Magmatisk petrologi 2 / Vulkanologi

(1)

Magmatisk petrologi 2 / Vulkanologi

(2)

 Vad är en vulkan?

 En öppning i jordskorpan där smälta kommer ut

 Ett berg som byggts genom upprepade utbrott

 Innebär en mängd olika faror för människan.

 Mexico City, Mexico

 Seattle, U.S.

 Naples, Italien

 Managua, Nicaragua

Vulkanologi

(3)

 Utbrott är farliga eftersom de inte följer samma mall (olika vulkaner uppför sig på olika sätt).

 Bygger berg

 Spränger desamma i bitar

 Utbrott kan:

 Bidra med bördiga jordar som ger mat åt en hel civilisation.

 Utrota samma civilisation inom loppet av minuter.

 Utbrott påverkar klimatet – Tambora 1816 (year without summer).

Vulkanutbrott

(4)

 Produkter från vulkanutbrott förekommer i tre olika huvudtyper.

 Lavaflöden—smält berg som rör sig på ytan

 Pyroklastiskt material—fragment producerat genom explosioner

 Vulkaniska gaser

Vulkaniskt material

(5)

 Lava kan vara tunn och lättflytande eller tjock och seg.

 Kontrolleras av viskositeten, som i sin tur beror på:

 Sammansättning, speciellt kisel (SiO ₂ ), Fe och Mg.

 Temperatur

 Gasinnehåll

 Andel kristaller

Lavaflöden

(6)

 1902 började en dom bildas vid Mt. Pelee (Martinique)

 Högviskös magma, breder inte ut sig

 Växte upp till 15 m per dag

 300 m hög

 Kollaps 1903 – pyroklastiska flöden

The spine of Mt. Pelee

(7)

 Mafisk lava—väldigt varm (~1100 grader), kiselfattig och låg viskositet

 Basaltiska lavaflöden är ofta tunna och lättflytande.

 De kan flyta fram snabbt (upp till 30 km/h).

 De kan bli väldigt långa (tiotals mil).

De flesta är < 10 km.

Långa flöden sker oftast inuti lavatuber inuti lavafält.

Basaltiska lavaflöden

(8)

 Lavatuber

 En stelnad skorpa bildas på toppen av ett lavaflöde.

 Tuber bildas inuti lavaflödet.

 Minskar avsvalningen vilket gör att lavan kan flyta långt från sin källa.

 Tömda tuber bildar grottsystem (Hawaii, Azorerna, Island).

Basaltiska lavaflöden

(9)

 Pahoehoe—Hawaiianskt ord som beskriver basalter med len till repformad överyta.

 Pahoehoe bildas när en het basalt får ett avkylt yttre skikt.

 Fortsatt rörelse gör att lavan veckas till repliknande strukturer.

Basaltiska lavaflöden

(10)

 A ′a′ – Hawaiianskt ord som beskriver basalt som stelnat till att bilda skarpa, ojämna former.

 A ′a′ bildas när varm basalt kyls ned och tjocknar.

 Under flödet bryts lavans överyta upp och bildar brottsstycken på ytan.

Basaltiska lavaflöden

(11)

 Stelnade lavaflöden genomgår kontraktion vilket resulterar i vertikala sprickor som är hexagonala i genomskärning.

 Basaltpelare (men kan även ha andra sammansättningar).

Basaltiska lavaflöden

(12)

 Kuddlava—rundade basaltformer

 Under vatten, med väldigt snabb avkylning.

Den yttre ytan på kuddlavan är glasig med sprickor.

En kudde spricker och en ny bildas.

Upprepas tills högar av kuddlavor bildas.

 Vanliga längs mitt-oceaniska ryggar.

Basaltiska lavaflöden

(13)

 Högre SiO ₂ innehåll gör andesitiska lavor mer viskösa.

 I motsats till basalter rör de sig långsamt.

 Bygger tjocka lavaflöden nära sin källa.

 Den översta ytan av lavan bryts upp under flöde och bildar blockig aa-lava.

Andesitiska lavaflöden

(14)

 Ryolit har mest SiO ₂ ; och är också den mest viskösa typen av lava.

 Svårt att flyta ut, bildar hellre domer nära sin källa.

