Vulkanologi. Börje Dahrén, Doktorand i berggrundsgeologi, borje.dahren@geo.uu.se

Transkript

1 Vulkanologi Börje Dahrén, Doktorand i berggrundsgeologi, borje.dahren@geo.uu.se

2 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

3 Magma, lava, vulkaniska bergarter Magma kan bildas av TRE saker: Värme. Sänkt tryck. Tillskott av volatiler (H 2 O)

4 Magma, lava, vulkaniska bergarter Vad är en magma?

5 Magma, lava, vulkaniska bergarter Vad är en magma? Smält berg, bestående av: Si, O, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K Löst gas: H 2 O, CO 2, SO 2, S, H 2 S Cl, F Utfällda kristaller

6 Magma, lava, vulkaniska bergarter Vad är en magma? En magma är instabil blanding. Olika smältpunkt Olika densitet Olika viskositet

7 Magma, lava, vulkaniska bergarter Vad är en magma? Partiell smälta Differentiering Kontaminering

8 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

9 Magma, lava, vulkaniska bergarter Partiell smälta En modell!

10 Magma, lava, vulkaniska bergarter Uppsmältning Fast bergart Magma

11 Magma, lava, vulkaniska bergarter Differentiering Liknar partiell smältning En heterogen, flytande fas delas upp i fast + flytande

12 Magma, lava, vulkaniska bergarter Magma Differentierad Magma Fast Bergart

13 Magma, lava, vulkaniska bergarter Partiell smälta Uppsmältning av fast bergart (manteln) Resulterar i en magma Differentiering 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

14 Magma, lava, vulkaniska bergarter Partiell smälta Differentiering

15 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

16 Magma, lava, vulkaniska bergarter Vad är en Vulkanisk bergart? Magmatiska bergarter Vulkaniska bergarter Ex: basalt Plutoniska bergarter Ex: granit

17 Magma, lava, vulkaniska bergarter Vad är en Vulkanisk bergart? Magmatiska bergarter Vulkaniska bergarter Ex: basalt Plutoniska bergarter Ex: granit

18 Magma, lava, vulkaniska bergarter Låg SiO2 mörk, tung, lättflytande mafisk magma/bergart Hög SiO 2 ljus, lätt, trögflytande felsisk magma/bergart

19 Magma, lava, vulkaniska bergarter Bowens reaktionsserie SiO 2 : 45% 52% 63% 75%

20 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

21 Magma, lava, vulkaniska bergarter Viskositet Sammansättning SiO 2 -rik = viskös Volatilinnehåll (H 2 O N 2 SO 2 CO 2 Cl 2 H 2 ) Lågt volatil-innehåll = viskös Temperatur låg temperatur = viskös η=pa. s

22 Magma, lava, vulkaniska bergarter

23 Vulkaniska miljöer Var finns vulkanerna, och varför?

24 Vulkaniska miljöer

25 Vulkaniska miljöer

26 Vulkaniska miljöer Plattektonik, repetition Tre typer av plattgränser - Konvergenta (subduktionszon, destruktiva) - Divergenta (spridningsrygg, konstruktiva) - Transforma (konservativa)

27 Vulkaniska miljöer Plattektonik, repetition Tre typer av plattgränser - Konvergenta (destruktiv, subduktionszon och/eller bergskedjeveckning) - Divergenta (konstruktiv, spridningsrygg - Transforma (konservativa)

28 Vulkaniska miljöer Plattektonik, repetition ca. 70% av jordens vulkanism sker längs divergenta plattgränser Även längs konvergenta plattgränserna En del vulkaner återfinns inom plattorna

29 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

30 Vulkaniska miljöer Oceanisk platta Oceanisk platta

31 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

32 Vulkaniska miljöer Oceanisk platta Oceanisk platta

33 Vulkaniska miljöer Oceanisk platta Kontinental platta

34 Vulkaniska miljöer Kontinental platta Kontinental platta

35 Vulkaniska miljöer Även vulkaner utan direkt anknytning till plattgränser: Hot spots.

36 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

37 Hetfläckar - Hot spots

38 Typer av vulkaner Stora eller små Branta eller flacka Farliga eller ofarliga Koncentrerade eller utspridda Explosiva eller effusiva Långlivade eller engångsföreteelser

39 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.

