Jordens temperamentsfulla skönheter

Transkript

1 Jordens temperamentsfulla skönheter Text: Lennart Björklund, Doc. i berggrundsgeologi, Inst. för Geovetenskaper, Göteborgs Universitet De enorma naturkrafterna som släpps lösa under vulkanutbrott upphör aldrig att skrämma och fascinera oss. Nu vet vi att vulkaner inte är en hemvist för lättretade överjordiska varelser som bryter mot naturens jämvikt, men ger vulkaner alltjämt bara upphov till elände och förstörelse? En supervulkans utbrott är en av de mest destruktiva händelser som kan drabba mänskligheten och livet på jorden. Bara stora meteoritnedslag kan mäta sig i global destruktivitet. De enorma mängderna utslungat material ger åratal av extremt globalt nedkylt klimat, s.k. vulkanisk vinter. En av dessa vulkaner, Toba i Indonesien, misstänks ha drivit på starten av senaste istiden och sånär utrotat våra förfäder. Mitokondrie DNA indikerar en drastisk reduktion till några få tusen urmödrar som alla nu levande människor kan härledas till runt tiden för Tobas utbrott. Energin i mycket stora vulkanutbrott är jämförbar med att bränna av tiotusentals av de allra stör- sta vätebomberna vi människor har sprängt. Samtidigt garanterar vulkanerna att koldioxid återförs till atmosfären. Koldioxid konsumeras när berg vittrar, vid fotosyntes och av kalkbyggande livsformer. Sedimentation av produkter från dessa processer låser med tiden undan luftens koldioxid i kalkstenar, i

2 Ring of fire - vulkanisk aktivitet förekommer framförallt längs de tektoniska plattgränserna. Runt en halv miljard människor bor idag i omedelbar närhet av vulkaner,, en siffra som ökar med befolkningstillväxten. kol och olja i jordskorpan och när organiska sediment följer med plattorna ner i manteln. Urtidens atmosfär som var rik på koldioxid och helt utan syre, har därmed under miljarder år rensats på koldioxid som behövs som växthusgas i jordens atmosfär. För låga värden driver jordens klimat mot en extrem iskyla med global nedisning och massutrotning av arter. Koldioxid är också de gröna växternas livsluft. De tidigaste livsformerna på jorden var troligen bakterier som trivdes i berggrunden runt vulkaniska heta källor, närda av kemisk energi från metalloxider och svavelhaltiga mineral. Där skyddades de också av berget från skadlig strålning från solen, extremt väder och andra skadliga händelser vid jordytan. Än idag finner vi släktingar till dessa bakterier runt heta källor i de oceana spridningsryggarna där jordens plattor delar sig. Vulkaner skapar än i dag ny jordskorpa såväl som nya bördiga jordarter. Denna konstruktiva sida hos vulkaner är kanske inte det vi direkt associerar med vulkaner, speciellt inte när jordens snabbt växande befolkning tvingar allt fler människor att bo i farlig närhet av vulkaner som under miljoner år, gång på gång, uppträtt extremt explosivt. De kraftigaste utbrotten påverkar livet runt hela jordklotet och har visat sig fullt kapabla att skaka hela kulturer och fälla civilisationer. Var finns vulkaner? Den helt övervägande delen av jordens vulkaner finns längs gränserna på jordens tektoniska plattor. Jordens avkylda yttre skal är uppdelat i ett drygt tiotal tektoniska plattor. Där plattorna dras isär bildas s.k. riftzoner med tillhörande vulkaner. På kontinenterna har vi riftdalsystem, t. ex. Östafrikanska Riftdalsystemet och ute på oceanbottnarna jordens längsta bergskedja de Mittoceana Spridningsryggarna. Ca 80% av jordens vulkanism pågår ute i de Mittoceana ryggarna. Men det märker vi människor sällan då utbrotten sker under tyngden av flera tusen meter vatten. Där plattor i stället rör sig mot varandra måste någon av plattorna tvingas ner under den andra. Det blir den plattan som har lägst flytkraft, som är tyngst, som sjunker neråt i en s.k. subduktionszon. Över de subducerande plattorna alstras den mest explosiva