vulkan – geologi

Vulkanen Sarysjev nordøst for Japan, fotografert fra Den internasjonale romstasjonen 12. juni 2009. Bildet er tatt i en tidlig fase av utbruddet.

Vulkan. Røyk stiger opp fra vulkanen Popocatépetl i Mexico.

vulkan (kart over vulkanske områder) (bilde)

vulkan (tegning, snitt gjennom Vesuv) (bilde)

vulkan – geologi, åpning i jordskorpen hvor magma (bergartssmelter) og gass transporteres opp fra Jordens (og andre planeters) indre (se asthenosfæren) og ut i dagen. Begrepet omfatter også fjellet som dannes av de forskjellige avsetningene rundt åpningen.

Om frembrudd og avsetning av ikke-magmatiske materialer, som ligner på egentlige vulkaner, se slamvulkan.

Vulkaner kan bestå av en eller flere utbruddsåpninger. Åpningen får oftest en gryte- eller traktform og kalles krater. Magma som renner ut på overflaten, kalles lava. Utstrømningen av lava foregår ofte eksplosivt når gasser, som har vært oppløst i lavaen, unnviker fordi trykket blir avlastet ved overflaten. Både utbruddets forløp og vulkanens form vil avhenge av lavaens kjemiske sammensetning og av mengde og art av gasser som er løst i den.

Utbredelse

Vulkaner finnes særlig langs svakhetssoner i jordskorpen, som ved plategrenser, f.eks. atlanterhavsryggen og langs vestsiden av Nord- og Sør-Amerika (se platetektonikk). De finnes også i sprekkesoner inne på kontinentene, som Rift Valley i Afrika og under varmeflekker, hotspots (f.eks. Hawaii). Utbredelsen av vulkanene ligner på den man finner for jordskjelv (se kart under jordskjelv). De forskjellige områdene har sine karakteristiske typer av lavaer, og vi kjenner dem fra tilsvarende områder langt tilbake i Jordens geologiske historie.

Typer

Skjoldvulkaner

Skjoldvulkaner er flate, men meget store vulkaner som er bygd opp av lettflytende basaltisk lava. Et typeeksempel er Mauna Loa på Hawaii, der flere vulkaner bygger opp et skjold med diameter på 100 km. Det reiser seg mer enn 4000 meter over havflaten og 10 000 meter over den omgivende havbunnen.

Tefravulkaner

Tefravulkaner er bygd opp av vulkansk fragmentmateriale (tefra), som er slynget ut ved eksplosive utbrudd av surere og mer seigtflytende og gassholdige lavaer, og avsatt nær utbruddsåpningen. Slike vulkaner er gjerne ganske små, med svært bratte sider (30–40° helning). Eksempler er Hverfjall på Island og Paricutín i Mexico.

Stratovulkaner (blandingsvulkaner)

Stratovulkaner (blandingsvulkaner) er bygd opp av vekslende lag av lava og tefra, vanligvis gjennomsatt av eruptivganger. De har ofte utpreget kjegleform. Helningen er avhengig av forholdet mellom lava- og tefrautbrudd, men er alltid brattere enn ved skjoldvulkaner. De fleste kjente vulkanene, som Fuji-san (Fujiyama) og Etna, er av denne typen.

Spaltevulkaner

Spaltevulkaner har utbrudd langs en spalte eller sprekk i jordskorpen. Gir ofte enorme masser av tyntflytende basaltisk lava under utbruddene. Et eksempel er Laki på Island. Under det store utbruddet her i 1783 rant det ut ca. 14 km³ basaltisk lava fra omkring 130 vulkankjegler som lå langs en 32 km lang linje.

Andre

I enkelte tilfeller er utbruddene helt eksplosive, og det dannes ikke noen vulkan i vanlig topografisk forstand, men bare et stort eksplosjonskrater. Man kan også få større ringformede innsynkninger, kalderaer, ved sammensynkninger av magmakammere under vulkanen.

Utbrudd

Ved vulkanutbrudd er ofte glødende lava det mest iøynefallende produktet, men også store mengder gass og pyroklastisk materiale (faste partikler) kan støtes ut.

