Vulkanen

Weinig aardwetenschappelijke onderwerpen zijn zo spectaculair als vulkaanuitbarstingen. Wellicht de bekendste uitbarsting is die van de Vesuvius in Italië. In the ochtend van 24 augustus in het jaar 79 n. Chr. barstte de vulkaan, 10 km ten noordwesten van Pompeï, met een verschrikkelijke kracht uit. De uitbarsting duurde meer dan 24 uur. De as van de vulkaan breidde zich uit naar het zuidoosten, zorgde voor een ongekende duisternis en bedekte Pompeï uiteindelijk onder een dikke laag as en puimsteen (licht ‘gatenkaasgesteente’).

Toch hadden mensen nog de tijd om te vluchten, want pas rond middernacht kwamen de eerste pyroclastische stromen (hete luchtstromen) de berg af. De nog levende, achtergebleven mensen, de huizen en de omliggende steden werden alsnog vernietigd en bedekt onder een laag van 3-4 meter. De streek kwam er nooit mee bovenop en Pompeï werd nooit meer herbouwd. Een uitzonderlijk voorbeeld van wat een vulkaanuitbarsting aan kan richten.

Dit dossier zal ingaan op hoe vulkanen zoals de Vesuvius eruit zien, hoe ze uitbarsten en waar ze voorkomen. Ook indirecte effecten zoals modderstromen en effecten op het klimaat komen aan bod. Tenslotte wordt vulkaanobservatie en de invloed op de economie aangestipt.

Opbouw

Een vulkaan is een simpelweg een hoogte in de omliggende omgeving. Het verschil met een normale berg is, dat een vulkaan van tijd tot tijd lava uitspuwt en een veel symmetrischere vorm heeft. Onder de vulkaan ligt een magmakamer waarin zich magma ophoopt. Als de kamer volraakt, wordt het 600-1600°C hete magma naar boven gestuwd door een pijp naar de top van de vulkaan. De uitbarsting is een feit en de magma heet nu lava.

• Vulkanen: opbouw, vorm/type en locatie

Lokatie

Vulkanen komen niet overal even veel voor, maar zijn geconcentreerd rond tektonisch actieve gebieden. Dit zijn gebieden waar aardplaten langs, uit of onder elkaar bewegen en waar ook veel aardbevingen voorkomen.

Een ander, maar minder belangrijke oorzaak van vulkanen zijn hotspots. Hierbij komt magma vanuit de diepe aardmantel naar boven. Hotspots blijven op dezelfde plaats terwijl de aardplaten er overheen bewegen. Zo is bijvoorbeeld een noordwestelijk spoor van bergen vanaf Hawaï te zien, een bewijs dat de Pacifische aardplaat al 65 miljoen jaar naar het noordwesten beweegt. Yellowstone is een tweede voorbeeld van een ‘hotspotvulkaan’.

Vulkanen vormen de ‘Ring van Vuur’ rond de Stille Oceaan. In het midden is Hawaï te zien (2 stippen). Bron: NASA

Vulkanisme is niet beperkt tot de aarde alleen. Vergelijkbare vulkanen worden ook gevonden op de Mars, Venus, Io (maan van Jupiter) en op de maan. Vulkanen op Mars kunnen veel groter worden dan op aarde. Eén voorbeeld is de Olympus Mons met een breedte van 550 km! Op Venus zijn al 1700 vulkanen waargenomen en op de veelkleurige aardkorst van Io bestaat uit onder andere lava, zwavel en pyroclastisch materiaal (alle vulkanische uitbraakmaterialen). De korst van de maan bestaat uit een 70 km dik pakket basalten en dat is vulkanisch uitvloeiingsgesteente. Activiteit genoeg dus op andere planeten.

