Maatiede

oppitunnin tavoitteet

• selittävät, miten tulivuoret purkautuvat.
• kuvaile ja vertaile tulivuorenpurkausten tyyppejä.
• erottaa eri laavatyypit toisistaan ja ymmärtää magman ja laavan eron.
• kuvaile menetelmä tulivuorenpurkausten ennustamiseksi.

miten tulivuoret purkautuvat

kaikilla tulivuorilla on samat perusominaisuudet. Magma kerääntyy magmakammioihin, jotka voivat olla 160 kilometriä pinnan alla. Kun kivi kuumenee, se laajenee, mikä luo entistä enemmän painetta. Tämän seurauksena magma etsii ulospääsyä työntyen kohti pintaa, magma tihkuu maankuoren halkeamista, joita kutsutaan tuuletusaukoiksi. Lopulta magma saavuttaa pinnan; kun se tulee ulos, kutsumme sitä purkaukseksi. Sanaa purkaus käytetään myös muissa yhteyksissä. Purkaus voi olla purkaus tai räjähdys, raju ja äkillinen tapahtuma, kuten kun väkijoukko purkautuu vihasta. Mutta purkaus voi myös olla leviäminen jotain ihottumaa iholla, asteittainen ja suhteellisen rauhallinen. Nämä kaksi määritelmää ovat samanlaisia kuin kahdenlaiset purkaukset, joita näemme tulivuorissa.

Purkaustyypit

jokainen geologinen muodostuma on ainutlaatuinen. Niiden koostumus ja rakenne riippuvat niin monista tekijöistä, että olisi mahdotonta, että kaksi muodostelmaa olisivat täsmälleen samanlaisia. Samalla tavalla jokainen tulivuori ja sen purkaukset ovat ainutlaatuisia. Meillä on kuitenkin taipumus nähdä kahdenlaisia purkauksia. Puhuimme purkauksen tarkoittavan sekä rajua räjähdystä että eräänlaista hiljaista leviämistä. Nämä ovat kahdenlaisia tulivuorenpurkauksia, joita näemme–räjähtäviä ja ei-räjähtäviä purkauksia. Kun ajattelemme tulivuorenpurkauksia, mieleemme tulee usein valtavia vulkaanisen tuhkan pilviä, jotka sinkoutuvat korkealle ilmakehään, ja sitten vuorenrinnettä kiemurtelevat paksut punaisen laavan joet. Todellisuudessa nämä kaksi ilmiötä esiintyvät harvoin samassa tulivuoressa. Tulivuorenpurkaukset ovat yleensä jompaakumpaa.

räjähtävät purkaukset

Kuvittele Nagasakiin pudotetun atomipommin aiheuttama tuho ja voima toisen maailmansodan lopussa, jossa kuoli yli 40 000 ihmistä. Kuvittele nyt 10 000 kertaa voimakkaampi räjähdys. Räjähtävät tulivuorenpurkaukset voivat olla näin voimakkaita (Kuva 8.9). Kun pinnan alla oleva kuuma magma vuorovaikuttaa veden kanssa, kaasuja kertyy ja magman paine kasvaa. Tämä paine kasvaa ja kasvaa, kunnes nämä liuenneet kaasut saavat sen purkautumaan valtavana räjähdyksenä.

tämä suuri räjähdys vie mukanaan magma-ja vulkaaniset kaasut, jotka voivat ampua monta kilometriä taivaalle ja muodostaa sienipilven, joka on samanlainen kuin ydinräjähdyksessä (Kuva 8.10). Roskat kulkeutuvat ilmaan hyvin suurilla nopeuksilla ja jäähtyvät ilmakehässä muodostaen kiinteitä hiukkasia, joita kutsutaan pyroklasteiksi. Osa näistä hiukkasista voi pysyä ilmakehässä vuosia, mikä voi häiritä sääilmiöitä ja vaikuttaa maapallon lämpötilaan. Loput romusta putoaa takaisin Maahan, jossa sataa kilometrejä ympäri.

joskus tapahtuu sekundaarisia räjähdyksiä, jotka ovat jopa suurempia kuin ensimmäinen. Lisäksi vulkaaniset kaasut, kuten vesihöyry, hiilidioksidi, rikkidioksidi, rikkivety ja vetykloridi, voivat muodostaa myrkyllisiä ja näkymättömiä pilviä, jotka kiertelevät ilmakehässä. Nämä kaasut aiheuttavat ympäristöongelmia, kuten happosateita ja otsonin tuhoutumista, ja ne voivat itse asiassa jäähdyttää maan ilmakehää.