typen av bergartsmälta (magma), källan till de farligaste vulkanerna. På vissa av plattorna sitter våra kontinenter, andra plattor som Stilla Havsplattan har bara ocean skorpa och saknar helt kontinental skorpa. Varken ocean eller kontinental skorpa utgör mer än ca en tiondedel av plattornas totala tjocklek på mellan km. Men eftersom kontinenternas berggrund har lägre densitet och är tjockare än den oceana skorpan ger det kontinenterna en så stor flytkraft att de är nästintill omöjliga att dra med ner i den underliggande manteln. Det är istället plattor med tätare och dessutom tunnare oceanskorpa som tvingas med ner i manteln i subduktionszonerna. Med ner i manteln dras organiskt material, vatten, karbonat och svavelhaltiga havssediment på den hydrerade oceanskorpan. Detta är källan till gaserna som ger vulkanerna deras sprängkraft. Den tredje typen av plattgräns är där plattorna glider längs med varandra, s.k. transformer, t ex San Andreas zonen. Jordskorpan deformeras starkt

3 NVERGENT E BOUNDARY TRANSFORM PLATE BOUNDARY DIVERGENT PLATE BOUNDARY OC CONVERGENT PLATE BOUNDARY EA STRATOVOLCANO T SHIELD VOLCANO Subduktion skapar vulkanism antingencontinental RIFT (YOUNG DIVERGENT PLATE i öbågar eller i kontinentala bågar. Vid isärdragning skapas Mittoceana rifter eller kontinentala rifter. TR EN C NI C RI SPR DG E E AD IN LITHOSPHERE G OCEAN IC BD HOT SPOT Hur många är de? Det finns ca 1500 potentiellt aktiva vulkaner runt jorden. CONTINENTAL CRUST US T SU ASTHENOSPHERE och vi får kraftiga jordbävningar men vulkanism är inte typiskt eftersom den underliggande manteln inte störs nämnvärt. En fjärde typ av vulkaner finns i s.k. hot-spots, där extra varm mantel väller upp under plattorna och delvis går i smälta. Dessa vulkaner alstras alltså inte av plattektonik och kan finnas inne i plattor, t ex Hawaii, Yellowstone, Azorerna, såväl som i plattkanter, t ex Island. CR Större vulkaner byggs upp av ett stort antal utbrott under flera miljoner år. Det är därför ett fatalt misstag att tro att en vulkan är utdöd bara för att den inte haft något utbrott på några tusen år. Lite hårddraget kan man säga att en vulkan som kontinuerligt lättar på trycket som Stromboli eller Kilauea löper mindre risk att få ett katastrofalt utbrott, än en skenbart fridfull jätte som Yellowstone vars gigantiska magmakammare mognar under hundratusentals år. Ringen av öar runt instörtningskratern (caldera) efter Santorinis gigantiska utbrott. Tömningen av den underliggande magmakammaren gjorde att den södersprängda överbyggnaden inte hölls uppe. UC TIN G PL AT E Varför är vulkaner så olika? Vissa vulkaner producerar voluminösa men icke-explosiva lavaflöden med korta uppehåll. Andra vulkaner exploderar i kolossala utbrott med hundratusentals års mellanrum. Skillnaden beror på magmans (bergartssmältans) sammansättning och temperatur, magmakammarens volym och påfyllnadstakt. Sammansättningen beror i huvudsak på källan till smältan. Är källan uppsmält mantel blir smältan en nära 1200C varm, lättrinnande basalt som på Hawaii eller i de Mittoceana Spridningsryggarna. Är det kontinental berggrund som smälts upp blir magman kallare ( C), kiselrikare och mycket segare som i Nord- och Sydamerikas vulkaner. Krydda anrättningen med gaser från en underliggande subduktionszon så kan utbrotten bli mycket explosiva. Värme till uppsmältningen förs upp med heta gasrika smältor från den underliggande manteln och subduktionszonen. Västra Stilla Havets, Indonesiens och Västindiens vulkaniska öbågar har liknande

