Jordbävningar och naturkatastrofer Vulkaner

Transkript

1 Jordbävningar och naturkatastrofer Vulkaner Vulkaniska strukturer Vulkanutbrott följder och risker Vulkaner och klimatet Övervakning och riskförebyggande arbete

2 Vulkaner, strukturer och hydrotermisk aktivitet Fem morfologiska huvudgrupper: Slaggkoner: kan bildas i alla vulkaniska miljöer Stratovulkaner: subduktionszoner Sköldvulkaner: oceanisk miljö (hot spots, spridningsryggar) Calderor (Ignimbritiska): subduktionszoner, kontinentala hotspots Lavadomer: subduktionszoner

3 Vulkaner, strukturer och hydrotermisk aktivitet Andra relaterade strukturer: Maars Pseudokratrar Vulkaniska pluggar Annan relaterad hydrotermisk aktivitet: Heta källor Fumaroler Geysrar Black smokers

4 Slaggkon Enklaste typen av vulkan Bildas i ett enskilt vulkanutbrott genom att vulkaniskt material ansamlas runt den vulkaniska ventilen Om aktiviteten fortsätter kan slaggkonen utvecklas till en stratovulkan eller liknande. Kan bildas i alla vulkaniska miljöer, antingen som en enskild vulkan, men ofta som en parasitvulkan på flanken av en äldre vulkan Uppbyggnad av slaggkon på Mauna Kea, Hawaii

5 Stratovulkaner (1) Förekommer i subduktionsmiljöer Även kända som kompositvulkaner eller sammansatta vulkaner. Kan bli väldigt höga, upp till 3000 m över omgivningen Uppbyggda av omväxlande lager av tefra (vulkaniskt nedfall, fragmenterad magma) och lava

6 Stratovulkaner (2) Enkla koner Slaggkoner som fortsatt växa Kan ha branta lutningar Sammansatta koner Enkel kon: Mt. Fuji, Japan Vulkankomplex med flera olika domer, koner, kratrar, omväxlande aktiva/inaktiva Aktiviteten koncentrerad till en ventil i taget Många bildade under inverkan av tektoniska krafter, t.ex. jordbävningar Sammansatt kon. Mt Shasta, Kalifornien.

7 Sköldvulkan Mauna Loa, Hawaii Central ventil eller sprickvulkanism på flankerna Förekommer i oceanisk miljö, antingen vid spridningsrygg eller hotspots Uppbyggda av lager på lager av lättflytande basaltisk lava Liten lutning på flankerna på grund av den lågviskösa lavan Jordens största berg är en sköldvulkan: Mauna Loa, Hawaii, ca 13 km över havsbotten

8 Calderor Namn från det portugisiska ordet för kittel Bildas då en ytnära magmakammare helt eller delvis töms på magma - kollaps av magmakammarens tak Lake Toba, Indonesien Kan delas in i tre typer: - På stratovulkaner: Våldsamma utbrott som helt tömmer magmakammaren - På sköldvulkaner: Mindre våldsamma, behöver inte tömma magmakammaren - Ignimbritiska: Supereruptioner Ignimbritiska calderor kan ha diametrar på upp till 100 km, medans de andra två typerna är generellt mindre än 10 km i diameter

9 Lavadom Bildas i subduktionszoner. Relativt små mängder högviskös lava bygger upp en dom -struktur över och runt utloppsventilen. Växer huvudsakligen inifrån. bildas ofta inom kratrarna eller på flankerna av stora stratovulkaner Bildar ett lock på vulkanen övertryck! Novarupta, Alaska Kan ge upphov till glödmoln vid kollaps Kan ge upphov till explosiva utbrott av den vulkaniska typen

10 Maar/Explosionskrater Bildas vid kontakt mellan magma och vatten Phreatomagmatiskt utbrott Diatrem med större bredd än djup m i diameter, m djupa. Viti, Island, foto: J Alean Kratern omges av låga kanter och utslungat material, ofta vattenfylld Kallas ibland tuffkon/ring.