Lava

Den aller vanligste typen lava på Jorden er basalt, som svarer i sammensetning til dypbergarten gabbro. Basalten danner kilometertykke, vidstrakte (1000 – 300 000 km²) opphopninger på landområdene (platåbasalter) over store deler av Sør-Afrika (Karoo-provinsen), India (Deccan-platået), Nord-Amerika (Columbia River-platået) og Paraná i Brasil. Basaltisk lava danner også bunnen av Jordens store havområder og blir til ved vulkansk virksomhet både langs riftene i midthavsryggene og inne på havbunnsplatene, f.eks. i Hawaiis skjoldvulkaner. Langs stillehavskysten av Sør-Amerika og over andre subduksjonssoner ligger en kjede av vulkaner som produserer litt mer silisiumholdig lava (andesitt). Lavaer med silisiumrike, granittiske sammensetninger, f.eks. ryolitt, er mindre vanlige og helst knyttet til svært eksplosiv vulkanisme. Mer sjeldent opptrer også magmatiske natrokarbonatitter som er særlig kjent fra vulkanen Ol Doinyo Lengai i Tanzania, Øst-Afrika, der det var utbrudd i bl.a. 2004 og 2006. Den svært lettflytende lavaen herfra er først svart, men reagerer i løpet av noen timer med luften og blir hvit.

Pyroklastisk materiale

De faste fragmentene som slynges ut, kalles gjerne pyroklaster og består hovedsakelig av fersk lava. Materialet deles inn etter størrelse; blokker eller bomber (> 6 cm), lapilli (4–32 mm) og aske (< 4 mm). En del av disse klastene var smeltet da de ble kastet ut, men størknet i luften. Bombene har gjerne en vridd form som viser at de var plastiske og fikk sin form ved rotasjon i luften.

Aske

Ved store utbrudd blir aske ført høyt opp i stratosfæren, noe som kan gi en sterkt rød solnedgang over hele Jorden. Vulkansk aske kan transporteres i store mengder og over store avstander. I Norge er det funnet askenedfall fra en rekke av de store utbruddene i Island. Blant annet finnes et lag kalt veddeaske (etter sted på Sula ved Ålesund) i bunnsedimentene i noen innsjøer. Det skriver seg fra et stort vulkanutbrudd på Island for omkring 12 000 år siden og er et viktig referanselag i kjerneprøver av sedimenter i havet, jord- og innsjøsedimenter i det nordlige Atlanterhavet og i iskjerner boret ut fra grønlandsisen.

Asken avsettes i tykke lag nær vulkanen og danner porøse bergarter som kalles tuff. Blandinger av varme gasser, aske og større partikler kan bevege seg meget raskt nedover fjellsidene og er kjent som nuées ardentes. Bergarten som avsettes der strømmen stanser opp og kjølner, kalles ignimbritt («sveisetuff»).

Gass

Vulkanske gasser er flyktige forbindelser som inntil utbruddet var løst i magmaet. 90 % av utslippene består av vanndamp (H₂O), ellers er det mest karbondioksid (CO₂), svoveldioksid (SO₂), H₂S (hydrogensulfid), HCl (hydrogenklorid),  N₂ (nitrogen) og fluorgasser.

En stor del av gassene unnviker fra magmaen/lavaen i utbruddsøyeblikket og er årsak til mye av den eksplosive karakter og de store røykskyer og flammevirkninger som er et karakteristisk trekk ved de fleste vulkanutbrudd.

Hvileperioder

Også i tiden mellom utbruddene kan det komme ut betydelige gassmengder fra vulkaner. Når den vulkanske virksomheten avtar, er gassutstrømningen gjerne det siste stadium, og vulkaner som har lange mellomrom mellom utbruddene, har gjerne en kontinuerlig utstrømning av gass.

Fra vulkanen Etna siver det f.eks. ut ca. 25 mill. tonn CO₂ årlig i de rolige periodene mellom utbruddene. Gass kan også komme ut av sprekker, ofte langt fra selve vulkanen, i fumaroler (dampkilder), solfatarer (fumaroler som avgir særlig mye svovelholdige gasser) og mofetter (vesentlig av karbondioksid). Utstrømningene kan fortsette kontinuerlig i titusener av år.

