Vulkanisme

Inleiding In het examenjaar van 5HAVO kregen we de opdracht om een profielwerkstuk te maken. Ons profiel is Economie en Maatschappij, en in dit profiel hebben we het vak Aardrijkskunde. Dit vinden we allebei een erg leuk vak, vandaar dat wij dit vak gekozen hebben om hierover een profielwerkstuk te maken. Als onderwerp hebben gekozen voor vulkanisme, dit is namelijk een zeer indrukwekkend natuurverschijnsel. Dit onderwerp sluit ook goed aan op onze Praktische Opdracht Aardrijkskunde van vorig jaar, wat ook een erg verwoestend maar toch mooi natuurverschijnsel was, namelijk het onderwerp Tornado’s. In dit werkstuk krijgt de lezer een duidelijk beeld van het ontstaan van een vulkaan, en wat de gevolgen er van zijn. Ook wordt er vermeld wat de meest verwoestende vulkanen in de geschiedenis zijn. Dit alles wordt duidelijker gemaakt aan de hand van functionele plaatjes en tabellen. Ook hebben we een moeilijke woordenlijst samengesteld, zodat men een beter beeld krijgt van wat deze woorden eigenlijk voor betekenis hebben. We hebben met heel veel plezier aan dit werkstuk gewerkt, toch vonden we het moeilijker dan bij een normale Praktische Opdracht, mede doordat je dieper op het onderwerp in moet gaan. Hoe ontstaan vulkanen? Om te kunnen begrijpen hoe vulkanen ontstaan, moeten we terug naar de samenstelling van de aarde. Deze bestaat uit een dichte kern met een diameter van 7000 kilometer. De kern wordt omgeven door een 2900 kilometer dikke zone, die men mantel noemt. Samen beslaan zij verreweg het grootste deel van de totale aardinhoud. In het begin van de aardgeschiedenis werd er vanuit het inwendige van de aarde warmte uitgestraald in de ruimte, totdat de bovenste laag stolde tot een korst. De middellijn van de aarde bedraagt een kleine 13.000 km. De korst is zeer dun, naar verhouding zelfs dunner dan een eierschaal, want onder de oceanen is hij slechts 8 kilometer dik en elders zo'n 50 kilometer. Sedert zijn ontstaan is de korst voortdurend opgerekt, geplooid, verscheurd en verschoven, waardoor hij allerlei zwakke plekken en onregelmatigheden heeft ontwikkeld. Onder de korst is het onder hoge druk staande mantelgesteente (magma) nog steeds bijzonder heet; vele geologen menen dat het plastisch genoeg is om trage convectiestromen mogelijk te maken die oververhit materiaal omhoog voeren, waar het enigszins afkoelt en weer gaat dalen. Op sommige plaatsen raakt het magma echter opgesloten in een reservoir of 'magmakamer', doordat het zich daar waar de bovenliggende gesteenten een minder zware druk uitoefenen, tot in de korst omhoog perst. Komt het magma in zo'n kamer tot rust, dan gaan sommige van de mineralen die het bevat uitkristalliseren, waarbij de vrijgekomen gassen gaan uitzetten. Wordt de druk op de omringende gesteenten te hoog, dan barst de korst boven de kamer en wordt een pijp naar de oppervlakte gevormd, waardoorheen tijdens een vulkanische uitbarsting materiaal naar buiten wordt geslingerd.