11 Pseudokrater Inga egentliga vulkaner trots utseendet. Kan bildas då ett utflytande lavatäcke kommer i kontakt med vatten. Ofta flera stycken tätt samlade inom ett område. Myvatn, Island

12 Vulkanisk Plugg Magma som stelnat i vulkanens rörsystem Mer motståndskraftig mot erosion än omgivande vulkan Devils tover Wyoming, USA Resterna efter vulkan som eroderat bort. Även i sverige, t.ex. runt Höör, skåne, ca miljoner år gamla Rallate, Skåne

13 Fumaroler, geysrar, heta källor Olika uttryck för hydrotermisk aktivitet. Ofta alla typer tillsammans inom begränsat område, hydrotermalt fält. Magma värmer upp berggrunden och grundvattenet vilket expanderar och stiger mot ytan. Morning glory, Yellowstone, USA Fumarol: ventil/spricka ur vilken gas och ånga strömmar mer eller mindre konstant. Solfatar: fumarol med hög halt svavel. Old faithfull, Yellowstone, USA

14 Fumaroler, geysrar, heta källor Hydrotermalt fält, Papandayan, Java Dahren, 2008 Provtagning av gas från fumarol (solfatara) Dahren, 2008 Varm källa: ansamling av vatten med temperatur mindre eller lika med 100 o C. Ibland vackert färgde av termofila prokaryoter. Geyser: Distinkta utbrott av vatten och ånga som överhettats i rörsystem under marken. Hydrotermal cirkulation under sjöar kan ge upphov till syrareservoarer.

15 Dahren, 2008 Fumaroler, geysrar, heta källor Kratersjö, Ijen, Java. Intensiva svavelrika fumaroler Sjön består av koncentrerad H2SO4 (aq). ph = <1!

16 Fumaroler, geysrar, heta källor Solfatara, Ijen, Java. Intensiva svavelrika fumaroler En stor del av gasen är ren svavel (S8) som kondenserar I rören och rinner ut på marken Dahren, 2008

17 Utbrott under vatten Black smokers Hydrotermal cirkulation vid spridningsryggarna. Upptäckta Temperaturer på upp till 400 o C. Ekosystem som baseras på kemosyntes istället för fotosyntes.

18 Ingen rök utan eld orsaken till de rykande skorstenarna 1) Havsvatten sipprar in i skorpan. 2-3) Syre och kalium och sedan kalcium, sulfat samt magnesium avlägsnas från vattnet. 4) När vattnet börjar värmas upp så löses natrium, kalium och kalcium från skorpan. 5) Magma överhettar vattnet, som löser järn, zink, koppar och svavel. 6) Vattnet stiger sedan upp till ytan 7) där det blandas med det kalla havsvattnet så att svarta metall-sulfider bildas.

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

20 Vulkanutbrott följder och risker Indirekta följder (Är en följd av utbrottet men sker på längre sikt och kan verka över längre tid än de direkta följderna) Indirekta risker Jordskred Tsunamis Bränder Jökellopp Lahar Vulkaniska gaser Koldioxidfällor Klimatpåverkan

21 Pyroklastiskt nedfall (1) Även kallat Tefra: vulkaniskt material som varit luftburet Vulkanisk askpartikel (1/ m) Vulkanisk bomb >>64 mm Klassifieras efter kornstorlek (d) : Aska: d < 2 mm Lapilli: 2 mm < d < 64 mm Bomb: d > 64 mm Pelées hår: magma som i luften dragits ut till tunna fibrer och stelnat till vulkaniskt glas Vulkanisk aska är små sten/glas fragment, relativt hårda och vassa med hög densitet. Bildar cementliknande blandning med vatten, fara vid inandning. Endast ett par dm kan leda till kollaps av tak. Bra ledare som tränger in och sätter igen/ förstör mekanisk och elektronisk utrustning Pelée-hår, Erta ale, Etiopien