Mineraler

Ved kondensasjon avsettes i slike områder en hel del mineraler, fordi fumarolgassene foruten vanndamp også inneholder metaller (jern, bly, kobber m.fl.) bundet til fluor, klor eller svovel. Omkring utløpsstedene og langs sprekker i berggrunnen kan det avsettes sublimater av hematitt, galenitt, sfaleritt og salmiakk, på sine steder også borholdige mineraler og ved solfatarene gips og svovel), ofte i meget store mengder.

Varme kilder

Vulkanske områder har varmt grunnvann, som ofte er så nær kokepunktet at man får mer eller mindre periodiske utbrudd av vann og vanndamp, se geysir.

Katastrofer

På grunn av de voldsomme og ofte katastrofale utbruddene har vulkaner vært gjenstand for mye overtro (gudenes smie, nedgangen til helvete o.l.). Den første egentlige beskrivelse av et vulkanutbrudd ble gitt av Plinius d.y., som beskrev Vesuvs utbrudd i 79 e.Kr., da bl.a. byene Pompeii og Herculaneum ble ødelagt.

Vulkanutbrudd har ført til mange store katastrofer. Mennesker blir som regel ikke drept av selve lavaen, for den renner så langsomt at befolkningen i de truede områdene vanligvis kan rømme, og skadene blir derfor hovedsakelig av materiell art. Den største faren er knyttet til pyroklastiske strømmer og sekundærvirkninger som jordskjelv (som nesten alltid følger vulkanske utbrudd), flom, skred og slamstrømmer, som oppstår pga. oppdemte elver, voldsomme regnskyll eller smelting av is og snø. I Pompeii skyldtes katastrofen aske- og lapilliregn, til dels også giftige gasser, mens Herculaneum først ble begravd av en tynn, glødende pyroklastisk strøm, og senere av slamstrømmer i til sammen opptil 20 meters tykkelse.

På Island er store ødeleggelser forårsaket av askefall som ødelegger beitet, slik at dyrene dør; i tidligere tider førte dette ofte til hungersnød. En femtedel av Islands befolkning omkom som følge av Laki utbruddet i 1783 og hungersnøden etterpå. En spesiell islandsk type utbruddskatastrofe er jøkulhlaup, en voldsom flom som skyldes vulkanske utbrudd under isbreer. Tamboras (Indonesia) utbrudd 1815 er det største kjente vulkanutbrudd i historisk tid. Omkring 10 000 mennesker omkom som direkte følge av utbruddet, mens om lag 80 000 døde av sult og sykdommer senere. Av andre katastrofer i vår tid kan nevnes Krakataus (Indonesia) utbrudd 1883, da en 20 m høy flodbølge tok livet av minst 36 000 mennesker på de omliggende øyene, og utbruddet på Montagne Pelée på Martinique 1902, hvor ca. 30 000 mennesker ble drept på noen få minutter av en pyroklastisk strøm.

Tykke avleiringer av vulkansk aske og pyroklastiske strømmer i relativt unge geologiske avleiringer forteller om vulkanske katastrofer av langt større omfang enn man kjenner fra menneskenes historie. Slike supervulkanske utbrudd kan inntreffe igjen. Man frykter f.eks. for at det kan komme slike utbrudd i Yellowstone-området i USA, ved Napoli i Italia og flere andre steder der man i den geologiske lagrekken har tegn på tidligere meget store vulkankatastrofer.

Energi

Den energi som utløses i vulkaner, kommer til dels fra mekanisk bevegelse og oppsamlet gass, men hovedsakelig fra radioaktiviteten i jordskorpens øvre del. De radioaktive grunnstoffene som gir denne energien, er kalium, uran og thorium. Det er gjort en rekke forsøk på å utnytte den vulkanske energien, særlig i de perifere deler av vulkanske områder, hvor man kan tappe ut gasser og varmt vann (se geotermisk energi). Dette blir gjort i Island og New Zealand, som har en betydelig elektrisitets- og varmtvannsproduksjon fra varme kilder i vulkanske strøk.