Twee uitbarstingen met zwavel zijn hier zichtbaar op Io. De eerste met een hoogte van 140 km is bovenaan de zien en de ander is als een bruine pluim onderaan te zien. De laatste (Prometheus) heeft een hoogte van 75 km en is mogelijk al 18 jaar onafgebroken actief. Bron: NASA

• Vulkanen en plaattektoniek (Engels)
• Hotspot blijkt te wandelen

Dode, slapende en actieve vulkanen

Al deze vulkanen, zowel op aarde als op andere planeten, worden ingedeeld in dode, slapende of actieve vulkanen. Een dode vulkaan is al lange tijd inactief en wordt ook niet meer actief, terwijl een slapende vulkaan wel weer actief wordt en een actieve vulkaan op dit moment actief is. Wat nu actief is en hoe lang de inactieve fase mag duren is onbekend.

De Nederlandse Zuidwalvulkaan, ten westen van Harlingen in de Waddenzee, is al sinds 150 miljoen jaar geleden inactief. Deze is bedekt onder een 2 km dik pakket van zand en klei en is wél een dode vulkaan.

Vulkaantypen/-vormen

Een tweede manier om vulkanen te classificeren is op type en vorm. De belangrijkste typen zijn schildvulkanen, stratovulkanen en sintelkegels. De eerste is het grootst, minst explosief en braakt lava met een lage viscositeit (lage stroperigheid). Stratovulkanen (ook wel composietvulkanen genoemd) hebben een steilere helling, zijn explosiever, barsten minder vaak uit en hebben een gelaagde opbouw. Het hogere silicagehalte zorgt voor een stroperige lava en daarmee voor een explosiever karakter van de vulkaan. Sintelkegels komen het meest voor. Ze hebben een steile, constante helling en zijn slechts enkele honderden meters hoog. Ze groeien zeer snel en zijn korte tijd actief. De lava is vergelijkbaar met die van een schildvulkaan.

Naast de drie hoofdtypen worden ook nog koepelvulkanen, caldera’s, lavaplateaus, onderwatervulkanen, supervulkanen, zandvulkanen en moddervulkanen onderscheiden. De één heeft zijn naam te danken aan de grootte van de uitbarstingen, de ander aan de vorm en weer een andere aan de locatie van uitbarsten of het sedimenttype. Overlap komt daarom voor.

Een koepelvulkaan in de krater van Mount St. Helens (2006). Bron: USGS

• Supervulkanen bedreigen de aarde
• Vulkaantypen (Engels)

Eruptietypen

Een derde manier om vulkanen in te delen is naar het type uitbarsting (eruptie). Bepalend hierbij is de viscositeit (stroperigheid) van de lava. Hoe stroperiger de lava, des te explosiever de uitbarsting.

Een Hawaïaanse eruptie is het minst explosief en er stroomt laag-visceuze lava naar buiten. Bij een spleeteruptie komt lava uit een lange groef in de aardkorst doordat er meerdere uitbarstingen tegelijkertijd plaatsvinden. Strombolische erupties komen vanuit de vulkaankrater, vaak met tussenpozen van enkele minuten. Hierbij spuit laag-visceuze lava luidruchtig alle kanten uit. Het explosievere ‘vulkanische’ eruptietype veroorzaakt een eruptiekolom van 5-10 km hoog. De lava heeft een hoge viscositeit. De Pliniaanse eruptie is extreem explosief en heeft een hogere eruptiekolom (11-45 km). De uitbarsting heeft een onregelmatig karakter. Als laatste is er de hydrovulkanische eruptie, een eruptietype waarbij lava in aanraking komt met grond- of oppervlaktewater. Een explosie van stoom volgt meestal.

Een boogfontein, een subtype van de Hawaïaanse eruptie. Bij zulke uitbarstingen is zeer vloeibare lava betrokken. Bron: USGS

• Vulkanen: directe en indirecte gevolgen

Indirecte effecten

Naast de uitbarsting zelf kunnen er nog tal van andere effecten optreden. Deze secundaire gevolgen zijn vaak vernietigender voor de omgeving dan de eigenlijke uitbarsting. Tot deze gevolgen behoren lahars, pyroclastische stromen en klimaatveranderingen.