22 Pyroklastiskt nedfall (2) Aska: d < 2 mm Lapilli: 2 mm < d < 64 mm Bomb: d > 64 mm Vulkanisk askpartikel (1/ m) Vulkanisk bomb >>64 mm Fara för flygtrafiken. Kan transporteras med eruptionskolumn ända upp i stratosfären där det kan stanna flera månader Pelée hår kan förgifta boskap hungersnöd Hungersnöd största skördaren av mänskligt liv under de senaste 400 åren. Pelée-hår, Erta ale, Etiopien

23 Lavaflöden Vanligtvis ingen direkt fara för mänskligt liv. Kan orsaka stora skador på infrastruktur, odlings/betesmarker Usträckningen beroende på den relativa mängden kiseldioxid Felsiska lavor rör sig vanligtvis med hastigheter på max ett par meter i timmen Island: Eldgjá, ~935, Laki Basaltisk lava Basaltiska lavor kan i extrema fall nå hastigheter på 100 km/h Kan täcka stora områden aa-lavaflöde, Hawaii

24 Pyroklastiska flöden Pinatubo 1991 Samlingsnamn för skred/laviner av fragmenterad magma Tre grundtyper - Kollaps av vulkanisk dom - Som direkt följd av explosion - Kollaps av eruptionskolumn. Kan ha mycket höga hastigheter, km/h Höga temperaturerna, upp till 1000 o C Kan nå flera mil från vulkanen Färdas på land och vatten Orsakar enorm förödelse cirka offer de senaste 400 åren Montserrat, Karibiska havet, 1995

25 Jordskred Kollaps av del vulkan på grund av ökat tryck från stigande magma eller jordbävningar. Vissa vulkaner kan kollapsa av sin egen tyngd. Både indirekt och direkt risk Mount Saint Helens 1980

26 Tsunamis Intern tryckvåg med lång våglängd som skapas då en större mängd vatten snabbt förflyttas. När tryckvågen når grundare vatten lyfts vattnet framåt/uppåt med resultat att en vägg av vattnet väller in över kustnära regioner Spår efter tsunami med våghöjd på 300 m funna på Hawaii Tsunamirisk om sydvästra flanken av Kilauea, Hawaii, skulle kollapsa Generation av Tsunami vid kollaps av vulkan

27 Tsunamis Vulkaniska tsunamis skapas av: Vulkaniska skred som snabbt transporterar stora mängder material ner i en sjö/havet. Hawaii, Teneriffa. Då ett skred inträffar under vattnet, eller i stora phreatomagmatiska utbrott Caldera-utbrott i havet. Krakatau Tsunamirisk om sydvästra flanken av Kilauea, Hawaii, skulle kollapsa Generation av Tsunami vid kollaps av vulkan

28 Jökellopp En vulkan täckt av en glaciär kommer vid utbrott generera stora mängder smältvatten När detta vatten slutligen tränger fram är resultatet ett jökellopp Vatnajökull, Island 1996 Vanliga på island där flera vulkaner täcks av glaciärer Vatnajökull, Island 1996

29 Lahar (slamlavin) offer de senaste 400 åren Uppstår då vulkanisk material blandas med stora mängder vatten Pinatubo, 1991, före Vid vulkanutbrott i vulkaner med snökappor, under vulkansjöar. Alternativt när kraftiga regn vattenmättar mäktiga askavlagringar Floder kan bli uppdämda av vulkanisk aska och orsaka en Lahar långt efter vulkanutbrottet Kan nå långt från vulkanen om topografin är den rätta Ofta bortglömd indirekt fara Pinatubo, 1991, efter Hög densitet, att närmast likna vid flytande betong.