 Blockering av en krater orsakat av en dom kan leda till explosivt utbrott.

Ryolitiska lavaflöden

(15)

 Avlagringar från explosiva utbrott består ofta av en stor del fragment.

 Olika typer av vulkanoklastiska avlagringar är:

 Pyroklastika—lavafragment som stelnar i luften.

 Sidobergarter—söndersprängt vid utbrott.

 Block från jordskred och kollaps av vulkanen.

 Laharer—blandingar av aska och vatten.

Vulkanoklastiska avlagringar

(16)

Pyroklastika

(17)

 Basaltiska utbrott

 Gaser driver droppar av smält magma i luften.

 Lavafontäner – fire-fountains.

Lapilli—2 till 64 mm

Pele’s tårar—stelnade droppar

Pele’s hår—tunna glasfilament

Block—större fragment (>64 mm)

 Bomber—smälta i luften

Pyroklastika

(18)

 Andesitiska eller ryolitiska utbrott

 Mer viskös magma; mer vulkaniska gaser

 Högre explosivitet.

Pimpsten—hålrumsrikt vulkaniskt glas (<85% hålrum)

Aska— <2 mm storlek

Accretionary lapilli—lapilli av aska som bildas likt hagel i en eruptionspelare.

Pyroklastika

(19)

Accretionary lapilli

(20)

 Pyroklastiska flöden.

 Laviner av hett pyroklastiskt material (200 ^o to 450 ^o C) ned för sidorna på vulkanen.

 Kan nå hastigheter över 300 km/h och bränner upp allt i dess väg (dödliga, även i dess utkanter).

 Exempel: Vesuvius, Mt. Pelee, Mt. Augustine

Pyroklastistiska flöden

(21)

 Andesitiska eller ryolitiska utbrott

 Tefra—samlingsnamn för pyroklastiskt material oberoende av storlek

 Tuff—förstenad (litifierad) aska, may or may not contain lapilli

“Fall-out tuff”—faller likt snö från eruptionspelaren.

Ignimbrit—pyroklastiskt flöde som svetsats samman av värme

Pyroklastiska avlagringar

(22)

 Vulkanosedimentär—omlagrat vulkaniskt material

 Vulkaner är ostabila.

 Vulkaniska massflöden (debris avalanche)

Inträffar ofta när:

 Vulkaner är täckta av is och snö.

 Vulkaner utsätts för kraftiga regnskurar.

Vulkaniska massflöden rör sig som blöt betong.

Andra vulkanoklastiska avlagringar

(23)

 Vulkanosedimentär—omlagrat vulkaniskt material

 Lahar—vattenrika massflöden innehållande aska och block

 Rör sig snabbt (~50 km/h) och långt (~tiotals km)

Extremt destruktiva och kan vara dödliga

Stort problem i Anderna med höga snöklädda vulkaner

Andra vulkanoklastiska avlagringar

(24)

 en magma innehåller valigen mellan 1% till 9% av gaser.

 Vatten (H ₂ O)—vanligaste gasen

 Koldioxid (CO ₂ )—växthuseffekt

 Svaveldioxid (SO ₂ )—lukt av ruttna ägg (H ₂ S)

 Den kemiska sammansättningen av magman styr typen och mängden av gasinnehållet.

 Gaser i felsiska magmor > gaser i mafiska magmor.

Vulkaniska gaser

(25)

 Gaser kommer ut ur lösning när en magma stiger (P minskar, som när man öppnar kolsyrade drycker).

 SO ₂ reagerar med vatten i atmosfären och bildar svavelsyra.

 Hur gaser försvinner styr explosiviteten hos utbrott.

 Låg viskositet (basalt)—lätt för bubblor att stiga, lugna utbrott

 Hög viskositet (ryolit)—svårt för bubblor att stiga; explosiva utbrott

Vulkaniska gaser

(26)

 Karaktäristika.

 Magmakammare

 Sprickor, gångar

 Kratrar

 Kalderor

 Olika former

Sköldvulkaner

Scoriakoner

Stratovulkaner

Vulkananatomi

(27)

 Magmakammare bildas i den övre jordskorpan.

 Kan innehålla stora volymer magma

 Kan “andas” genom inflation och deflation

 En del magmor stelnar utan utbrott och bildar plutoner

 En del av magman kan stiga till ytan vid en vulkan.