40 Typer av vulkanutbrott Konventionella utbrott: ingen interaktion med vatten Hawaiiska Stromboliska (Vulkaniska) Pliniska Peléeiska Hydrovulkaniska/magmatiska utbrott vid interaktion med vatten Surtseysiska Vulkaniska Phreatomagmatiska

41 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

42 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

43 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

44 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 km Vanligt med pyroklastiska flöden Egentligen hydrovulkanisk men ofta räknas till de konventionella.

45 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.

46 Vulkanisk dome, Mt. Pelée 1903 Typer av vulkanutbrott Glödmoln, Mt. pelée 1903 Peléeiska utbrott Typvulkan: Mount Pelée, Martinique Felsisk magma. Den mest oberäkneliga och farliga typen av utbrott. Uppbyggnad av magmadomer och andra upphöjda strukturer. 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

47 Typer av vulkanutbrott Surtseysiskt utbrott Döpta efter ön Surtsey utanför Island, vilken bildades mellan 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

48 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?

49 Vulkanutbrott följder och risker Direkta risker Pyroklastiskt nedfall Lavaflöden Pyroklastiska flöden

50 Vulkanutbrott följder och risker Både uppenbara risker, och mer indirekta risker

51 Vulkanutbrott följder och risker Indirekta risker

52 Vulkanutbrott följder och risker Indirekta risker Jordskred Tsunamis Bränder Jökellopp Lahar Vulkaniska gaser Koldioxidfällor

53 Vulkanutbrott följder och risker VEI Klassificering Beskrivning Grad av explosivitet Volym av erupterat material Höjd askpelare (km) Hur ofta Exempel 0 Hawaiisk Effusiv Ej explosiv >1000 m 3 <0.1 Dagligen Kilaeua, Hawaii 1 Hawaiisk Strombolisk Volcanic Explosivity Index - VEI Mild Låg > m Dagligen Stromboli Strombolisk-Vulkanisk Explosiv Måttlig > m Varje vecka Galeras, 1992(Colombia) Vulkanisk Våldsam Måttlig - hög > m Årligen Nevado Del Ruiz, 1985 (Colombia) Vulkanisk-Plinisk Katastrofartad Hög >0.1 km >=10 år Galunggung, 1982 (Java) Plinisk Katastrofal Mycket hög >1 km 3 > 25 >=100 år Mt. St. Helens, 1980 (USA) Plinisk-Ultraplinisk Förödande Mycket hög >10 km 3 >25 >=100 år Krakatau, 1883 (Indonesien) Ultraplinisk Enormt förödande Mycket hög >100 km 3 >25 >=1000 år Tambora, 1815 (Indonesien) 8 Ultraplinisk Ödeläggande, utrotande påverkan på människor, djur, växter Mycket hög >1000 km 3 >25 >= tals år Toba, ~ år sedan (Indonesien)

54 Vulkanutbrott följder och risker Exempel: Mount St Helens, USA VEI 5, var 50:e år Askpelare 24 km hög 1 km 3 aska Askfall över 11 stater 57 omkomna Flygtrafiken nere i 2 veckor

55 Vulkanutbrott följder och risker Skador för 2,74 miljarder dollar

56 Mt St Helens i Uppsala? Antag ett 10m tjockt asklager!

57 Mt St Helens i Uppsala? Antag ett 10m tjockt asklager!

58

59

60

61

62 Vulkanutbrott följder och risker Supervulkaner Yellowstone, Wyoming USA. Snake river ignimbrite: > 2500 km 3 The end of the world as we know it? utbrott med mer än 1000 km 3 utbrottsprodukter Ofta relaterade till stora kalderor Senaste kända: Taupo, Indonesien, ca år sedan Kan leda till globala katastrofer och massutdöenden. Dramatiska klimatförsämringar: Flera grader kallare under långa perioder. Potentiellt i Europa: Egeiska havet, Santorino, dock inga kända supereruptioner

63 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.

64 Övervakning och riskförebyggande arbete Geofysiska metoder

65 Övervakning och riskförebyggande arbete Geofysiska metoder Seismometrar Magnetometri Gravimetri Hydroaukustik

66 Övervakning och riskförebyggande arbete Geodetiska metoder

67 Övervakning och riskförebyggande arbete Geodetiska metoder Yttemperatur GPS INSAR Optisk spektrometri Töjning av sprickor Lutning

68 Övervakning och riskförebyggande arbete Geokemiska metoder

69 Övervakning och riskförebyggande arbete Geokemiska metoder Kemi i vattendrag Kemi i fumaroler Studier av tidigare utbrott hitta mönster!

70