Vulkanen – Directe en indirecte gevolgen

Een direct gevolg van een vulkaanuitbarsting is de eruptie zelf, waarvan verschillende typen bestaan. Deze kan tal van indirecte gevolgen veroorzaken zoals allesvernietigende modderstromen (lahars) en hete gasstromen (pyroclastische stromen). Zelfs het wereldwijde klimaat kan sterk beïnvloed worden door één enkele uitbarsting. Een spectaculaire temperatuursdaling van enkele graden is zelfs mogelijk.

3 april 2008

Directe gevolgen – Vulkaanerupties

Er zijn verschillende manieren waarop een vulkaan tot uitbarsting komt. Verschillen zitten hem in de viscositeit (stroperigheid) van de lava. Hoe stroperiger de lava, des te explosiever de uitbarsting. Hieronder worden eruptietypen van niet-explosief naar zeer explosief besproken.

Hawaïaanse eruptie

Dit type is de rustigste van alle typen erupties. Hawaïaanse erupties komen voor bij schildvulkanen, grote vulkanen met niet-explosieve uitbarstingen van laag-visceuze (makkelijk stromende) lava. Uitbarstingen komen vanuit de top, openingen op de helling, lavameren en spleten.

Bij een Hawaïaanse uitbarsting stroomt laag-visceuze lava uit de vulkaan, vaak in combinatie met een lavafontein. De fonteinen kunnen tientallen tot honderden meters hoog worden en enkele uren aanhouden. De hoogste ooit waargenomen is een fontein van 1600 m hoog die ontstond bij de uitbarsting van de Izo-Oshima in Japan in 1986.

De gloeiende deeltjes van de lavafontein schieten vele meters hoog de lucht in en drijven weg op de wind. Hierna koelen ze af en belanden als gestolde deeltjes in de omgeving van de vulkaan. Als er teveel vloeibaar materiaal bijeen komt om in de lucht te stollen, klontert de massa op de grond samen. Andere, zeer kleine deeltjes vormen glasbolletjes of glasdruppels. De hoeveelheid uitgestoten gas en pyroclastisch (uitgestoten materiaal uit de vulkaan) is beperkt.

Een typische Hawaïaanse eruptie op de Kilauea in 1983. Bron: USGS

Bron Video: USGS

Spleeteruptie

Bij spleeterupties vinden meerdere uitbarstingen tegelijkertijd plaats. De laag-visceuze lava vult de spleet of het spleetsysteem op. Zulke spleten ontstaan vaak bij het rekken van de bovenste laag van de aarde, de aardkorst.

Spleeterupties komen voor bij mid-oceanische ruggen, gebieden in de oceaan waarbij aardplaten uiteen drijven zoals in de Atlantische oceaan. Op IJsland, dat een gedeelte van deze mid-oceanische rug is, komen dan ook vaak spleeterupties voor. Hier vond ook de grootste waargenomen spleeteruptie ooit plaats in 1783. Spleeterupties komen ook voor op Hawaï.

Een spleeteruptie op de Kilauea op Hawaï in 1992. Bron: USGS

Strombolische eruptie

Veel uitbarstingstypes zijn genoemd naar de plaats waar ze vaak voorkomen. Zo ook de Strombolische eruptie, afgeleid van uitbarstingen van de Stromboli ten noorden van Sicilië (Italië). Deze vulkaan wordt ook wel de ‘vuurtoren van de Middellandse Zee’ genoemd omdat hij al 2.400 jaar zo goed als onafgebroken actief is. De Etna en Surtsey (IJsland, 1963) zijn andere voorbeelden. Strombolische erupties komen voor op sintelkegels, uit lavafragmenten opgebouwde, kleine vulkanen met een steile helling. Daarnaast worden ze ook gezien op stratovulkanen, middelgrote, vaak explosieve vulkanen met een gelaagde opbouw.

Kenmerkend zijn uitbarstingen van laag-visceuze lava uit de top van de vulkaan. De uitbarstingen vinden met tussenpozen plaats (vaak slechts minuten) en kunnen tot honderden meters hoog reiken. De omhooggeschoten, vaak onregelmatige lavabrokken zijn meestal groter dan een vuist (om precies te zijn: groter dan 64 mm).

Het verschil met Hawaïaanse erupties is dat een Strombolische uitbarsting veel meer lawaai produceert. Er is geen duidelijke opstijgende wolk vanuit de vulkaan te zien (eruptiekolom); de deeltjes schieten alle kanten op. Daarnaast is de uitstroom van lava beperkt. Als er al lava uitstroomt dan gaat het meestal om langzaam stromende, hoog-visceuze (moeilijk stromende) lava.