Botsing tussen de platen: De botsing tussen de platen vindt doorgaans plaats aan de kust. Er zijn twee soorten plaat randen, passieve en actieve randen. De actieve randen gaan samen met vulkanische activiteiten en daarbij vormen zich meestal diepzeetroggen daar waar de oceanische korst onder de continentale korst duikt. Hoewel de oceaanbekkens in het algemeen zo'n 3 tot 5 km diep zijn komen er diepzeetroggen voor met een diepte die de 10 km overschrijd. De oceanische korst smelt en het magma wat daarbij gevormd wordt is in hoeveelheid gelijk aan de hoeveelheid die bij andere processen vrij komt, want anders zou de aarde in omvang toe nemen en voor zover men kan overzien is dit niet het geval. De passieve randen, waarbij weinig of een activiteit aanwezig is, komen vooral voor aan de plaat randen rond de Atlantische en Indische oceaan. De plaat randen die evenwijdig liggen aan de oceaanruggen worden gekenmerkt door rek terwijl de randen die loodrecht op de oceaanruggen gekenmerkt worden door verschuivingen langs elkaar. Daarbij komt nog dat bij continenten die evenwijdig met de oceaanruggen liggen vaak breuklijnen evenwijdig met de ruggen ontstaan waarbij een deel van de continentale plaat afbreekt en de vulkanische activiteiten afstopt. In sommige gevallen ontstaan er koraalriffen op de plaat randen, waardoor de doeltreffendheid van deze sedimentval wordt versterkt. ( De verschillende tektonische platen aan het oppervlak van de aardbol) Wat voor types vulkanen zijn er? De vormen van vulkanen: Bij de term vulkaan denkt men al gauw aan een steile kegelvormige heuvel of berg met kraterpijp waaruit een rookpluim opstijgt. Hoewel deze vorm (Stratovulkaan) veelvuldig voorkomt, zijn er ook vulkanen met een ander uiterlijk. De randen van kraters zijn veelal minder stabiel, zodat ze afbrokkelen waardoor de typische vorm van de krater onstaat. Vele vulkanen vormen zijkraters aan van de flanken. Vulkanen zijn naar vorm, grootte en samenstelling in te delen in drie hoofdtypes: 1. Tefravulkanen
2. Schildvulkanen
3. Stratovulkanen. Tefravulkanen: Tefravulkanen zijn herkenbaar aan hun steile hellingen van ongeveer 30°. Het materiaal dat na een explosieve eruptie vrij komt, belandt voor een merendeel nabij de krater. De stijlheid van de helling kan ten vervolge van de werking van de zwaartekracht niet groter worden dan 33°. Een Tefravulkaan is opgebouwd uit magma en nevengesteente. Het vloeibare of in vaste vorm uitgeworpen materiaal noemt men pyroklastica. Onder de noemer pyroklastica valt al het materiaal dat gedurende een vulkanische uitbarsting naar buiten komt. En zo’n afzetting opgebouwd uit los materiaal noemt men met de wetenschappelijke naam pyroklastische afzetting of tefra. Schildvulkaan: Schildvulkanen zijn opgebouwd uit gestolde lavastromen en zijn veel platter van vorm dan de tefra- en stratovulkanen. Het zijn brede, zwak hellende kegels. Ten gevolge van de lage stroperigheid van het magma verspreiden de lavastromen zich tijdens de erupties over een groot gebied. De helling van de schildvulkaan is veelal minder dan 10°; dat komt omdat de lava niet ophoogt nabij de centrale pijp, zoals bij een tefravulkaan, maar zich verspreidt. Bovendien stroomt de lava niet altijd uit een centrale pijp maar soms ook uit openingen in de flanken van de vulkaan. Stratovulkaan: Stratovulkanen zijn de meest voorkomende vulkanen op aarde; ze zijn opgebouwd uit gestolde lavastromen afgewisseld met lagen pyroklastisch materiaal. De gestolde lavastromen werken als een beschermende deken voor de lagen die bestaan uit losse fragmenten pyroklastisch materiaal. De stijlheid van de helling ligt tussen die van de tefra- en schildvulkanen in.
Wat zijn de voordelen van Vulkanisme? Men denkt meestal niet al te best over vulkanen. Toch bieden ze ook voordelen aan de mensen die in vulkanische gebieden leven en hebben ze enkele nuttige bijverschijnselen. Heetwaterbronnen: Heetwaterbronnen komen overal ter wereld voor waar water diep genoeg in het gesteente kan doordringen om door het magma te worden opgewarmd. Geisers zijn heetwaterbronnen die een spectaculaire fontein van heet water de lucht in spuiten. Sommige mensen benutten deze heetwaterbronnen om onder andere te koken of een ontspannend bad te nemen wat goed voor de gezondheid is. Geothermische energie: Diep onder de grond bevindt zich poreus gesteente waarin het water als in spons wordt opgenomen. Hieronder ligt een harde rotslaag die het bovenliggende water verwarmt. Het hete water kan naar de oppervlakte worden gepompt door een put te graven. In sommige koude landen wordt dit hete water gebruikt om warmte te produceren in de vorm van Geothermische energie. Landbouw: De landbouw profiteert nog