
• Subduktionszoner
• Kan ge katastrofala calderautbrott
• Färre, men större utbrott
Sköldvulkaner
• Stora flacka vulkaner
• Lättflytande lava
• Mauna loa (Hawaii)
• Hot Spots
• Ofta stor volym över lång tid.
Typer av vulkanutbrott
Konventionella utbrott: ingen interaktion med
vatten
Hawaiiska
Stromboliska
(Vulkaniska)
Pliniska
Peléeiska
Hydrovulkaniska/magmatiska utbrott – vid
interaktion med vatten
Surtseysiska
Vulkaniska
Phreatomagmatiska
Typer av vulkanutbrott
Några sätt att klassificera vulkanutbrott:
Graden av explosiv aktivitet
Interaktion med vatten i utbrottet?
Storlek hos utbrottet:
Höjd av ask/rökpelare
Volym erupterat material
Area täckt av nedfall
Intensitet
Typer av vulkanutbrott
Hawaiiska utbrott
Typvulkaner: Hawaiiska vulkaner
Associerade med hot spots
Basaltisk till ultrabasaltisk magma
Mestadels effusiv, med endast mycket lite
asknedfall
Pahoehoe-lavaströmmar: Lättflytande
lavaströmmar med slät yta, Kan bilda
tunnelsystem
AA-lavaströmmar: Lava bestående av porösa
lavablock, fortskrider ungefär som en bandvagn.
Lavafontäner, upp till flera hundra meter höga.
Ofta utbrott längs med sprickor
Typer av vulkanutbrott
Stromboliska utbrott
Typvulkan: Stromboli, Sicilien
Vanligaste ubrottstypen
Explosioner, lavaflöden, och låga
kortvariga eruptionskolumner
Typiskt för typen är rytmiskt
återkommande explosioner beroende på
succsesivt uppbyggt gastryck.
Aa-lavaströmar.
Ljusbågar då glödande material kastas up i
luften i explosionerna
Typer av vulkanutbrott
Vulkaniska utbrott
Typvulkan: Vulcano på Sicilien
Ofta serie återkommande kraftiga
explosioner, men större enskilda
explosioner förekommer.
Vanligtvis Andesitiska magmor med
medelhög till hög viskositet.
Bildande av pluggar i utloppsventilen
vilket leder till att ett högt gastryck kan
byggas upp i vulkanen – Våldsama
explosioner.
Askpelare upp till 10 - 20 km
Vanligt med pyroklastiska flöden
Egentligen hydrovulkanisk men ofta
räknas till de konventionella.
Typer av vulkanutbrott
Pliniska utbrott:
Typvulkan Vesuvius, Italien
Mest explosiva typen.
Silikatrika (felsiska) magmor med stor
mängd lösta gaser.
Hög viskositet förhindrar gaser att stiga
snabbare än magman – Volymökning och
fragmentering.
Paraplyformade askpelare som kan nå 45
km upp i atmosfären och där spridas ut
över stora områden.
Typer av vulkanutbrott
Peléeiska utbrott
Typvulkan: Mount Pelée, Martinique
Felsisk magma.
Den mest oberäkneliga och farliga typen av utbrott.
Uppbyggnad av magmadomer och andra upphöjda
strukturer.
Glödmoln, Mt. pelée
1903
Kollaps av lavadomen ger upphov till “glödande moln” (Nuée
ardente), vilka rusar nedför slutningar med hastigheter upp till
350 km/h. Kallas även pyroklastiska flöden.
Med temperaturer på flera hundra grader förstör
pyroklastiska allt i sin väg.
Blandning av gas och fasta partiklar i form av aska och
rundade block
Vulkanisk “dome”, Mt. Pelée
1903
Typer av vulkanutbrott
Surtseysiskt utbrott
Döpta efter ön Surtsey utanför Island, vilken
bildades mellan 1963 – 1967 i ett
vulkanutbrott
Sker då ett submarint utbrott bryter
vattenytan
Inleds oftast med uppbygnad av vulkan av
kuddlavor vid submarint utbrott
Fragmentering av magman då vatten
omvandlas till ånga
Ångexplosioner som kan skicka material
flera hundra meter upp i luften
Vita ångmoln
Typer av vulkanutbrott
Typvulkan:
Santorini
Från grekiskans Phreatia: reservoir,
tank, källa
• Kontakt mellan magma och
grundvatten på flera hundra till
tusen meters djup
Extremt hög fragmentering av
magman, ger små vassa
glasfragment
Trattformade “skorstenar “diatremer
Santorini ca 1600 f.kr. - Slutet på
den minoiska kulturen – Atlantis?