Een eruptie op de Italiaanse Stromboli in 1969. Hete deeltjes komen terecht op de rand van de top van de vulkaan. Bron: USGS

Vulkanische eruptie

Op het Italiaanse eiland ‘Vulcano’ staat de vulkaan die verantwoordelijk is voor dit eruptietype. De oude Romeinen dachten dat dit eiland gemaakt was door Vulcanus, de smid onder de goden en de god van het vuur. Ook de uitbarsting van de Stromboli in 1930 was een vulkanische eruptie.

De uitbarstingen worden getypeerd door hun korte duur (minuten tot uren) waarbij grote brokken (weer groter dan 64 mm) met hoge snelheid omhoog schieten. Ook komen er grote hoeveelheden as vrij vanwege de grote hoeveelheid gas in het magma. Het magma heeft een hoge viscositeit waardoor het gas moeilijk kan ontsnappen. Hierdoor bouwt zich druk op, uiteindelijk gevolgd door de explosie.

Vulkanische erupties zijn explosiever dan Strombolische of spleetuitbarstingen. De eruptiekolom is vaak vijf tot tien km hoog waardoor het pyroclastische materiaal een groot verspreidingsgebied heeft.

Een uitbarsting van de Tavurvur op Papua Nieuw Guinea in 1998. Bron: USGS

Pliniaanse eruptie

Italiaanse eilanden en de oude Romeinen hebben hun naam aan een hoop uitbarstingstypes gegeven. De Pliniaanse eruptie is afgeleid van Plinius de Jongere, die in 79 n. Chr. de uitbarsting van de Vesuvius beschreef. Pliniaanse uitbarstingen komen voor bij stratovulkanen, de gelaagde vulkanen waar ook minder explosieve Strombolische uitbarstingen voorkomen. De Krakatau eruptie uit 1883 is een bekende Pliniaanse eruptie, maar ook de uitbarsting van de Mount St. Helens (1980) in de Verenigde Staten is een goed voorbeeld.

De eruptie is extreem explosief, heeft een onregelmatig karakter en kan uren tot dagen aanhouden. De hoeveelheid gas en silica (SiO₂, de chemische formule van glas en zand) in het magma verschilt. De hoogte van de kolom wordt veroorzaakt door uiteen bewegende gassen en de kracht van de explosie zelf. Over het algemeen wordt een hoogte van meer dan 11 km bereikt, met pieken tot wel 45 km hoogte! Die maximale hoogte is halverwege de grens met de ruimte; het gedeelte van de atmosfeer waar weersverschijnselen als wolken en regen ontstaan, komt maar tot tien kilometer boven het zeeniveau.

In de directe omgeving van een Pliniaanse eruptie ligt veel puimsteen. Dat is een licht, vulkanisch gesteente met grote holtes. De as heeft een groter verspreidingsgebied. Ook indirecte effecten zoals pyroclastische stromen en lahars komen voor.

Een prachtvoorbeeld van een Pliniaanse uitbarsting is de uitbarsting van Mount St. Helens op 18 mei 1980. De vulkaan was in 123 jaar niet uitgebarsten. De uitbarsting werd in de maanden ervoor aangekondigd door enkele aardbevingen maar ook door enkele kleinere uitbarstingen. De grote uitbarsting zelf werd veroorzaakt door een aardbeving (5,1 op de schaal van Richter) aan de noordflank van de berg. Daardoor trad een zijwaartse uitbarsting op. Na de uitbarsting was de vulkaan 400 m lager. Bijna 60 mensen verloren het leven. Ook in de maanden na 18 mei is de vulkaan nog een aantal keren uitgebarsten. Bron: USGS

Hydrovulkanische eruptie

Kenmerkend voor hydrovulkanische erupties is dat magma in contact met grondwater komt, waarna een explosie van stoom ontstaat. Het hete magma zorgt er namelijk voor dat het water zeer snel verdampt en opstijgt. Bij de stoomexplosie komt maar zelden lava naar buiten. Vaak is een brede cirkel van stoom aan het aardoppervlak te zien (basisstroom) waaruit een eruptiekolom de atmosfeer in gaat. Het instorten van de kolom vanwege zijn grote dichtheid zou de reden zijn voor het ontstaan van zo’n basisstroom. Vaak worden ondiepe kraters gevormd (‘maren’) die zich kunnen opvullen met water.

Ook reacties met oppervlaktewater behoren tot het hydrovulkanisme. Dit type wordt weleens gezien als de natte variant van Strombolische erupties. Ze zijn echter veel explosiever en produceren een duidelijke eruptiekolom.

