Vulkaner och vulkanism

Vulkanerna är ett slags ventiler för hettan från jordens inre. Vulkanutbrott hör till de mest dramatiska och spektakulära men samtidigt destruktiva geologiska fenomen man kan bevittna. Vid ett vulkanutbrott tränger het bergartssmälta - magma - upp till jordens överyta och rinner ut som lava.

Mycket magma når dock aldrig jordytan utan stelnar som intrusiva kroppar djupt nere i jordskorpan eller i gångar på vägen upp, så vulkanism på jordytan och magmatism djupare ner i jordskorpan är nära besläktade fenomen.

Figuren ovan hämtad från United States Geological Survey. Den beskriver hur vulkanism (och magmatism djupare ner i jordskorpan) främst sker längs gränserna mellan jordskorpans plattor: längs mitt-oceana ryggar och kontinentala riftzoner där jordskorpan spricker upp och plattorna glider isär, och längs subduktionszoner där oceanisk jordskorpa glider ner i manteln och smälter upp. Här och där förekommer också isolerade hotspots, heta fläckar med vulkanism, mitt inne i en platta.

De mittoceanska ryggarna

Huvuddelen av jordens vulkaner är knutna till gränserna mellan jordens plattor, där het magma från jordens inre tränger fram som lava. Längs de mittoceana ryggarna, exempelvis på Island, och på vissa isolerade oceanöar såsom Hawaii, tränger basisk (kiselfattig) lava upp, bildad genom uppsmältning av underliggande mantel. Sådan lava är het (900-1200 °C) och lättflytande och vi får vidsträckta flöden av basalt.

När överytan stelnar fås ibland former som påminner om rep (replava), ibland en blockig överyta (blocklava).

Huvuddelen av vulkanismen längs de mittoceana ryggarna sker dock utmed längsgående sprickor i havsbottnen. Sådan undervattenslava bildar karaktäristiska kuddliknande former (kuddlava), när dess yta hastigt kyls ned av det omgivande havsvattnet och stelnar.

Vulkankedjor och öbågar

Vulkaner i vulkankedjor och vulkaniska öbågar ovanför subduktionszoner, exempelvis i Karibien, Indonesien och i "eldringen" runt Stilla havet, innehåller surare (kiselrikare) magma. Enklast är att tänka sig denna magma bildad genom uppsmältning av den nedåtgående oceanplattan.

Huvuddelen av uppsmältningen anses dock ske i den kil av manteln som ligger ovanför den nedåtgående oceanplattan, genom att vatten inneslutet i denna frigörs och stiger uppåt och därmed sänker smälttemperaturen i mantel-bergarterna. Genom att denna magma i sin tur reagerar med ovanliggande jordskorpa, som delvis smälter upp, får den en kiselrikare sammansättning.

Sådan magma är mindre het (c. 800 °C) och mer trögflytande, samtidigt som den kan innehålla stora mänder vattenånga och andra gaser. Resultatet blir ofta explosiva utbrott med stora mängder vulkanisk aska, små fragment av stelnad lava, när trycket från magman och dess gaser spränger sönder vulkanens topp.

Exempel på vulkaner med sådana utbrott är Mount St Helens i nordvästra USA och Pinatubo på Filippinerna.

Höga vulkankäglor, uppbyggda av lava och asklager från upprepade utbrott, är typiska framförallt för vulkaner med sur magma. Andesit (uppkallad efter Anderna) är en vanlig lavatyp.

Kontinenternas inre och riftzoner

Vid vulkanism i kontinenternas inre eller längs riftzoner där dessa håller på att spricka upp, exempelvis i Östafrika, förekommer både basisk och sur magma. Den basiska magman har sitt ursprung i manteln, medan den sura magman bildas genom uppsmältning av ovanliggande jordskorpa.

En del av de vulkaniska bergarterna i denna miljö har en ovanlig sammansättning och är speciellt anrikade på vissa grundämnen, som natrium och kalium.

Vissa isolerade vulkaner är inte knutna till någon plattgräns utan ligger mitt inne i en platta, till exempel Hawaii som ligger mitt i Stilla Havs-plattan. Sådana platser kallas hotspots, hetfläckar, och anses bero på att het magma tränger upp från de lägre delarna av manteln som en isolerad plym, och likt en blåslampa bränner hål på jordskorpan.