Cascade-alueella St. Helens-vuoren räjähdysmäistä purkausta edelsi Lassen Peakin purkaus, joka on yksi Pohjois-Kalifornian kolmesta Cascade-tulivuoresta. Toukokuun 22.päivänä 1915 tapahtui räjähdysmäinen purkaus, joka lähetti tuhkaa ja kaasua 30 000 metriä ilmaan ja laukaisi nopean pyroklastisen virtauksen, joka sulatti lumen ja synnytti laharin. Lassenilla on edelleen geotermistä toimintaa ja se voi purkautua uudelleen räjähdysmäisesti. Mt. Shasta purkautuu 600-800 vuoden välein. Purkaus aiheuttaisi todennäköisesti suuren pyroklastisen virtauksen ja ehkä laharin. Tulivuori voi kuitenkin räjähtää kuten Mt. Mazama, joka räjäytti itsensä noin 42 kertaa voimakkaammassa purkauksessa kuin Mount St. Helens vuonna 1980 luodakseen kraatterijärven.

räjähtämättömät purkaukset

toinen tulivuorenpurkauksen tyyppi on räjähtämätön tai effusoiva purkaus (Kuva 8.11). Koska magman koostumus on erilainen eri tulivuorissa, laavan ominaisuudet ovat erilaiset. Tulvivissa purkauksissa laavavirrat ovat suhteellisen rauhallisia, eivätkä ne räjähdä ulos tulivuoresta. Tämän vuoksi ihmisillä on yleensä paljon varoituksia ennen kuin laava saavuttaa heidät, joten räjähtämättömät purkaukset ovat paljon vähemmän tappavia. Se ei kuitenkaan estä niitä olemasta tuhoisia. Vaikka tiedämme laavavirran lähestyvän, on vain muutamia tapoja pysäyttää se laavan valtavan määrän ja lämpötilan vuoksi.

Magma ja laava

tulivuoret eivät olisi läheskään yhtä kiinnostavia ilman niiden synnyttämiä suuria räjähdyksiä ja hehkuvia punaisia laavavirtoja. Kaikki magmakivi on peräisin magmasta tai laavasta. Kun seuraavan kerran lähdet vaeltamaan tulivuorivyöhykkeen lähellä, voit yrittää tunnistaa tulivuoren purkautuneen laavan tyypit löytämiesi magmakivien perusteella.

Magma

syvällä maan alla magma muodostuu ensimmäisenä vaiheena tulivuoren synnyssä. Tämä johtuu siitä, että pinnan alla olevaan kiveen kohdistuu suuria määriä painovoiman aiheuttamaa painetta. Radioaktiivisten aineiden hajoaminen tuottaa lisälämpöä. Huomattava lämpö ja paine sulattavat pinnan alla olevan kiven toffeemaiseksi aineeksi. Olet saattanut nähdä kynttilän, joka on ollut liian kauan ulkona kuumassa auringossa. Se muuttuu pehmeämmäksi ja muistuttaa enemmän nestettä. Kun molekyylit imevät itseensä lämpöä, ne alkavat liukua toistensa ohi muuttuen yhä nestemäisemmiksi. Samanlainen prosessi tapahtuu magman kanssa. Eri aineet kuitenkin sulavat eri lämpötiloissa. Tästä syystä kivien sulamislämpötila riippuu tietyntyyppisistä kivilajeista. Maankuori ja vaippa koostuvat monista aineista, joten magman syntyyn tarvittava lämpötila vaihtelee. Suurin osa magmoista muodostuu 600-1300°C: n välillä (Kuva 8.13).

sulanutta kiveä tai magmaa voi löytyä maan alla olevista magmakammioista. Koska magmakammiot ovat niin kaukana maan pinnan alla, tiedemiesten on vaikea tutkia niitä. Tutkijat tietävät, että magmakammioita syntyy siellä, missä lämpö ja paine ovat suurimmat. Kun mannerlaatat törmäävät ja hankautuvat toisiaan vasten, muodostuu sinne magmaa. Näin syntyi Tyynenmeren tulirengas. Tiedämme myös, että kaukana laattojen rajoista on tulivuoria, joten tiedämme, että niilläkin alueilla on magmakammioita. Magmakammioita voi olla siellä, missä on manttelilumpeita tai kuumia kohtia.

ei tarkkaan tiedetä, miten tai miksi nämä kuumat paikat syntyvät. Koska eri aineet kuitenkin sulavat eri lämpötiloissa, magman synty riippuu siitä, mitkä aineet muodostavat sen-sen koostumus. Aivan kuten kakun maku riippuu siihen laitettavista raaka-aineista, magman ja laavan käyttäytyminen riippuu sen koostumuksesta. Tietyt sulaneet kivet vaikuttavat tietyllä tavalla. Kun magma muuttuu laavaksi, kaikki laava ei toimi samalla tavalla.