Als een vulkaan groeit en minder makkelijk bij het grondwater kan, zal het aantal hydrovulkanishe erupties afnemen ten koste van andere eruptietypen. De uitbarsting van Mount St. Helens werd vooraf gegaan door honderden hydrovulkanische erupties. Ook op Kilauea op Hawaï komen zulke uitbarstingen voor, voornamelijk als de lava het zeewater bereikt. Ook onderzeese erupties vallen onder dit type uitbarsting.

De Ukinrek in Alaska explodeerde in 1977. De uitbarsting hield 12 dagen aan en vormde twaalf maren – ondiepe kraters die volstromen met water. Bron: USGS

Eruptietypen gekoppeld aan vulkaantypen.

Indirecte gevolgen

Vulkanen veroorzaken niet alleen een aswolk en een lavastroom, maar kunnen ook tal van indirecte rampen veroorzaken. Deze secundaire effecten zijn vaak vernietigender voor de omgeving dan de eigenlijke uitbarsting. Voorbeelden zijn lahars en pyroclastische stromen. Ook aardverschuivingen, lawines, tsunami’s, blikseminslagen en overstromingen door het leeglopen van een groot kratermeer kunnen indirecte gevolgen zijn van vulkaanuitbarstingen. Zelfs het wereldwijde klimaat is gevoelig voor een flinke vulkaanuitbarsting.

Lahar

Een lahar is de Indonesische term voor een modderstroom. Die ontstaan vaak voor op de hellingen van strato- en schildvulkanen. De stroom bestaat uit water en pyroclastisch materiaal en de temperatuur kan oplopen tot 100°C, het kookpunt van water.

Lahars worden veroorzaakt door hevige regenval voor, tijdens of na een vulkaanuitbarsting, door het smelten van water en ijs op de vulkaan, of door het vrijkomen van water uit het kratermeer. Een hete, pyroclastische stroom kan ook zorgen voor het smelten van ijs en sneeuw en vervolgens een lahar veroorzaken. Ook een aardverschuiving kan overgaan in een lahar.

Het kan tientallen kilometers duren voordat een lahar tot stilstand komt. De snelheid kan oplopen tot meer dan 100 km/u. Duidelijk is dat hierbij grote schade wordt aangericht, ook door de grote brokken die worden meegevoerd. Doden onder mens en dier, de vernieling van dorpen en steden, het onbruikbaar worden van bouwland zijn enkele schokkende gevolgen.

Ook in maart 1982 barstte de Mount St. Helens uit. Hierbij vormde zich een lahar. Lahars als gevolg van de uitbarsting van de Nevado del Ruiz (Colombia, 1985) doodden 23.000 mensen. Bron: USGS

Pyroclastische stroom

Deze stroom bestaat uit een hete brei van uitzettend, schadelijk gas en pyroclastisch materiaal in de vorm van kleine deeltjes en soms grote brokken. Pompeï en Herculaneum werden getroffen door deze stromen na de uitbarsting van de Vesuvius in 79 n. Chr.

Een pyroclastische stroom kan veroorzaakt worden door uitspuwen van lava door een Pliniaanse eruptie of door het instorten van de koepelvulkaan. Dat is een kleine vulkaan, gevormd door hoog-visceuze lava in een krater van een andere vulkaan. Andere oorzaken van pyroclastische stromen zijn periodes dat veel gas uit de vulkaanmond komt, het inzakken van de eruptiekolom en tenslotte het instorten van een deel van de vulkaanhelling. Daardoor is de richting van uitbarsting niet meer verticaal is maar horizontaler en kan een stroom veroorzaken.

De dichtheid van een pyroclastische stroom is groter dan de lucht zelf, zodat de stroom het aardoppervlak volgt. Gas vanuit het pyroclastische materiaal en vanuit de lucht die de stroom tegenkomt, zorgen voor het voortbestaan van de stroom. Nadat de allesvernietigende stroom de berg af is, is deze moeilijk te stoppen en kan hij tot tientallen kilometers het land in stromen. Snelheden lopen vaak op tot meer dan 100 km/u; de temperatuur kan oplopen tot 200 – 700°C

Er zijn twee soorten pyroclastische stromen. Bij nuée ardentes (‘gloedwolken’) is de inhoud van de wolk voornamelijk as. Deze variant ontstaat bij het instorten van een koepelvulkaan. De inhoud van een puimsteenstroom is logischerwijs voornamelijk puimsteen. Zulke stromen vormen zich vooral bij het instorten van een eruptiekolom.