Vulkananatomi

(28)

 Magma stiger via gångar till ytan via matargångar (feeder- dikes).

 Sprickutbrott vanliga, speciellt i miljöer med extension (rifter).

 “curtain of fire.”

 Efter en tid fokuserar ofta ett sprickutbrott till några få ställen (vents) längs sprickans längd.

Vulkananatomi

(29)

 Krater—skålformad depression

 <1 km i diameter

 Utbrott kan ske antingen vid en toppkrater eller från vulkanens flanker

Vulkananatomi

(30)

 Kalderor.

 >1 km i diameter (kan vara flera mil)

 Branta sidor och platt golv

 Bildas när en magmakammare töms och vulkanen kollapsar.

 Crater Lake, Oregon

 Yellowstone National Park

 Santorini

Vulkananatomi

(31)

 Sköldvulkaner

 Breda dom-formade (från Skjaldbreidur på Island)

 Byggs upp främst av lågviskösa basaltiska lavaflöden

 Liten lutning

 Mauna Loa (Hawaii)

Vulkananatomi

(32)

 Scoriakon—konformiga landformer bildade av tefra

 Minsta typen av vulkaner

 Byggs upp av fragment av lapilli-storlek nära kratern

 Sluttningen kontrolleras genom rasvinkeln “angle of repose”.

 Ofta symmetriska med djup toppkrater

Vulkananatomi

(33)

 Stratovulkaner (kompositvulkaner)

 Stora, konformade vulkaner med brant sluttning

 Byggs upp genom alternerande lager av lava och pyroklastika

 Ofta symmetriska; kan modifieras vid kollaps, etc.

 Exempel: Fuji, Mt. Rainier, Vesuvius.

Vulkantyper

(34)

 Stor variation.

 Form och storlek kontrolleras av dominerande magmatyp.

 Kategorier

 Sköldvulkaner—störst

 Scoriakoner—minst

 Stratovulkaner—intermediära i storlek

Variation i form

(35)

 Flow or blow? Två dominerande typer.

 Effusiva utbrott bildar lavaflöden.

 Explosiva utbrott bildar höga eruptionspelare och pyroklastiskt material.

Ubtrottstyper

(36)

 Effusiva utbrott producerar lavaflöden.

 Lavasjöar kan bildas nära, eller inuti, kratern.

 Lavafontäner (<500 m höga)

 Vanligtvis mafisk magma (basalt)

Utbrottstyper

(37)

 Explosiva utbrott är associerade med snabba tryckförändringar.

 Högt gastryck bildas i viskösa SiO ₂ -rika magmor.

 Mestadels andesitiska och ryolitiska sammansättningar

Utbrottstyper

(38)

 Strombolian—regelbunda perioder med utbrott

 Stromboli har haft utbrott i tusentals år.

 Var 10:e till 20:e minut.

 Stromboli är ett exempel på basaltiska utbrott som producerar pyroklastiskt material.

Utbrottstyper

(39)

 Vulcanian—medelstorlek och explosiva

 Producerar pyroklastiskt material

 Namnet från ön Vulcano (Italien)

Utbrottstyper

(40)

 Plinian—stora explosiva utbrott

 Stora volymer pyroklastiskt material

 Förstör ofta stora delar av vulkanen vid utbrottet

 Exempel: Mt. St. Helens, Vesuvius, Mt. Pinatubo

Utbrottstyper

(41)

 Surtseyan—utbrottet sker i grunt vatten

 Bildar stora mängder ånga

 Aska.

Utbrottstyper

(42)

 Supervulkaner—extrema volymer.

 Finns många exempel i den geologiska historien.

Yellowstone National Park har en kaldera som mäter 72 km.

Utbrottstyper

(43)

 Mt. St. Helens fick ett utbrott den 18:e maj 1980

 En jordbävning orsakade ett jordskred som lättade på trycket till magmakammaren.

Utbrottet riktades först åt sidan och sprängde bort stora delar av berget .

Historiska vulkanutbrott

(44)

 Mt. St. Helens fick ett utbrott den 18:e maj 1980

 Den riktade explosionen ödelade 600 km ² och dödade 61 personer.