Laava

kun magma pääsee pinnalle, se muuttuu laavaksi. Harkitse erilaisia nesteitä, joita saatat nähdä talossasi—esimerkiksi hunajaa ja pullo kolajuomaa. Saatat olla samaa mieltä siitä, että nämä kaksi nestettä ovat erilaisia monessa suhteessa. Ne maistuvat erilaisilta, niissä on eri värejä, niissä on erilaisia kaasuja ja ne virtaavat eri tavalla. Itse asiassa hunaja on nestettä, joka kestää virtaamista, kun taas kola virtaa helposti. Hunajalla on suurempi viskositeetti kuin kolalla; se kestää virtaamista (Kuva 8.14). Kolalla on alhainen viskositeetti, koska se virtaa helposti. Yksi suurimmista eroista eri laavatyypeissä on niiden viskositeetti.

erittäin viskoosi laava on sellainen, joka ei yleensä virtaa helposti. Se yleensä pysyy paikallaan. Runsaasti piidioksidia sisältävät lavat ovat yleensä viskoosisempia. Koska se kestää niin hyvin liikkumista, se tukkii tulivuoren tuuletusaukot. Paine kasvaa ja kasvaa, kunnes tulivuori lopulta räjähtää. Tällaista laavaa esiintyy räjähdysmäisissä purkauksissa. Se myös yleensä ansoittaa paljon kaasua. Kun kaasu vapautuu, se tekee purkauksesta räjähtävämmän. Suurin osa laavasta sinkoutuu ilmaan, missä se kovettuu ja muuttuu kiinteäksi kiveksi. Tämä ilmassa jähmettyvä sula kiviaines tunnetaan pyroklastisena materiaalina. Hohkakiven kaltaisessa magmakivessä näkyy pieniä reikiä kiinteässä Kalliossa, joissa oli kaasukuplia kiven ollessa vielä nestemäistä laavaa.

matalan viskositeetin laava liukuu tai virtaa alas vuorenrinteitä. Matalaviskositiivista laavaa on useampaa kuin yhtä tyyppiä. Erot niiden välillä tulevat lavan erilaisesta koostumuksesta ja erilaisista kohdista, joissa ne tulevat pintaan. Muodostuneiden magmamuodostumien tyyppi riippuu siitä, millaista laavaa se on. Kolme pääluokkaa ovat a ’ A, pahoehoe ja tyynylava.

A ’A-laava

A’ A-laava on räjähtämättömistä laavuista viskoosimpi (Kuva 8.15). Laava muodostaa paksun ja hauraan kuoren, joka repeytyy karkeiksi ja rosoisiksi kappaleiksi. Jähmettynyt pinta on rosoinen ja terävä. Se voi levitä laavan jatkaessa virtaamistaan sen alla.

Pāhoehoen laava

Pāhoehoen laava on vähemmän viskoosia kuin a ’ a-laava ja virtaa helpommin. Sen pinta näyttää ryppyisemmältä ja sileämmältä kuin rosoisen a ’ a-laavan. Pāhoehoen laava virtaa lohkoina tai pyöristyneinä alueina, jotka muodostavat outoja kiertyneitä muotoja ja luonnollisia kiviveistoksia (Kuva 8.16). Pāhoehoen laava voi myös muodostaa laavaputkia maan alle (Kuva 8.17).