4 Simulering av starten på ett framtida superutbrott i Yellowstone. Calderakraterns enorma storlek gör att plymen blir som en fontän av glödheta gaser och aska som kollapsar utåt med laviner av pyroklastiska flöden längs marken. (Från filmen Supervolcano, BBC.) uppkomst över subducerande oceana plattor och har därför typiskt explosiva gas och askrika utbrott. Ett mått på utbrottens intensitet och storlek anges idag i med Vulkaniskt Explosivitets Index (VEI) i en skala från 1 till 8. Den baseras på volymen och utbrottshastigheten av de fasta utbrottsprodukterna. Vad utlöser vulkanutbrott? Om magman som består av het smälta med lösta gaser och kristalliserande mineral får vara ifred och kristallisera i lugn och ro, minskar successivt mängden smälta. Till slut nås en kritisk punkt när de lösta gaserna inte längre får plats i den kvarvarande smältan. Överskottsgasen frigörs då och skapar ett övertryck som spräcker upp det överliggande berget. Det kan öppna vägen för den gasfyllda magman att tränga upp, slitas sönder av det inre gastrycket och ge upphov till väldiga askrika utbrott. En vanligare utlösande faktor är dock att magmakammaren störs av att ny het magma fylls på underifrån. Den höjda temperaturen ökar gastrycket och startar vulkanutbrottet som när en gigantisk tryckkokare når bristningsgränsen. Om den överliggande berggrunden i detta skede trasas sönder tillräckligt, finns det inget som hindrar gaserna att slita sönder smältan och expandera till tusentals gånger magmans ursprungliga volym. Sker utbrottet i ett begränsat vulkanrör, naturens egen jättekanon, skjuts aska av gaserna uppåt med flera gånger ljudets hastighet upp till flera tiotals kilometers höjd upp i atmosfären. Är kratern istället flera kilometer bred kan fradgande glödheta gas- och askmoln pyroklastiska flöden - välla ut över omgivningen, likt kokande mjölk över kanten på en kastrull. Forskare funderar även på om större jordbävningar i närheten av en mogen magmakammare kan utlösa ett vulkanutbrott, liknande effekten av att skaka en champangeflaska. Bieffekter Utöver de direkta effekterna av brännheta och giftiga gaser, nedfallande aska och sten finns andra väl så allvarliga bieffekter. Bland dessa är dödliga tsunamis alstrade som svallvågor framför över havet snabbt framrusande Laharen som dränkte Armero under 2 5m betongliknande sörja. Myndigheterna ansåg att vulkanologernas varningar var för alarmistiska och vägrade evakuera invånarna. En månad senare fick Nevado del Ruiz sitt utbrott. Det tog 2 ½ timma för laharen att nå Armero, vilket hade varit gott om tid för folk att gå upp på högre mark i närheten. (Bild: USGS)

5 laviner av pyroklastiska flöden eller då en övulkan störtar ner i sin tömda magmakammare. Allt detta hände vid Santorinis gigantiska utbrott ca 1628 f.kr. i Medelhavet. Mer och mer fakta pekar ut Santorini som skyldig till den Minoiska civilisationens undergång. Trots att Tamboras utbrott år 1815 på ön Sumbawa i Indonesien var kanske 10 gånger mindre än Santorinis, så hade det nog så allvarliga konsekvenser. Byarna längs kusterna runtom dränktes av upp till 40m höga tsunamivågor, framtryckta av de över havsytan vällande heta pyroklastiska flödena. Tambora sköt även en plym av fin aska och hundratals miljoner ton svavel, klor och fluorväte 45 km upp i atmosfären. Detta spreds i de övre luftlagren världen över och minskade solinstrålningen så mycket att året 1816 är känt som året utan sommar, med global missväxt, svält och sjukdomar som följd. Ur lavaflödena från Lakis sprickeruptioner spreds fin aska och frätande saltsyra, 8 miljoner ton fluorväte och 120 miljoner ton svavelsyra som en tjock torr dimma VOG - över Skandinavien och ner över Europa till norra Afrika. Kraftigt förhöjd dödlighet särskilt hos folk med utomhusarbeten i England och Frankrike knyts till frätskador på luftvägar och hud, extremt kall vinter och följande sommar samt ovanligt våldsamma stormar. Dimman var ofta så tjock att båtar tvingades stanna i hamn veckor i sträck. Präster i Frankrike rapporterade att den svavelosande tjocka dimman fick skräckslagna människor att tro att djävulen vandrade på jorden och