 Laharer, pyroklastiska flöden och aska.

 Förstörde skog till ett värde av flera hundra miljoner dollar.

Historiska vulkanutbrott

(45)

 Krakatau—mellan Java and Sumatra

 9 km stor ö, 800 m hög fick ett utbrott 20:e maj 1883.

 Utbrottet fortsatte genom juni och juli.

 Den 27e augusti 1883 sprängdes ön i bitar

Vatten fick tillgång till magmakammaren.

Ön försvann helt.

Tsunami dödade 36,000 människor.

Historiska vulkanutbrott

(46)

 Plattrörelser styr var vulkanism inträffar.

 Mitt-oceaniska ryggar—spridningszoner

 Konvergerande plattgränser—subduktionszoner

 Kontinentala rifter—blivande havsbassänger

 Hot spots—mantelplymer

Oceaniska

Kontinentala (flood basalts)

Vulkanism – geologiska miljöer

(47)

 Mitt-oceaniska ryggar

 Oceanisk skorpa bildad vid MOR täcker 70% av jorden.

 Kuddlavor och gångbergarter

Vulkanism – geologiska miljöer

(48)

 Konvergerande plattgränser

 Volatiler från subduktionen initierar smältning.

 Öbågevulkaner bildas.

 The Ring of Fire – Stilla Havet.

Vulkanism – geologiska miljöer

(49)

 Kontinentala rifter—många olika typer av vulkaner pga:

 Delsmältning av manteln (mafiska magmor).

 Delsmältning av jordskorpan genom ökad T (felsiska magmor).

 Exempel

 Östafrikanska riften

Vulkanism – geologiska miljöer

(50)

 Oceaniska hot spots—mantelplym under oceanisk skorpa

 Stora volymer basalt som resultat av smältning (decompressional melting).

 Byggs ofta upp ovan havsytan.

 Submarina kollapser av vulkanen är vanliga.

 Hawaii

Vulkanism – geologiska miljöer

(51)

 Yellowstone—utbrott ~640 Ka bildade en 100 km kaldera.

Tusen gånger större än Mt. St. Helens

Vidspridda ignimbriter producerade i tre gigantiska utbrott

Magma under kalderan fortsätter att driva geysrar på ytan.

Kontinentala Hot-Spot vulkaner

(52)

 Flodbasalter—voluminösa lavautbrott över en plym

 När en mantelplym når basen av litosfären

 Lavan täcker stora ytor; tjocka avlagringar.

 Bildar LIPs (Large Igneous Provinces) (ex. Deccan Traps)

Vulkanism – geologiska miljöer

(53)

 Island är en kombination av hot spot och mitt-oceanisk rygg.

 Lava har byggt upp ön ovan vattenytan.

 Ön delas av en divergent plattgräns (Amerika / Eurasien).

 Vulkanerna följer riftzonerna.

Vulkanism – geologiska miljöer

(54)

 Vulkanutbrott har haft stor effekt på människan.

 Ändrat historieutvecklingen.

 >250,000 dödsfall under de senaste 2,000 åren

 Stora befolkningsmängder i vulkaniskt aktiva områden.

 Att försöka förstå hur vulkaner uppför sig är bästa försvaret.

Vulkaniska faror

(55)

 Lavaflöden—gäller nästan uteslutande basaltiska lavor.

Exempel: Goma, Congo, översvämmades av lava i 2002.

 Sällan dödsfall.

Valigtvis finns förvarningar och lava flödar långsamt.

Vulkaniska faror

(56)

 Hotet från pyroklastiska flöden—heta askmoln

 Extremt snabba (100 to 300 km/h)

 Heta (500º to 1000ºC).

Vulkaniska faror

(57)

 Aska och lapilli

 Kan begrava landskap och ta död på vegetation

 Tefra är tungt och kan leda till kollaps av tak.

 Tefra sliter på bil och flygplansmotorer.

 Regn kan omvandla tefra till dödliga laharer.

Vulkaniska faror

(58)

 Fluorrik aska föll över hela Island (några mm tjocklek)

 70% av all betande boskap dog (fluorosis)

 Orsakade svält och 10,000 människor dog (1/4 av islands hela befolkning vid denna tid)

 Franska revolutionen 1789 – pga missväxt och matbrist

Laki 1783-1784

(59)

 Jordskred—kollapser triggade av utbrott

Stora volymer material.