het meest van vulkanische activiteit. Als een gebied met nieuwe lava wordt bedekt, ziet het er doods uit, maar oude, verweerde lava is erg vruchtbaar. De lava bevat veel mineralen en de planten hebben die mineralen nodig om goed te groeien. Gebieden met vulkanische grond geven een hoge opbrengst van gewassen. Zijn uitbarstingen te voorspellen? Over de hele wereld worden vulkanen nauwkeurig bestudeerd, niet alleen uit wetenschappelijke nieuwsgierigheid maar ook om de erupties beter te kunnen voorspellen en zo de schade ervan te kunne beperken. Ook aardbevingen horen bij vulkanisme. De schokken waarmee de opwaartse beweging van het magma gepaard gaat, zijn een aanwijzing voor de activiteit op grote diepte. De meeste schokken zijn meestal klein en nauwelijks voelbaar. Via seismiek worden bevingen in de ondergrond geregistreerd. Een toename van aantal en intensiteit is een indicator van wat er komen gaat. Ook de verandering in de chemische samenstelling van de vulkanische gassen is zo’n indicator. Daarom worden de gassen regelmatig bemonsterd en onderzocht. Verder wordt de beweging van de flanken van een vulkaan nauwkeurig geregistreerd. Door meting en analyse krijgen wetenschappers steeds meer inzicht in het fenomeen vulkanisme. Rechtsboven staat een plaatje van een bekende seismograaf, de “Rock around the Clock”. Deze is ontworpen door Thomas Gray en John Millner in 1885. Het was de eerste seismograaf die voor permanent gebruik bedoeld was. Hij had 3 slingers en 3 pennen, om drie componenten van de grondbeweging te noteren. De klok geeft aan wanneer de beving begint. De eerste seismograaf: Het eerste instrument dat aardbevingen registreerde werd in de 20ste eeuw V.C. gebouwd door de Chinese geleerde Zhang Heng. Het instrument zelf is niet bewaard gebleven en wij kennen het alleen van beschrijving van tijdsgenoten. Het was een enorm apparaat, zo’n 2 meter in doorsnede, en gemaakt van brons. Het nam aardbevingen waar die voor mensen niet voelbaar waren. Het vertelde bij benadering uit welke richting de beving kwam. Maar omdat het verder geen informatie gaf noemen we het nu een seismoscoop. Pas in 1856, kort na de uitvinding van de electriciteit, werd een beter meetinstrument ontworpen. Dat instrument, gemaakt door de Italiaan Luigi Palmieri, was de eerste seismograaf die permanenete registratie, een seismogram, van aardbevingen kon maken. Hierboven staat een voorbeeld van een seismogram, het is een voorbeeld van de bevingen in 1923 in Tokyo, geregistreerd door de Gray-Milnes Welke producten levert de vulkaan? Er zijn verschillende producten die vulkaan levert, hieronder staan ze beschreven: Vulkanisch gas: De hoeveelheden waarmee dit product wordt geproduceerd zijn enorm, en ze zijn dan ook al vanaf het begin van de eruptie aanwezig. Tijdens een eruptie is de pluim van vele kilometers, soms wel tientallen kilometers hoog, maar niemand weet de hoeveelheden waarmee het gas zich in de lucht verspreidt. Ook is niet zeker in wat voor samenstelling het zich in lucht bevindt. Men gaat uit dat het voornamelijk uit waterdamp bestaat. Maar waterdamp kan ook gevormd worden aan de oppervlakte, als het water van omliggende wateren door de hitte verdampt. Lava: Lava bestaat uit vloeibaar gesteente net als bij magma. Het enige verschil met magma is dat magma ook bestaat uit Vulkanische as en Vulkanische gas, en het zich niet aan het oppervlakte maar binnen in de aarde bevind. Lava is alleen het gesteente dat door de onzettende hoge temperaturen vloeibaar is geworden, deze temperaturen kunnen oplopen tot temperaturen van 1100 graden. Een borrellende lavazee vult de krater van de vulkaan en fonteinen met roodgloeiende lava spuiten hoog in de lucht. De lava stroomt uit de vulkaan als vuurrivieren langs de hellingen naar beneden. Vulkanisch as, tephra of efflata: Het vaste materiaal wat door een vulkaan wordt geproduceerd heet samen efflata of tephra. We kunnen namelijk grote brokstukken rekenen tot as. Wanneer as verhard wordt, wordt het ook wel tufsteen genoemd. De verspreiding van de efflata wordt bepaald door de korrelgrootte van de korrel. Des te groter de korrel des te minder ver zal hij van de krater verwijderd worden. Als het efflata zo klein is dat het as genoemd mag worden, kan het as in de bovenste kringen van onze dampkring terechtkomen. En ergens aan de andere kant van de wereld weer terechtkomen of zelfs in de bovenste kringen blijven. Sommige onderzoekers beweren dat deze korrels invloed hebben op de terugkaatsing van zonlicht, dus op de temperatuur op aarde. Dit is echtelijk nog nooit wetenschappelijk bewezen. (Zie ook het hoofdstuk: Gevolgen voor het klimaat.) ( Vulkanisch as dat zich over een dorp heeft neergelaten.)