att världens undergång var nära. Missväxt och svältdöd drabbade hela norra halvklotet under den följande ovanligt kalla sommaren Torrdimman och extremt väder orsakade svält och fattigdom under de följande åren som blev grogrund för den Franska Revolutionen Befolkningen på Island drabbades dock särskilt hårt då det sura nedfallet förgiftade vattendragen och dödade gräset. Hälften av Islands hästar och kor och 80% av fåren dog av fluorförgiftning. Den ovanligt kalla vintern med svåra stormar gjorde att även det viktiga fisket omöjliggjordes. Nedre delen av den vertikalt stigande askplymen från Mount St Helens utbrott Ner till vänster väller en ljusare ett pyroklastiskt flöde av heta gaser och aska som en lavin nerför sidan av vulkanen. Mellan 20-25% av Islands befolkning dog och danska regeringen övervägde att för gott förbjuda folk att bo på Island. Vid subduktionsrelaterade explosiva utbrott kondenseras stora mängder vattenånga ur den uppkastade plymen av aska och orsakar kraftiga lokala åskregn. Vattnet blandas med det lösa materialet på vulkansluttningen till en lös betongliknande sörja, kallad lahar. Dessa strömmar med fruktansvärd kraft i uppåt 60 km/tim nerför sluttningarna och river med sig allt som står i dess väg. Ett utbrott på Nevado del Ruiz, 1985, smälte snö på toppen och orsakade en lahar som dränkte över människor nära midnatt i den nedanför liggande byn Armero, Colombia. Laharer är vanliga på vulkanerna i Ring of Fire. De kan snabbt rinna tiotals mil längs dalgångar och på kort tid nå såväl mindre samhällen som stora städer, som ofta ligger på flackområdena av tidigare laharavsättningar. Vad gör vi för att skydda oss? Ett flertal vulkaner som tidigare haft

6 extrema utbrott övervakas i dag kontinuerligt med instrument på marken och från satellit. Det gäller särskilt de som ligger nära mångmiljonstäder som t.ex. Neapel, Yogjakarta eller Mexico City. Kostnaden för detta är mycket liten jämfört med den potentiella förlusten i människoliv. På marken mäts t. ex. förändringar i gasernas sammansättning och temperatur, markytans deformation, jordbävningsaktivitet, ändringar av tyngdkraft och elektriska och magnetiska fält. När magma fyller på magmakammaren eller letar sig uppåt i spricksystem åstadkommer det svärmar av mindre jordbävningar, att marken buktar uppåt och att hetare gaser direkt från magman strömmar upp ur sprickor. Den lättare eller tyngre magman ger uppmätbar ändring av tyngdkraften, och uppvärmningen ändrar markens elektriska och magnetiska egenskaper. Tillsammans ger dessa mätningar en bild av magmans rörelser och kan ge avgörande information för myndigheter att i värsta fall besluta om evakuering av människor. Idag har man i länderna runt Ring of Fire mer eller mindre väl utbyggda lokala varningssystem och evakueringsplaner. Resurserna räcker dock bara till att övervaka en del av de farliga vulkanerna. Från satellit kan man se hur markytan buktar p.g.a. magmarörelser. Med satellit övervakas också spridningen i atmosfären av molnen av aska och svaveldioxid från pågående utbrott. Internationella flygrutter läggs om för att undvika de fina askpartiklarna som smälter i jetmotorerna och får dem att stanna. Utbrottsprodukter från vulkanutbrott i avlägsna obebodda trakter kan följas och eventuella varningar ges till länder i stoftets väg. Vulkanutbrott är notoriskt svåra att förutsäga i tid. Alla vulkaner är individuella med olika tillförsel till och utveckling av magmakammaren, magmans mognad, tjocklek och spricksystem hos den överliggande berggrunden. Noggrann kartering av en vulkans uppbyggnad och utbrottsprodukter ger generella ledtrådar om typen av utbrott och hur ofta de sker. Man kan t.ex. se att många av de mer explosiva vulkanerna haft kraftiga utbrott med vissa mellanrum. T ex så har Vesuvius haft svåra utbrott med ca 500 års mellanrum