Een lahar is een modderstroom van water en pyroclastisch materiaal. De temperatuur kan oplopen tot het kookpunt van water (100°C). Hevige regenval, sneeuwsmelt en het vrijkomen van water uit een kratermeer kunnen lahars teweegbrengen.

Een pyroclastische stroom bestaat uit heet, uitzettend gas en pyroclastisch materiaal. Snelheden kunnen oplopen tot wel 100 km/u; de temperatuur tot 200-700°C. Ze ontstaan door bijvoorbeeld het ‘inzakken’ van de eruptiekolom en het vrijkomen van grote hoeveelheden gas uit de vulkaan.

De gassen die vrijkomen bij vulkaanuitbarstingen zorgen voor een netto wereldwijde afkoeling. Zwavelzuur, zwaveloxide en zwaveldioxide zorgen voor afkoeling door terugkaatsing van het zonlicht, terwijl waterdamp en koolstofdioxide juist als broeikasgas werken. De afkoeling is vaak slechts enkele tienden van een graad, maar kan ook oplopen tot vele graden. De afkoeling duurt meestal enkele jaren, maar bij superuitbarstingen of langdurige lava-uitvloeiingen neemt de duur enorm toe.

Naast deze drie belangrijke gevolgen komen ook aardverschuivingen, lawines, tsunami’s, blikseminslagen en overstromingen door het leeglopen van een groot kratermeer voor.

Een pyroclastische stroom vanaf de stratovulkaan Soufrière Hills (Montserrat, 1997). Bron: Smithsonian Institution (Global Volcanism Program); Richard Heard (Montserrat Volcano Observatory)

• Klimaatgevolgen vulkanische uitbarstingen beperkt
• Aerosolen: Vulkanen, stof, wolken en klimaat (Engels)

Vulkaanobservatie

Vulkanologen wachten niet tot de volgende uitbarsting komt, maar gaan actief aan de slag om nieuwe uitbarsting te voorspellen. Daarbij waarschuwen ze, indien nodig, de bevolking en overheden. Er zijn diverse aanwijzingen voor aankomende uitbarstingen. Eén daarvan zijn aardbevingen rond de vulkaan, die worden gemeten met seismografen/seismometers. Ook vulkanische tremoren, trillingen met een lage frequentie (in Hz), worden hiermee gemeten. Vervormingen van de kraterbodem/vulkaan, verhoogde gasuitstoot van zwaveldioxide en koolstofdixode, een temperatuursstijging van de vulkaan zijn ook aanwijzingen voor een op handen zijnde uitbarsting. Daarnaast houden vulkanologen de nabijgelegen rivieren en stroompjes in de gaten, maar ook de aswolk van de uitbarsting. Het laatste is van groot belang voor het vliegverkeer.

Een seismometer wordt geïnstalleerd op de achtergrond van de Mount St. Helens (USA). Bron: USGS

• Vulkaanmonitoring (Engels)
• Voorspelling van erupties (Engels)

Vulkanen en economie

Vulkaanobservatie kost veel geld, maar een grote uitbarsting ook. De schade kan in de miljarden lopen afhankelijk van wat er in de directe omgeving staat.
Die directe omgeving van vulkanen wordt echter ook nuttig gebruikt voor exploitatie van aardwarmte (geothermische energie). Deze warmte gebruiken energiecentrales voor energieopwekking en voor de warmwatervoorziening (geothermische energieën). Zulke centrales liggen bijvoorbeeld op IJsland en in de Verenigde Staten.

De Nashvellir geothermische energiecentrale in het zuiden van IJsland ligt bij de Hengill vulkaan. De centrale produceert 120 megawatt en 1800 liter warm water per seconde.

• Vulkaanobservatie en economie

Nog vele uitbarstingen zullen volgen in de komende jaren. De vulkaanobservatie-technieken verbeteren alsmaar en daarmee ook de voorspellingen. De vraag is echter hoe we omgaan met de ruimte in de omgeving van de vulkaan met de steeds stijgende wereldbevolking. Bouwen we die vol of toch niet? Voorkomen is nog steeds beter dan genezen, want vulkanen laten zich nooit tegenhouden.