Ett exempel på en kontinental hotspot är Yellowstone i västra USA med sina varma källor, vilka sannolikt avspeglar förekomsten av het magma på djupet i jordskorpan.

Längs djupgående förkastningar, vilka når ner till manteln, inne på kontinenterna kan också magma tränga upp i vissa situationer.

Hur många aktiva vulkaner finns det på jordklotet?

Denna enkla och vanliga fråga har tyvärr inget enkelt svar. En del av osäkerheten ligger i vad men menar med en vulkan.

Medan centralvulkaner som Vesuvius, Fuji eller Mount St. Helens består av en dominerande konisk vulkankägla med en krater på toppen, består många andra vulkaner av ett komplex av mindre koner, kratrar och spricköppningar utspridda över ett större område, antagligen förbundna på djupet med en central magmakammare.

Ofta är det svårt att veta vilka krateröppningar och sprickor som hänger ihop på djupet, och beroende på om man räknar enskilda koner och kratrar eller grupperar ihop dem i större komplex fås helt olika siffror.

En stor del av all vulkanism sker dessutom i det fördolda längs spricköppningar på havsbottnen, och låter sig inte räknas på detta sätt. Uppskattningar säger att ¾ av all lava som når jordytan gör det vid dessa undervattensutbrott.

Svaret beror också på vad man menar med "aktiv". Några vulkaner, som Stromboli i Italien, är kontinuerligt aktiva, vissa får utbrott med mer eller mindre regelbundna intervaller med några tiotals eller hundratals års mellanrum, åter andra kan vakna till liv efter flera tusen års vila.

Enligt en sammanställning av Smithsonian Institutions Global Volcanism Program pågår vid varje tillfälle ca 20 olika utbrott på land runtom på jordklotet. Varje år äger mellan 50 och 70 utbrott rum. Antalet historiskt dokumenterade utbrott runtom i världen är ca 550. Det totala antalet utbrott de senaste 10 000 åren uppskattas till mellan 1300 och 1500.

Eftersom flertalet av dessa vulkaner med stor sannolikhet kan få nya utbrott, snart eller om några tusen år, måste det totala antalet vulkaner på jorden, även om man begränsar sig till landytan, röra sig om minst ett tusental.

Att förutsäga utbrott

Man försöker förutsäga vulkanutbrott genom att mäta förändringar i marklutningen (påverkas av stigande magma inuti vulkanen), följa jordskalvsaktiviteten (den stigande magman ger ofta upphov till lokala jordskalv), och mäta sammansättningen av utströmmande gaser, som också kan ändras innan ett utbrott, på aktiva vulkaner. I bästa fall kan man komma med förutsägelser något dygn i förväg, vilka dessutom är rätt osäkra.

Metoderna att förutsäga utbrott bygger ju på att man mäter effekter från stigande magma under vulkanen, men man kan inte säkert veta när och om denna magma når ytan och utbrottet startar. Ibland kanske magman sjunker tillbaka ner i magma-kammaren, eller sprider sig ut i något spricksystem åt sidorna där den stelnar som gångar nere i berget. När det gäller många vulkanutbrott sker det dock ofta en gradvis upptrappning av aktiviteten över flera dygn, vilket gör det möjligt att evakuera folk i riskområden.

Vulkanismens för- och nackdelar

På kort sikt medför naturligtvis ett vulkanutbrott stor förstörelse för både människor och natur i den närmaste omgivningen, och stora utbrott som sprider aska och gas långt upp i de övre delarna av atmosfären kan även ha en global påverkan på klimatet.

På lite längre sikt är påverkan kanske snarast positiv, eftersom vulkanaska ofta ger upphov till bördiga jordar, en orsak till att så många männsikor ofta är bosatta i närheten av vulkaner.

Sett i ett riktigt långsiktigt geologiskt perspektiv kan man hävda att vulkanism och magmatism har skapat de kontinenter och landområden vi har. Dessförutan skulle förmodligen hela jordens yta vara vattentäckt, och vi skulle inte ha funnits, så i detta perspektiv är vulkanism definitivt en positiv och uppbyggande kraft. Dessutom har vulkaniska processer hjälpt till att skapa många av de malmförekomster som vår moderna civilisation är beroende på.