Vulkanutbrott – följder och risker
Direkta risker
Pyroklastiskt nedfall
Lavaflöden
Pyroklastiska flöden
Vulkanutbrott – följder och risker
Både uppenbara risker,
och mer indirekta risker
Vulkanutbrott – följder och risker
Indirekta risker
Vulkanutbrott – följder och risker
Indirekta risker
•
•
•
•
•
•
•
Jordskred
Tsunamis
Bränder
Jökellopp
Lahar
Vulkaniska gaser
Koldioxidfällor
Vulkanutbrott – följder och risker
Volcanic Explosivity Index - VEI
VEI
Klassificering
Beskrivning
Grad av
explosivitet
Volym av
erupterat
material
Höjd
askpelare
(km)
Hur ofta
Exempel
0
Hawaiisk
Effusiv
Ej explosiv
>1000 m3
<0.1
Dagligen
Kilaeua, Hawaii
0.1-1
Dagligen
Stromboli
1
2
3
3
Hawaiisk –
Strombolisk
Mild
Låg
>10 000 m
Strombolisk-Vulkanisk
Explosiv
Måttlig
>1 000 000 m3
1–5
Varje vecka
Galeras,
1992(Colombia)
Vulkanisk
Våldsam
Måttlig - hög
>1 0 000 000 m3
3 – 15
Årligen
Nevado Del Ruiz,
1985 (Colombia)
Vulkanisk-Plinisk
Katastrofartad
Hög
>0.1 km3
10 – 25
>=10 år
Galunggung, 1982
4
5
6
7
8
(Java)
Plinisk
Katastrofal
Mycket hög
>1 km3
> 25
>=100 år
Mt. St. Helens,
1980 (USA)
Plinisk-Ultraplinisk
Förödande
Mycket hög
>10 km3
>25
>=100 år
Krakatau, 1883
(Indonesien)
Ultraplinisk
Enormt förödande
Mycket hög
>100 km3
>25
>=1000 år
Tambora, 1815
(Indonesien)
Ultraplinisk
Ödeläggande,
utrotande påverkan
på människor, djur,
växter
Mycket hög
>1000 km3
>25
>=10 000
tals år
Toba, ~71 000 år
sedan (Indonesien)
Vulkanutbrott – följder och risker
• Exempel: Mount St
Helens, USA
• VEI 5, var 50:e år
• Askpelare 24 km hög
• 1 km3 aska
• Askfall över 11 stater
• 57 omkomna
• Flygtrafiken nere i 2
veckor
Vulkanutbrott – följder och risker
Skador för 2,74 miljarder
dollar
Mt St Helens i Uppsala?
Antag ett 10m tjockt asklager!
Mt St Helens i Uppsala?
Antag ett 10m tjockt asklager!
Vulkanutbrott – följder och risker
Supervulkaner
utbrott med mer än 1000 km3
utbrottsprodukter
Ofta relaterade till stora kalderor
Senaste kända: Taupo, Indonesien, ca 26
500 år sedan
Kan leda till globala katastrofer och
massutdöenden.
Dramatiska klimatförsämringar: Flera
grader kallare under långa perioder.
Yellowstone, Wyoming USA.
Snake river ignimbrite: > 2500 km3
The end of the world as we know it?
Potentiellt i Europa: Egeiska havet,
Santorino, dock inga kända
supereruptioner
Vulkanutbrott – följder och risker
Supervulkaner
Toba lake. Klassisk Caldera med ny
dom växande I mitten. Början på en ny
cykel.
Caldera: En magmakammare töms under
ett tidigt stadie i utbrottet Hålrum i jordens
inre är inte stabilt!
Vulkanen kollapsar och orsakar större
utbrott
... Kedjereaktion... gigantiska utbrott
Lämnar ofta stora kratersjöar
Calderavulkaner är ofta cykliska.
Övervakning och
riskförebyggande arbete
Geofysiska metoder
Övervakning och
riskförebyggande arbete
Geofysiska metoder
• Seismometrar
• Magnetometri
• Gravimetri
• Hydroaukustik
Övervakning och
riskförebyggande arbete
Geodetiska metoder
Övervakning och
riskförebyggande arbete
Geodetiska metoder
• Yttemperatur
• GPS
• INSAR
• Optisk spektrometri
• Töjning av sprickor
• Lutning
Övervakning och
riskförebyggande arbete
Geokemiska metoder
Övervakning och
riskförebyggande arbete
Geokemiska metoder
• Kemi i vattendrag
• Kemi i fumaroler
• Studier av tidigare
utbrott – hitta
mönster!