sedan det berömda utbrottet som begravde Herculaneum och Pompeii under glödheta pyroklastiska flöden år 79 ekr. Men det finns ändå inget som därför säger att Vesuvius skulle göra likadant igen snart 500 år efter det senaste stora utbrottet, då varje större utbrott ändrar både magman och vulkanens uppbyggnad. Varje konstaterat farlig vulkan som direkt hotar stora befolkningskoncentationer bör därför konstant bevakas med markutrustning. Vulkanologer kan idag uppskatta risken för att en viss vulkan är nära att få utbrott. Men, även med den mest Caldera stor krater som skapas genom instörtning av stora delar av vulkanens överbyggnad ner i den tömda magmakammaren i samband med större utbrott. Plymhöjd utgör den maximala höjden som det uppkastade vulkaniska materialet når i atmosfären. Plymen drivs i början av rörelseenergin från de expanderande gaserna i vulkanröret, likt kulan i ett kanonrör. Längre upp drivs materialet vidare av värmeenergin hos de heta gaserna. När även denna tar slut genom avkylning, breder plymen ut sig och får ett svampliknande utseende, liknande atombombsmoln. USGS US Geological Survey, motsvarar Sveriges geologiska undersökning. Publicerar mycket material gratis på nätet om vulkaner och jordbävningar. VOG luftförorening av bl.a. svaveldioxid, uppkastad i atmosfären av vulkan. Reagerar med solljus och luftens syre och vatten. Vulkaniskt Explosivitets Index - en intensitetsskala som anger storleken av ett vulkanutbrott. Den baseras på volymen sofistikerade utrustning är det svårt att förutsäga exakt tidpunkt och storlek för ett kommande utbrott mer än 24 timmar i förväg. Det är för lite tid om man måste evakuera mångmiljonstäder. Flera lyckade evakueringar av tals människor har dock gjorts de senaste 20 åren på grund av varningar från vulkanologer. Jordens alltmer växande befolkning, en globaliserad världsekonomi, beroendet av högteknologi och en alltmer pressad energi- och matproduktion gör mänskligheten mycket sårbar. Ett olyckligt placerat VEI 7 vulkanutbrott i t. ex. Japan, USA, eller Indonesien skulle mycket allvarligt störa världsekonomin. Tamboras VEI 7 utbrott 1815 i Indonesien visade under de följande åren vilka följder vi kan räkna med, såsom global missväxt, massvält och sjukdomar. Följderna av ett tio gånger kraftigare VEI 8 utbrott av en supervulkan i klassen Yellowstone eller Toba skulle vara fullständigt förödande för mänsklig civilisation som vi i dag känner den. En tröstande tanke kan möjligen vara att VEI 8 utbrott dock är relativt sällsynta. Men det är alltmer viktigt att regeringar, myndigheter och vi vanliga människor i alla länder har beredskap för att vi lever på ett i högsta grad dynamiskt jordklot! Tsunamin i Indiska Oceanen 2004 eller Tamboras utbrott ska inte ses som enstaka obegripliga naturkatastrofer. Det är så Jorden fungerar och det är livsviktigt för oss att just förstå och hantera denna vår livsmiljö! och utbrottshastigheten av de fasta utbrottsprodukterna. Rrift eller gravsänka - områden där jordskorpan och litosfären (de yttersta 100 km av jordskortpan och övre delen av manteln) dragits isär och därigenom givit upphov till förkastningar. Där ett område mellan två parallella förkastningar sjunker relativt omgivningen bildas en gravsänka, och där ett område höjs relativt omgivningen bildas en horst. Subduktionszon - ett gränsområde där två litosfäriska plattor kolliderar med varandra varpå den ena plattan tvingas ned under den andra, så kallad subduktion, och sjunker ned i manteln. Vid en subduktionszon bildas djuphavsgravar t.ex. Marianagraven, öbågar t. ex. Japan och bergskedjor t. ex. Anderna. Geologiskt är dessa områden mycket aktiva med många jordbävningar och vulkaner, med tsunamier som vanlig bieffekt. Supervulkan - gemensamt namnpå vulkaner vars utslungade material under en enstaka eruption överstiger km.