Vulkanism och livets uppkomst

Vissa menar också att livet uppstod runt heta vulkaniska källor på havsbottnen, där tidiga organismer fick sin energi genom omvandling av kemiska ämnen, kemosyntes, i stället för solenergi och fotosyntes. Sådana organismer finns fortfarande, och har påträffats runt nutida heta källor vid de mitt-oceana ryggarnas.

Kanske är vulkanism till och med en förutsättning för liv. Livet som vi känner det är ju beroende av de geologiska förutsättningar och de geokemiska kretslopp som existerar här på jorden, och där vulkaniska processer är en viktig del.

Om livet överhuvudtaget skulle kunna existera utan dessa processer är svårt att säga. Vi vet ju alldeles för lite om hur livet uppstod. I alla händelser skulle det nog ha utvecklats rätt annorlunda, och se rätt annorlunda ut.

I vulkanens inre

Smält bergartsmassa - magma - stiger upp och samlas i en magmakammare på några kilometers djup under vulkanen. I vissa vulkaner står magmakammaren i kontinuerlig förbindelse med krateröppningen, så att vulkanen är mer eller mindre ständigt aktivt.

Oftast är dock kraterröret blockerat av stelnad lava. Först när trycket i magmakammaren blivit tillräckligt högt får vulkanen ett utbrott. Magman rinner ut som lava ur vulkanens centralkrater, eller ur olika sidokratrar och sprickor på vulkanens sidor.

Gaser som frigörs ur magman när denna stiger uppåt accelererar förloppet och gör att utbrottet blir explosivt, ungefär som när man öppnar en flaska med kolsyrad läsk efter att ha skakat denna så gasen frigjorts.

Är utbrottet explosivt kommer huvuddelen av materialet ut som vulkanisk aska som faller ned i omgivningen, i vissa fall som ett hett gas- och askmoln som rusar ned för vulkanens sida och förbränner allt i sin väg. Detta är den farligaste typen av utbrott.

Vesuvius utbrott år 79 e.Kr., Mont Pelées utbrott på den västindiska ön Martinique år 1902, och Mount St. Helens utbrott år 1980 var alla av denna typ. Vid det sistnämnda utbrottet kollapsade ena flanken av vulkanen helt, så att utbrottets hela kraft riktades åt den sidan, med stor förödelse som följd i denna riktning.

Vulkanisk aska kan också blandas med vatten, kanske från smält snö och is från toppen, och bilda en slamström, en lahar, som störtar ned i omgivande dalgångar och begraver städer och byar i sin väg, något som inträffade runt den colombianska vulkanen Neva del Ruiz 1985. Sådana slamströmmar kan också utlösas av kraftiga regnoväder som river med sig aska från vulkanens sluttningar efter det att själva utbrottet upphört.

I extrema fall kan hela vulkanen kollapsa och störta in, och en jättekrater, kallad caldera, bildas på dess plats. Ett exempel på detta är den indonesiska vulkanöns Krakataus utbrott och kollaps år 1883, som gav upphov till omfattande flodvågor på omkringliggande större öar (Sumatra och Java) efter det att havsvattnet störtat in i den kollapsade kratern.

Ett annat exempel är utbrottet på den grekiska ön Santorini (Thera) omkring år 1600 f.Kr. Vulkanen Teide på Teneriffa är belägen mitt i en stor caldera - Canadas-calderan - resterna av en tidigare vulkans kollaps.

Andra typer av aktivitet

Även när en vulkan inte har utbrott märks ofta en viss aktivitet i form av utströmmande gaser och varmt vatten i geysrar och heta källor runt vulkanen. En del av dessa gaser har sitt ursprung i den underliggande magman, men det mesta vattnet utgörs av vanligt grundvatten som cirkulerar i berggrunden och blir uppvärmt av den vulkaniska hettan

I en geysir sprutar det kokande vattnet upp likt en fontän ur marken, för att sedan rinna tillbaka ner i berget igen. Ofta fälls olika mineral, exempelvis svavel, ut runt dessa källor.

Mer om vulkaner

På amerikanska Smithsonian Institutions vulkansidor "Volcanoes of the World" kan du få en översikt över all världens vulkaner, uppdelade på olika regioner, och även klicka dig in på enskilda vulkaners hemsidor

Volcanoes of the World (Smithsonian Institution)