Norge

På fastlands-Norge er det ingen aktive vulkaner, men Beerenberg (Europas tredje største vulkan) på Jan Mayen hadde et stort utbrudd 1970 og et mindre 1985. Bouvetøya og Peter I Øy i Antarktis har utdødde vulkaner som har vært aktive i ganske ny tid, og nylig utdødde vulkaner finner man også på Spitsbergen.

I tidligere geologiske perioder har man imidlertid mange spor av vulkaner i Norge. Fra prekambrium (eldre enn 542 mill. år) kjenner vi lavaer fra Telemark, Trysil og Finnmark. Under den kaledonske fjellkjedefoldning var det mange vulkaner, særlig i det området som gav bergartene i Trondheimsfeltet og også ellers i fjellkjeden. Man kjenner også vulkanske askelag fra ordovicium, utbredt over hele Skandinavia og Østersjø-området.

I sen karbon og perm var Oslofeltet et innsynkningsområde; her er lavaer av samme type som de som karakteriserer de moderne riftene f.eks. i Øst-Afrika. Lavastrømmer på til sammen flere kilometers tykkelse dekket landskapet den gang, og vi finner rester av dypereliggende intrusjoner og kanskje også tilførselskanalene til en rekke skjoldvulkaner (Tofteholmen, Ullernåsen, Brandbukampen). Det var også flere store kalderaer (Bærumskalderaen, nord for Kolsås, ved Glitrevatnet nord for Drammen og i Vestfold). Disse kan ha blitt dannet under enorme vulkanske utbrudd (se supervulkan). Man har også spor av rene eksplosjonskratere og ignimbritter. Etter perm har det vært svært lite vulkansk virksomhet i Norge. I forbindelse med sprekkesoner var det imidlertid vulkansk virksomhet i den norske delen av Nordsjøen i tidlig tertiær (eocen). Aske fra disse vulkanene finner man i tertiære lag i Danmark og Nordsjøen. En 40–50 km vid, nå undersjøisk kaldera på Vøringsplatået, 300 km vest for Bodø, antas å ha vært knyttet til en supervulkan under dannelsen av Thuleprovinsens flombasalter i det nordatlantiske området for 50–55 mill. år siden.

Vulkaner utenfor Jorden

På Månen er de store «havområdene» (marene) oppbygd av basaltisk lava som ble dannet for 3,5–3 milliarder år siden, men den vulkanske aktiviteten døde deretter ut. På Mars har marelignende flate områder med antatt basalt trolig samme alder som marene på Månen. Men i tillegg er her nær 20 navngitte vulkaner hvorav den største er skjoldvulkanen Olympus Mons som reiser seg hele 25 km over omgivelsene og er den største i hele solsystemet. Den og noen andre store skjoldvulkaner synes hovedsakelig å ha blitt dannet for mellom én og to milliarder år siden. De aller yngste lavastrømmene ved Olympus Mons kan ha blitt til så sent som for 20– 200 mill. år tilbake, men siden da har det ikke vært noen vulkansk virksomhet på Mars. Venus viser spor etter flere vulkaner enn noe annet himmellegemene i solsystemet. Her er 1600 større vulkaner og en mengde mindre topografiske trekk som viser til tidligere vulkansk virksomhet. Men man har ikke hittil sett noe som tyder på aktiv vulkanisme i dag. Jupiters måne Io er det vulkansk mest aktive himmellegemet i solsystemet, og fra satellitter er det tatt glimrende bilder av vulkanske utbrudd. Overflaten fornyes stadig med lavastrømmer som dels består av silkatsmelter og dels av flytende svovel.

Et utvalg kjente vulkaner

Se også Nøkkelbindets tabell Vulkaner

Et utvalg store vulkanutbrudd de siste 10 000 år

Utbrudd med vulkansk eksplosivitetsindeks (VEI) større enn, eller lik 5 og/eller utbrudd med lava- eller tefravolumer større enn, eller lik 1 km³ (merket *).

¹VEI = Volcanic Explosivity Index (vulkansk eksplosivitetsindeks)

Vulkansk eksplosivitetsindeks (volcanic explosivity index, vei)