Tyynylaava

Tyynylaava on laavaa, joka tulee ulos vedenalaisista vulkaanisista tuuletusaukoista (Kuva 8.18). Kun se tulee ulos veden alla, se jäähtyy hyvin nopeasti ja muodostaa karkeasti pallomaisia kiviä, jotka muistuttavat tyynyjä, joista vuotaa enemmän laavaa ja luo lisää tyynyjä. Tyynylava on erityisen yleinen vedenalaisissa leviämiskeskuksissa.

tulivuorenpurkausten ennustaminen

tulivuorenpurkaukset voivat olla tuhoisia etenkin niille ihmisille, jotka ovat lähempänä tulivuoria. Kuten meteorologit yrittävät ennustaa hirmumyrskyjä ja tornadoja, vulkanologitkin yrittävät ennustaa tulivuorenpurkauksia. Vaikka tulivuorenpurkausten ennustaminen on kaikkea muuta kuin täydellistä, monet todisteet voivat osoittaa, että tulivuori on purkautumassa. Joitakin näistä tekijöistä on vaikea mitata, mikä osaltaan vaikeuttaa purkausten ennustamista.

vulkaanisen toiminnan historia

yksi tärkeä tekijä purkausten ennustamisessa on tulivuoren historia. Toisin sanoen tarkastelemme, kuinka kauan siitä on purkautunut ja kuinka kauan sen edellisten purkausten välillä on aikaa. Tulivuoret luokitellaan kolmeen osa—alueeseen: aktiivisiin, uinuviin ja sukupuuttoon kuolleisiin. Aktiivinen tulivuori on sellainen, joka parhaillaan purkautuu tai osoittaa merkkejä purkautumisesta lähitulevaisuudessa. Uinuvassa tulivuoressa ei enää näy merkkejä aktiivisuudesta, vaan se on purkautunut lähihistoriassa (Kuva 8.19). Lopuksi, sammunut tulivuori on sellainen, joka ei ole purkautunut lähihistoriassa eikä todennäköisesti tule purkautumaan uudelleen tulevaisuudessa. Sekä aktiivisia että uinuvia tulivuoria tarkkaillaan paljon, koska uinuvatkin tulivuoret voivat yhtäkkiä osoittaa merkkejä aktiivisuudesta.

maanjäristykset

kun tulivuoren alla oleva magma työntyy ylöspäin, se ravistelee maata ja aiheuttaa maanjäristyksiä. Vaikka maanjäristyksiä sattuu todennäköisesti joka päivä tulivuoren lähellä, niiden määrä ja koko kasvavat ennen purkausta. Itse asiassa purkautumaisillaan oleva tulivuori saattaa aiheuttaa jatkuvan maanjäristysten sarjan, sillä maan alla liikkuva magma aiheuttaa stressiä viereisille kiville. Mittatakseen näitä maanjäristyksiä tiedemiehet käyttävät seismografeja, jotka tallentavat jokaisen maanjäristyksen pituuden ja voimakkuuden.

kaltevuuden muodonmuutos

kaikki se, että Magma ja kaasu työntyvät ylöspäin, voi saada maan tai tulivuoren Rinteen alkamaan paisua. Joskus maaturvotus paljastaa valtavia muutoksia tulivuoren muodossa. Useimmat maanpinnan muodonmuutokset ovat kuitenkin hienovaraisia, ja ne voidaan havaita vain kallistusmittareilla, jotka ovat mittalaitteita, joilla mitataan tulivuoren kaltevuuskulmaa. Lisäksi maan turpoaminen voi lisätä kallioiden putoamisia ja maanvyörymiä.

kaasupäästöt

usein kaasut ehtivät paeta tulivuoresta ennen kuin magma pääsee purkauksessa pinnalle. Tiedemiehet voivat siis mitata kaasuntuottoa eli kaasupäästöjä tulivuoren tuuletusaukoissa tai sen ympäristössä. Kaasuja, kuten rikkidioksidia (SO2), hiilidioksidia (CO2), suolahappoa (HCl) ja jopa vesihöyryä voidaan mitata paikasta tai joissain tapauksissa satelliittien avulla etäisyydeltä. Kaasumäärät ja niiden suhdeluvut lasketaan purkausten ennustamiseksi.

etävalvonta

kuten mainittiin, joitakin kaasuja voidaan seurata satelliittitekniikalla (Kuva 8.20). Satelliitit pystyvät mittaamaan myös muita tekijöitä, kuten lämpötilalukemia erityisen lämpimistä kohdista tulivuoripaikalla tai alueista, joilla tulivuoren pinta muuttuu. Kun teknologiamme kehittyy jatkuvasti, tutkijat pystyvät paremmin havaitsemaan muutokset tarkasti ja turvallisesti.