Vulkaner har ofta ostabila sluttningar/flanker.

 Mt. St. Helens

Utbrottet kom som ett direkt resultat av ett 3 km ³ jordskred.

Jordeskredsmaterialet rörde sig mer än 20 km från vulkanen.

Vulkaniska faror

(60)

 Laharer—lerflöden som bildas när vatten omlagrar tefra.

 Liknande egenskaper som betong.

 Extremt destruktiva.

 Vulkanen Nevado del Ruiz (Colombia) begravde staden Armero 1985 och med den mer än 25,000 människor.

 48 km avstånd mellan Armero och Nevado del Ruiz.

Vulkaniska faror

(61)

 Gaser och aerosoler (partiklar i storleken mikrometer)

 Aerosoler kan ge andningssvårigheter.

 Vulkaniska gaser kan vara giftiga (H ₂ S, CO ₂ ).

Lake Nyos, Kamerun, 1986—CO ₂

CO ₂ flödade nerför dalgångarna eftersom CO ₂ är tyngre än luft.

 Kvävde 1,742 människor och 6,000 boskapsdjur

Vulkaniska faror

(62)

 Utbrottsintervall—tid mellan olika utbrott

 Aktiv—har, har nyss haft, eller är sannolik att få nytt utbrott

 Vilande—har inte haft utbrott de senaste hundra till tusentals åren

 Utdöd—kan inte få utbrott längre

Aktiv, vilande eller utdöd?

(63)

 Varningssignaler som tyder på att utbrott är nära förestående.

 Seismisk aktivitet—skorpan spricker när magma rör på sig.

 Värmeflöde—Varma källor, fumaroler (heta gaser)

 Ändringar i en vulkans form—magma resulterar i expansion.

 Avgasning—ändringar i gaskemi och mängd.

 Alla vulkaner är olika.

Varningssignaler

(64)

 Planering

 Kartläggning av vulkaniska faror

 Pyroklastiska flöden

 Laharer

 Jordskred

Förebyggande åtgärder

(65)

 Evakuering av människor (och boskap).

 Mt. St. Helens—evakueringen räddade hundratals liv.

 Ibland kommer inget utbrott vilket kan leda till misstro och höga kostnader.

 Ändra flöden—lava kan omledas.

 Sprängningar

 Kyla delar av lavan med vatten för att stoppa/leda om lavan

Förebyggande åtgärder

(66)

 Vulkanutbrott kan få klimateffekter.

 Aska och aerosoler högt i atmosfären/stratosfären kan blockera solstrålningen.

 Resulterar i avkylning.

1816 - “året utan sommar”; Tambora’s utbrott året innan (Indonesien).

Vulkaner och klimat

(67)

 Människor och vulkaner har samexisterat i tusentals år.

 Både bra och dåliga sidor.

 Vulkaniska jordar är bördiga.

 Civilisationer har blomstrat och blivit raderade.

Minoiska civilisationen—Santorini

Vulkaner och civilisation

(68)

 Spår efter vulkanisk aktivitet finns på månen och flera planeter.

 Månens “hav” (platta områden) är områden med flodbasalter.

 Olympus Mons—utdöd sköldvulkan på Mars (22 km hög, 60 mil bred)

 Io (Jupiters måne) har aktiva vulkaner, så även Enceladus (Saturnus måne).

Magmatisk petrologi 2 / Vulkanologi

Magmatisk petrologi 2 / Vulkanologi

 Vad är en vulkan?

 En öppning i jordskorpan där smälta kommer ut

 Ett berg som byggts genom upprepade utbrott

 Innebär en mängd olika faror för människan.

 Mexico City, Mexico

 Seattle, U.S.

 Naples, Italien

 Managua, Nicaragua

Vulkanologi

 Utbrott är farliga eftersom de inte följer samma mall (olika vulkaner uppför sig på olika sätt).

 Bygger berg

 Spränger desamma i bitar

 Utbrott kan:

 Bidra med bördiga jordar som ger mat åt en hel civilisation.

 Utrota samma civilisation inom loppet av minuter.

 Utbrott påverkar klimatet – Tambora 1816 (year without summer).