Pyroclastische stromen komen de Mayon vulkaan af in de Filippijnen (september 1984). Door tijdige evacuatie kwam er niemand om. Het ging wel mis in 1902 toen pyroclastische stromen 28.000 mensen doodden op het Caribische eiland Martinique. Bron: USGS

Klimaatverandering

Eén tot zes procent van het magma bestaat uit opgeloste gassen die vrijkomen bij uitbarstingen. Het meest voorkomende opgeloste gas in magma is waterdamp (70-90%). Andere gassen die vrijkomen zijn in afnemende hoeveelheid koolstofdioxide (CO₂), stikstof (N₂) en zwaveldioxide (SO₂). Verder komen elementen als waterstof (H), zwavel (S), fluor (F) en chloor (Cl). Snel na het vrijkomen reageren die tot schadelijke gassen zoals zoutzuur (HCl), waterstoffluoride (HF), zwavelzuur (H₂SO₄) en waterstofsulfide (H₂S) gevormd. De laatste ruikt naar rotte eieren.

Zwavelzuur condenseert hoog in de atmosfeer tot kleine sulfaataerosolen, in de lucht gevormde vaste of vloeibare deeltjes met zwavel. De sulfaataerolsolen kaatsen zonlicht terug de ruimte in voor het de aarde bereikt, waardoor afkoeling optreedt. Ook zwaveloxide en zwaveldioxide spelen een belangrijke rol bij de afkoeling door terugkaatsing van het zonlicht. De vrijgekomen waterdamp (H₂O) en koolstofdioxide (CO₂) zorgen juist voor opwarming van de aarde. Ze absorberen warmte die de aarde wil verlaten: het bekende broeikaseffect. Asdeeltjes die hoog in de atmosfeer terecht komen, hebben weinig effect op de temperatuur op aarde en komen na enkele dagen tot weken weer op de aarde terecht.

Van de twee klimaateffecten is het afkoelende effect sterker. Daardoor wordt het netto kouder na een vulkaanuitbarsting. Er is namelijk al heel veel koolstofdioxide en waterdamp in de atmosfeer waardoor het extra opwarmende effect van de vulkaangassen klein is. Ook komt de uitgestoten waterdamp weer snel als regen op de aarde. De hoeveelheid binnenkomend zonlicht kan met tientallen procenten afnemen. Een wereldwijde afkoeling van een vulkaanuitbarsting is meestal kleiner dan 1,5° C. Toch is dit enorm groot afgezet tegen de wereldwijde temperatuurstijging van 0,8° C sinds 1920! Maar het kan nog spectaculairder. De uitbarsting van de Laki op IJsland in 1783 veroorzaakte een daling van bijna 5° C.

Een temperatuurdaling aan het aardoppervlak kan enkele jaren aanhouden na een grote eruptie. Na een paar jaar zijn alle aerosolen verdwenen door onder andere de vorming van zure regendruppels uit de samenklontering van aerosolen. Ook Nederland heeft dus last van grote uitbarstingen in andere delen van de wereld, zij het slechts in beperkte mate.

Langdurige uitbarstingen gedurende miljoenen jaren (bijvoorbeeld de ‘Deccan Traps’ in India, die rond 65 miljoen jaar ontstonden) kunnen een veel groter, en rampzalig effect hebben op het wereldwijde klimaat en zorgen dat flora en fauna massaal uitstierven.

Ook de ozonlaag kan voor een paar jaar met tientallen procenten afnemen door aerosolen die de vorming van chlooroxide (ClO) veroorzaken. Die stof breekt ozon (O₃) af. Hierdoor belandt er gedurende enkele jaren meer UV straling, straling die huidkanker kan veroorzaken, op de aarde.

Blikseminslag maakte de uitbarsting van de Rinjani (Indonesië, 1994) nog spectaculairder.

Het moge duidelijk zijn dat mensen die in de buurt van een vulkaan wonen het grootste gevaar lopen. Maar ook mensen die enkele tientallen kilometers er vanaf wonen, lopen het risico verrast te worden door indirecte gevolgen zoals een lahar of een pyroclastische stroom. De uitbarsting van vulkanen kan zelfs wereldwijde effecten hebben: ook Nederland kan afkoelen als gevolg van een grote uitbarsting. Langdurige, grote uitbarstingen zoals die in het verleden plaats hebben gevonden, kunnen zelfs leiden tot een nieuwe ijstijd. Een mogelijke veroorzaker is de de supervulkaan Yellowstone (V.S.), die om de 700.000 jaar uitbarst. Die grens naderen we juist weer. Tot op heden zijn er echter geen onomstotelijke aanwijzingen voor een naderende superuitbarsting…