Wat zijn de gevolgen van Vulkanisme? Gevolgen voor het klimaat: Grote erupties heeft ook gevolgen op het klimaat. Gigantische hoeveelheden materiaal worden bij een grote explosie kilometers ver de lucht in geworpen. De paddestoelvormige pluim die dan boven de vulkaan hangt, bestaat uit gassen (onder andere: waterdamp, koolstofdioxide en zwaveldioxide) en fijne stof deeltjes. Zo komen er miljoenen tonnen gas in de stratosfeer terecht. Uit het zwaveldioxide ontstaan kleine zwaveldeeltjes. In de atmosfeer kunne die het licht weerkaatsen en gedeeltelijk absorberen, waardoor maar een deel van de zonnestralen de aarde bereikt. Het wordt dan tijdelijk een beetje kouder. ( Op satelliet beelden is aan te tonen dan de erupties van de Pinatubo op
de Filippijnen in juni 1991 stofdeeltjes over de hele aardbol verspreid.) Vulkanologen kunnen nog niet met zekerheid aantonen hoe groot de invloed van vulkaanuitbarstingen is op klimaatveranderingen. Bij zulke veranderingen spelen veel factoren een rol. Toch zijn de meeste wetenschappers het er over eens dat grote erupties het klimaat beïnvloeden. Alleen de mate waarin blijft een punt van discussie. Sommige meteorologen brachten de volgende weersverschijnselen in verband met de eruptie van de Pinatubo: een temperatuurdaling van 0,5° C in het volgende jaar met de strenge sneeuwrijke winter in Nieuw-Zeeland, enkele zware orkanen zoals Andrew en Iniki en de hevige regenval in het Midwesten van de Verenigde Staten in 1993. Modderstromen: Modderstromen, zogenoemde lahars, kunnen grote schade aanrichten. Zo traden bij de betrekkelijk kleine eruptie van Ruiz (Mexico) in 1985 modderstromen op, die werden veroorzaakt door de smeltende sneeuw op de helling. Circa 25.000 mensen werden overspoeld door de golven van modder en stenen. Bij de eruptie van Mount Ruapehu (Nieuw-Zeeland) in 1995 ontstonden eveneens grote sneeuw- en modderstromen, echter in een gebied dat schaars bevolkt was. De IJslandse vulkaan Bardarbunga ligt onder Europa’s grootste gletsjer, Vatnajökull (Watergletsjer). De uitbarsting van de vulkaan, aan de noordwestelijke kantvan de gletsjer, begin oktober 1996, leidde op 5 november tot een enorme overstroming. De vulkanische activiteit had tot gevolg dat een grote hoeveelheid smeltwater ophoopte in Grimsvatn, het onder het gletsjer gelegen meer. Reeds in enkele dagen was de waterspiegel van het meer onder de gletsjer gestegen met 20 meter. Nadat het was volgelopen werd de ijskap omhoog gedrukt waardoor 45.000 m³ meter water per seconde een uitweg kon vinden. Een gigantische vloedgolf was het gevolg, waardoor voor circa 15 miljoen Dollar schade werd aangericht. De enige weg langs de zuidkust werd over een lengte van 10 km weggespoeld; bruggen en elektriciteits- en telefoonlijnen werden vernietigd. Meest dodelijkste uitbarstingen: Hieronder staat een lijst met de meest dodelijke vulkaanuitbarstingen ter wereld, gesorteerd op het aantal slachtoffers. Ook wordt vermeld wat het meest dodelijkste gevolg was. Aantal slachtoffer Naam vulkaan Gebied Jaar dodelijkste gevolg
92.000 Tamboria Indonesië 1815 hongersnood
36.417 Krakatau Indonesië 1883 tsunami
29.025 Mt. Pelee Matinique 1902 aswolken
25.000 Ruiz Colombia 1985 modderstromen
14.300 Unzen Japan 1792 instorting vulkaan, tsunami
9.350 Laki IJsland 1790 hongersnood
5.110 Kelut Indonesië 1919 modderstromen
4.011 Golunggung Indonesië 1882 modderstromen
3.500 Vesuvius Italië 1631 modder- lavastromen
3.360 Vesuvius Italië 79 v. Chr. aswolken
2.957 Papadayan Indonesië 1772 aswolken
2.942 Lamington Papua N.G 1951 aswolken

1.982 El Chicon Mexico 1982 aswolken
1.680 Soufriere St. Vincent 1910 aswolken
1.475 Oshime Japan 1741 tsunami
1.377 Asama Japan 1783 aswolken,modderstromen
1.335 Taal Filipijnen 1911 aswolken
1.200 Mayon Filipijnen 1814 modderstromen
1.184 Agung Indonesië 1963 aswolken
1.000 Cotopasii Ecuador 1877 modderstromen
800 Pinatubo Filipijnen 1991 instortingen, ziektes
700 Ruiz Colombia 1845 modderstromen