30 Vulkaniska gaser Volatiler lösta i magman frigörs när trycket på magman minskar. Vanligaste gaserna är: vattenånga (H 2 0), Koldioxid (CO 2 ) och svaveldioxid (SO 2 ) Andra vanliga gaser inkluderar: vätesulfid (H 2 S), kolmonoxid (CO), väteklorid (HCl), och väteflourid (HF) Stora utsläpp sker vid vulkanutbrott men kan även ske före eller efter ett utbrott. Ibland helt utan synbar anknytning till vulkanutbrott! Uppskattningsvis 13% av allt svavel frigjort kommer från vulkaner (43% av det naturliga) Utsläppen av CO 2 har uppskattats till 1/150 av antrogena utsläpp. Troligen mycket mer! Kan vara farliga om de förblir marknära där de kan förgifta eller kväva växter och levande varelser. SO 2 omvandlas till svavelsyra i kontakt med regn surt regn Syrasjö White Island, Nya Zeeland

31 Koldioxidfällor Koldioxid är en färglös + luktlös gas som är tyngre än luft. Ansamlas i sänkor eller låg terräng. Kan orsaka kvävning. Barn är speciellt utsatta. Bosättning i vulkaniska dalgångar och sänkor är farligt. Ibland används burfåglar som ett alarmsystem av lokalbefolkning

32 Vulkanaska Vulkanaska är glasfragment Kan skada lungor och luftvägar Kan förstöra motorer i fordon och flygplan

33 Koldioxidfällor Lake Nyos, Kamerun, 1986 Koldioxid från en magmakammare under sjön tillsätts gradvis till vattnet Sjön är ursprungligen en stor Maar. ~200 m djup. Skiktat vatten! Vattnet blev tillslut övermättat med koldioxid Störning av vattnet ger utsläpp av gasen till atmosfären Nyos, Kamerun 1700 människor och 3500 boskap kvävdes till döds Orsakades möjligen av ett mindre jordskred Idag finns slangar installerade för att leda upp vatten från botten av sjön, vilket förebygger övermättning

34 Vulkaner påverkar klimatet Vulkaner kan släppa ut stora mängder SO 2 som: kan nå högt upp i atmosfären/stratosfären omvandlas och bildar sulfataerosoler Aerosolerna: Ökar reflektionen av infallande solstrålning -> avkylning av atmosfär /troposfär Absorberar värme utstrålad från jorden -> uppvärmning av stratosfär Gynnar processer som bryter ned ozon i stratosfären

35 Klimatpåverkan av historiska Utbrott VEI Magma volym (km 3 ) vulkanutbrott Höjd askpelare (km) Sulfataerosoler (kg) Temperatur- minskning norra halvklotet (gr C) Tambora >50 >40 2 x Krakatau >10 >40 5 x Santa Maria >30 <2 x Katmai >27 2 x St Helens x Pinatubo >35 >2.5 x Agung x El Chichón Laki (tephra) 14 (lava) x <1 x

36 Övervakning av vulkaner 1. Geodetiska metoder att registrera formförändringar hos en vulkan - Elektroniska avståndsmätningar - Positionsbestämning med GPS, kontinuerligt eller med vissa mellanrum. - Lutningsmätningar - Töjningsmätningar - INSAR (Sattelitradarinterferometri) 1. Seismicitet att registrera jordbävningar relaterade till magmarörelser 2. Geokemiska metoder övervaka utsläpp av vulkaniska gaser 3. Petrologiska/geokemiska undersökningar av tidigare lava 4. Gravimetriska mätningar mäta massförändringar inne i vulkanen 5. Magnetometriska mätningar mäta förändringar i magnetfältet runt vulkanen 6. Hydroakustiska metoder mäta vibrationer 7. Geologiskt fältarbete

37 Vad sker före ett utbrott Magmakamaren under vulkanen fylls med magma inflationen påbörjas. Det ökade trycket öppnar upp gamla och nya sprickor, främst ovanför magmakammaren där det litostatiska trycket är minst. Frigjorda gaser letar sig uppåt genom sprickor På sin väg kommer gaserna i kontakt med underjordiskt vatten. Vattnet påverkas i kontakten med gaserna, dels genom att gaser löses och förändrar kemin, dels genom ändrat tryck och temperatur. Detta påverkar bland annat vattnets cirkulation. På ytan deformeras vulkanen genom att den sväller och lutningen ökar på dess slutningar