Vulkanutbrott

 Produkter från vulkanutbrott förekommer i tre olika huvudtyper.

 Lavaflöden—smält berg som rör sig på ytan

 Pyroklastiskt material—fragment producerat genom explosioner

 Vulkaniska gaser

Vulkaniskt material

 Lava kan vara tunn och lättflytande eller tjock och seg.

 Kontrolleras av viskositeten, som i sin tur beror på:

 Sammansättning, speciellt kisel (SiO 2 ), Fe och Mg.

 Temperatur

 Gasinnehåll

 Andel kristaller

Lavaflöden

 1902 började en dom bildas vid Mt. Pelee (Martinique)

 Högviskös magma, breder inte ut sig

 Växte upp till 15 m per dag

 300 m hög

 Kollaps 1903 – pyroklastiska flöden

The spine of Mt. Pelee

 Mafisk lava—väldigt varm (~1100 grader), kiselfattig och låg viskositet

 Basaltiska lavaflöden är ofta tunna och lättflytande.

 De kan flyta fram snabbt (upp till 30 km/h).

 De kan bli väldigt långa (tiotals mil).

De flesta är < 10 km.

Långa flöden sker oftast inuti lavatuber inuti lavafält.

Basaltiska lavaflöden

 Lavatuber

 En stelnad skorpa bildas på toppen av ett lavaflöde.

 Tuber bildas inuti lavaflödet.

 Minskar avsvalningen vilket gör att lavan kan flyta långt från sin källa.

 Tömda tuber bildar grottsystem (Hawaii, Azorerna, Island).

Basaltiska lavaflöden

 Pahoehoe—Hawaiianskt ord som beskriver basalter med len till repformad överyta.

 Pahoehoe bildas när en het basalt får ett avkylt yttre skikt.

 Fortsatt rörelse gör att lavan veckas till repliknande strukturer.

Basaltiska lavaflöden

 A ′a′ – Hawaiianskt ord som beskriver basalt som stelnat till att bilda skarpa, ojämna former.

 A ′a′ bildas när varm basalt kyls ned och tjocknar.

 Under flödet bryts lavans överyta upp och bildar brottsstycken på ytan.

Basaltiska lavaflöden

 Stelnade lavaflöden genomgår kontraktion vilket resulterar i vertikala sprickor som är hexagonala i genomskärning.

 Basaltpelare (men kan även ha andra sammansättningar).

Basaltiska lavaflöden

 Kuddlava—rundade basaltformer

 Under vatten, med väldigt snabb avkylning.

Den yttre ytan på kuddlavan är glasig med sprickor.

En kudde spricker och en ny bildas.

Upprepas tills högar av kuddlavor bildas.

 Vanliga längs mitt-oceaniska ryggar.

Basaltiska lavaflöden

 Högre SiO 2 innehåll gör andesitiska lavor mer viskösa.

 I motsats till basalter rör de sig långsamt.

 Bygger tjocka lavaflöden nära sin källa.

 Den översta ytan av lavan bryts upp under flöde och bildar blockig aa-lava.

Andesitiska lavaflöden

 Ryolit har mest SiO 2 ; och är också den mest viskösa typen av lava.

 Svårt att flyta ut, bildar hellre domer nära sin källa.

 Blockering av en krater orsakat av en dom kan leda till explosivt utbrott.

Ryolitiska lavaflöden

 Avlagringar från explosiva utbrott består ofta av en stor del fragment.

 Olika typer av vulkanoklastiska avlagringar är:

 Pyroklastika—lavafragment som stelnar i luften.

 Sammansättning, speciellt kisel (SiO ₂ ), Fe och Mg.

 Högre SiO ₂ innehåll gör andesitiska lavor mer viskösa.

 Ryolit har mest SiO ₂ ; och är också den mest viskösa typen av lava.

 Laviner av hett pyroklastiskt material (200 ^o to 450 ^o C) ned för sidorna på vulkanen.

 Vatten (H ₂ O)—vanligaste gasen

 Koldioxid (CO ₂ )—växthuseffekt

 Svaveldioxid (SO ₂ )—lukt av ruttna ägg (H ₂ S)

 SO ₂ reagerar med vatten i atmosfären och bildar svavelsyra.