700 Komagataki Japan 1640 tsunami Hoe onderzoekt men vulkanisme? Om meer duidelijkheid over vulkanisme te krijgen worden er onderzoeken naar dit verschijnsel verricht. Deze onderzoeken worden verricht door een vulkanoloog. Door jarenlange observaties proberen de vulkanologen het tijdstip en de omvang van vulkaanuitbarstingen te voorspellen (zie ook hoofdstuk: Zijn uitbarstingen te voorpellen?). Veel tijd besteden zij aan het analyseren van gegevens in een kantoor of laboratorium, maar het veldwerk op de hellingen van actieve vulkanen of ter plekke bij een uitbarsting is onmisbaar. Zei nemen monsters van lava en gas en meten de veranderingen in temperaturen en in landschapsvormen. Om heel dicht bij het vuur te komen gebruiken sommige vulkanologen speciale beschermde pakken. Zei moeten afgaan o- hun kennis van nadere vulkanen en vroegere erupties. Want zelfs na honderden jaren onderzoek is eruptie nog steeds niet exact te voorspellen. Zelfs een ervaren vulkanoloog komt voor verrassingen te staan, die fatale gevolgen kunnen hebben. Veiligheidspak: Een veiligheidspak heeft een metalen coating die de intense hitte van een vulkaaneruptie reflecteert en de onderzoeker koel houdt. Maar het belet hem of haar ook om te voelen, horen en zien wat er gebeurd. Hard weglopen als het misgaat is in dit pak helaas niet mogelijk. Aantekenboek: Vulkanologen noteren elk verschijnsel in een “aantekenboek”. In dit boek staat de levensloop van een vulkaan. Tijdens een eruptie maakt hij aantekeningen en schetsen van alles wat hij waarneemt. Ook de kleinste details kunnen later heel belangrijk blijken voor het onder zoek. Temperatuur metingen: Een vulkanoloog trotseert de immense hitte om de temperatuur van een lavastroom te meten. Hij gebruikt een thermokoppel, een soort elektrische thermometer, want een glazen thermometer zou smelten. De gemeten waarde was 1.100 graden C°., 300 graden onder het smeltpunt van staal. Uitrusting van een vulkanoloog: Naast de bovengenoemde thermokoppel heeft een vulkanoloog bij zich: · Een pikstok, waarmee hij monsters van hete lava op een veilige afstand op kan pikken. · Een verrekijker, zodat hij op een veilige afstand de vulkaan bekijken. · Een meetlint, handig om barsten in de bodem te controleren, en meten of deze barsten zijn toegenomen in grote. · Hittebestendige handschoenen van astbest, om hete monsters op te pakken en dicht bij gloeiende lava te werken. · Een helm, beschermd de vulkanoloog tegen kleine vulkanische brokstukken die uit de vulkaan worden geworpen. · Een mijnkompas, is nodig om de omgeving snel en simpel in kaart te brengen. · Een waterpas, kan kleine veranderingen in grondniveau opmerken, die eruptie kunnen voorspellen. Zijn er ook vulkanen op andere planeten? Ruimteonderzoek heeft aangetoond dat vulkanische activiteiten in het zonnestelsel een van de belangrijkste geologische processen is. De vele ruimterijzen van de laatste 20 jaar hebben foto’s en zelf steenmonsters opgeleverd. Sommige vaartuigen zullen nooit naar de aarde terugkeren, maar steeds dieper de ruimte ingaan terwijl ze informatie uitzenden die door computers in gedetailleerde afbeeldingen van de verder weg gelegen planeten worden vertaalt. Nu weten wij dat vele planetaire lichamen enorme kraters vertonen. De meeste zijn geen vulkanische kraters, maar inslag kraters, de littekens van botsingen met meteorieten. De maan, Venus en Mars hebben net als de aarde een hard oppervlak dat deels door vulkanische activiteit gevormd is. De vulkanen op de maan en op Mars zijn sinds vele miljoenen jaren uitgedoofd. De wetenschappers denken dat Venus nog wel actieve vulkanen bezit. Maar van alle andere planeten in ons zonnestelsel vertoont alleen Io, 1 van 16 manen van Jupiter, actieve en uitbarstende vulkanen. Olympus Mons: De Olympus Mons is een uitgedoofde vulkaan van 600 km in doorsnede en 25 km hoog. Het is de hoogste berg op de planeet Mars en de grootste vulkaan die wij kennen, groter dan alle Hawaii eilanden samen!