38 Geodetiska metoder - landbaserade Elektroniska avståndsmätningar - Mäter förändringen i avståndet mellan två eller flera referenspunkter. 1-dimensionella mätningar. Nogranhet på 1 mm/km Övervakning av lavadom med EDM (Electronic Distance Meter), St Helens 1982 Positionsbestämning med GPS - Mäter positionen av en enskild referenspunkt. 3-dimensionella mätningar (vertikalt, horisontellt) mmnoggrannhet. Töjningsmätningar - Utrustning monterad över sprickor eller i borrhål. Mäter hur dessa öppnar eller sluter sig. Noggrannhet upp till 10-9 m kan uppnås Lutningsmätningar - Mäter förändringar i lutningen på vulkanens sluttningar. Antingen med hjälp av avancerat vattenpass eller med lod. Nogranhet på mellan grader

39 Geodetiska metoder - satellitbaserade Utnyttjar radarbilder tagna vid två tillfällen Har avståndet förändras fasförskjuts den sist utsända radarsignalen gentemot den första Genom att mäta upp fasförskjutningen kan avståndsförändringen bestämmas Elektromagnetisk våg Principen för INSAR INSAR för Mount Peilik, Alaska mellan okt sept färgskalan motsvarar ca 28 mm

40 Seismicitet Kräver ett nätverk av seismografer i närheten av vulkanen för att de relativt små (M2-3) jorbävningarna som uppstår då magman rör sig skall kunna registreras Högfrekventa jorbävningar då berget spricker Lågfrekventa kontinuerliga/harmoniska jordbävningar från vibrationer i sprickor Sker vanligtvis i svärmar på ett dussin till hundra åt gången Högfrekvent vulkanisk jordbävning Lågfrekvent explosiv jordbävning Harmoniska vibrationer Utbrottsvibrationer Seismiskt nät mount St. Helens Seismiska signaturer för Karymsky

41 Övervakning och riskförebyggande Geokemiska metoder Kemi i vattendrag Kemi i fumaroler Gashalt i jord Temperatur Studier av tidigare utbrott hitta mönster! arbete

42 Gravimetriska och magnetometriska mätningar När ny magma tillförs magmakammaren eller stiger i vulkanen är detta en transport av massa. Förändringen av massa förändrar det lokala gravitationsfältet. Mätningar av gravitationsfältet runt vulkanen kan ge en bild av förändringar i magmakammaren och vulkanen Dyr utrustning, omständig att placera ut få gravimetriska stationer Magnetometrisk utrustning som används på Etna, Sicilien Gravimetriska mätningar på Mount Asama, Japan

43 Gravimetriska och magnetometriska mätningar Det lokala magnetfältet runt en vulkan kan påverkas av flera faktorer, t.ex. nya sprickor, gas, vatten, temperatur, osv. Svårt att relatera förändringar till magmarörelser Magnetometriska mätningar endast tillämpat vid ett fåtal vulkaner Förändring på nt (10-9 T) uppmäta före eller efter utbrott Magnetometrisk utrustning som används på Etna, Sicilien Gravimetriska mätningar på Mount Asama, Japan

44 Hydroakustiska mätningar Aukustik våg = Tryckvåg Uppstår då magma rör sig, eller andra vätskor cirkulerar i vulkanen. Frekvenser mellan Hz Kelut, Indonesien (utrustad med hydroakustiskt mätutrustning) Dämpningen mindre i vätskor Akustiska vågor dämpas starkt i heterogent vulkaniskt berg Hydrofoner i hav, kratersjöar, brunnar eller vätskefyllda borrade hål Metoden mindre vanlig, finns dock på ett par ställen i Indonesien, Nya Zeeland och Filipinerna Taal, Filipinerna (utrustad med hydroakustiskt mätutrustning)

45 Sammanfattning Plattektonik Vulkaniska miljöer Magmabildning Partiell smälta, differentiering Mafisk/felsisk magma/lava/bergart Typer av vulkanutbrott Typer av vulkaner Direkta risker Indirekta risker Vulkaner och klimatet