vaikka seurantamenetelmät paranevat koko ajan, tulivuorenpurkauksen ennustaminen varmuudella on edelleen vaikeaa. Yksikään tiedemies tai valtion virasto ei halua tulla pidetyksi pelottelijana ilmoittamalla, että purkaus tapahtuu ja sitten se ei todellakaan tapahdu. Laajamittaisen evakuoinnin kustannukset ja häiriö yhteiskunnalle jättäisivät monet ihmiset tyytymättömiksi ja tutkijat hämilleen. Ihmishenkien ja omaisuuden pelastamisen mahdollisuus tekee kuitenkin purkauksen ennustamisen tavoittelemisesta mitä varmimmin varteenotettavan syyn.

oppitunnin Yhteenveto

• tulivuoret syntyvät magman noustessa kohti maan pintaa, koska se on ympäröivää kiveä tiheämpää.
• tulivuorenpurkaukset voivat olla räjähtämättömiä tai räjähtäviä riippuen magman viskositeetista.
• mannerten reunoilla tapahtuu räjähdysmäisiä purkauksia, jotka tuottavat valtavia määriä ilmaan sinkoutuvaa materiaalia.
• räjähtämättömät purkaukset tuottavat useimmiten erityyppistä laavaa, kuten a ’ A, pāhoehoe ja tyynylavas.
• joitakin merkkejä siitä, että tulivuori voi pian purkautua, ovat maanjäristykset, pinnan pullistuminen, päästetyt kaasut sekä muut muutokset, joita tutkijat voivat seurata.

Kertauskysymyksiä

1. mitkä ovat tulivuorenpurkausten kaksi perustyyppiä?
2. useita satoja vuosia sitten tulivuori purkautui Pompejin kaupungin lähellä. Arkeologit ovat löytäneet toisiaan syleilevien ihmisten jäänteitä, jotka ovat tukehtuneet kaiken peittävään tuhkaan ja kiveen. Millainen purkaus tämä on ollut?
3. mitä on pyroklastinen materiaali?
4. nimeä kolme nestettä, joilla on alhainen viskositeetti, ja kolme nestettä, joilla on korkea viskositeetti.
5. Mitä eroa on magmakammiolla ja vaippapilvellä?
6. veden kiehumispiste on 100°C. miksi vesi voisi tehdä purkauksesta räjähtävämmän?
7. mitkä ovat kolme nimeä räjähtämättömälle laavalle?
8. mitä tekijöitä otetaan huomioon tulivuorenpurkausten ennustamisessa?
9. miksi tulivuorten ennustaminen on niin tärkeää?
10. kun otetaan huomioon, että tähtitieteilijät ovat kaukana tutkimistaan kohteista, mitä todisteita he voisivat etsiä määrittääkseen sen planeetan koostumuksen, jolta tulivuori löytyy?

Sanasto

aktiivinen tulivuori on tällä hetkellä purkautuva tai juuri purkautumassa oleva tulivuori. uinuva tulivuori tulivuori, joka ei ole tällä hetkellä purkautumassa, mutta joka on purkautunut muistiin merkityssä menneisyydessä. effusive purkaus suhteellisen lempeä, ei-räjähtävä tulivuorenpurkaus. purkaus vapauttaa magmaa maan pinnalle. Yleensä purkaukseen liittyy myös kaasujen vapautuminen. räjähtävä purkaus tulivuorenpurkaus, joka vapauttaa suuria määriä kaasua, niin että magma on väkivaltaisesti sinkoutuu ilmaan. sammunut tulivuori tulivuori, joka ei ole purkautunut muistiin merkityn historian aikana ja jota pidetään epätodennäköisenä, että se purkautuisi uudelleen. magma kammio alue maan sisällä ympäröi kiinteää kiveä ja sisältää magmaa. pyroklast kivi koostuu palasista vulkaanista kiveä heitetään ilmaan tulivuorenpurkauksia. viskositeetti nesteen” Paksuus ”tai” tahmeus”. Mitä viskoosisempi neste on,sitä vaikeampi nesteen on virrata.

Points to Consider

• millaisten todisteiden arvelet kertovan tutkijoille, oliko muinainen tulivuorenpurkaus räjähtävä vai ei?
• Ovatko kaikki tulivuoret korkeiden vuorten muotoisia, joiden huipulla on kraatteri?
• mikä on mielestäsi nimien A ’ A ja Pāhoehoe alkuperä?
• maanjäristykset eivät aina kerro tulivuoren purkautumisesta. Mitkä maanjäristykseen liittyvät seikat voivat viitata suhteeseen tulivuorenpurkaukseen?