science >> Wetenschap >  >> Geologie

Hoe supervulkanen werken

De vulkaan Krakatau geeft een VEEL kleinere moderne show dan in 1883. © Martin Rietze/Westend61/Corbis

In 1883, een Indonesische vulkaan barstte uit met de kracht van enkele duizenden atoombommen, naar schatting 36 doden, 000 mensen en produceren wat sommigen het luidste geluid noemen dat ooit op aarde is gehoord [bron:Bhatia]. Krakatau (ook bekend als Krakatoa) echode als verre kanonvuur over 3, 000 mijl (4, 828 kilometer) van land en oceaan. Het spuwde genoeg gas en stof naar de hemel om de gemiddelde wereldtemperatuur met 0,9-1,8 F (0,5-1,0 C) te verlagen [bronnen:Geological Society of London; Tharoor]. Tot op de dag van vandaag, zijn naam is synoniem met rampspoed.

Naast een supervulkaan, Krakatau is een snapcap. Een pakje Pop Rocks.

OKE, dat is overdreven, en beter geschikt voor kleinere vulkanen. Maar stel je voor 50 Krakataus of 1, 000 Mount St. Helens barst uit op één locatie, het uitstoten van zoveel ejecta in minuten als kleinere vulkanen in jaren produceren.

Hoezeer we ook bang zijn voor aardbevingen, tsunami's, bosbranden en moordende stormen, in werkelijkheid zijn er maar een paar natuurlijke gebeurtenissen die de kracht hebben om de mondiale beschaving op de hielen te zitten. Een daarvan is een planeetdodende meteoor. Wil je de ander raden?

Hier is een hint:74, 000 jaar geleden, het naburige eiland van Krakatau, Sumatra, zag een superuitbarsting waarvan sommigen zeggen dat de mensheid bijna is uitgeroeid. Hoewel dit hypothetische knelpunt onder de bevolking het onderwerp blijft van onderzoek en debat, we weten wel dat de Toba-superuitbarsting 670 kubieke mijl (2, 800 kubieke kilometer) ejecta, een caldera achtergelaten van 19 bij 62 mijl (30 bij 100 kilometer) en mogelijk een sprong van 10 gemaakt, 000-jarige ijstijd [bronnen:Achenbach; Friedman-Rudovsky; Geologische Vereniging van Londen; Marshall; Tyson; USGS].

Wetenschappers hebben wereldwijd ongeveer 30-40 supervulkanen geïdentificeerd, 6-10 daarvan zijn potentieel actief [bronnen:Friedman-Rudovsky; marshall]. De laatste uitbarsting was in de buurt van Taupo, Nieuw-Zeeland, 26, 000 jaar geleden [bronnen:WTVY; USGS]. De grootste die we kennen, het Fish Canyon Tuff-evenement in Colorado, ongeveer 28 miljoen jaar geleden, boerde uit 1, 200 kubieke mijl (5, 000 kubieke kilometer) aan afzettingen - vijf keer het bedrag dat gewoonlijk nodig is om lid te worden van het vulkanische Legion of Boom [bron:Geological Society of London].

Vandaag, Noord Amerika, Zuid-Amerika en Azië lopen het grootste risico op toekomstige superuitbarstingen. Europa's enige bekende supervulkaan, het gebied van de Phlegrean Fields, gelegen aan de overkant van de baai van Napels vanaf de Vesuvius, laatste uitbarsting 35, 000 jaar geleden [bron:Geological Society of London].

Terwijl we supervulkanen in dit artikel onderzoeken, we zullen bijzondere aandacht besteden aan de onrustig sluimerende reus in de achtertuin van de VS:de hotspot onder Yellowstone National Park, de thuisbasis van 2-3 superuitbarstingen in de afgelopen 2,1 miljoen jaar [bronnen:Achenbach; Robinson; Tyson; USGS]. En we hopen dat vulkanologen de frequentie van deze rampen correct hebben geschat op ongeveer één per 100, 000 jaar omdat, direct, we kunnen er niet veel aan doen.

Inhoud
  1. Wat we niet weten over supervulkanen zou een caldera vullen
  2. Yellowstone:de supervulkaan in de achtertuin
  3. Yellowstone en de Verschrikkelijke, Vreselijk, Niet goed, Zeer slechte dag

Wat we niet weten over supervulkanen zou een caldera vullen

Deze oude poster van Yellowstone geeft weinig aanwijzingen over de geologische wonderen die verborgen zijn binnen de grenzen van het park. © David Pollack/Corbis

Er zijn geen algemeen aanvaarde criteria voor supervulkanen. Vulkanen bestaan ​​op een continuüm, zij het een logaritmische, dus categorische randen zijn meestal vaag [bronnen:Achenbach; Geologische Vereniging van Londen; Tyson]. Bijgevolg, schattingen lopen uiteen met betrekking tot het aantal supervulkanen, en hoe vaak ze hun toppen blazen.

Maar er zijn een paar gemeenschappelijke afbakeningen, inclusief grootte , het volume of de massa van magma barstte uit, en intensiteit , de snelheid waarmee dat magma uitbarst [bron:Geological Society of London]. Magma is heet, gesmolten materiaal dat uit de aardmantel of korst komt en tijdens vulkaanuitbarstingen als lava naar buiten wordt geperst. Het bevat meestal silicaten, gesuspendeerde kristallen en opgeloste gassen [bron:Oxford Dictionary of Science].

Een andere veel voorkomende indeling, genaamd de Vulkaanexplosiviteitsindex (VEI) , classificeert vulkanen volgens de hoogte van de askolom en de hoeveelheid as, puimsteen en lava uitgeworpen [bron:USGS]. Supervulkanen bezetten gewoonlijk de hoogste VEI-categorie, grootte 8, wat betekent dat ze meer dan 240 kubieke mijl (1, 000 kubieke kilometer) uitgebarsten materiaal en een pluim van meer dan 25 kilometer hoog [bronnen:Marshall; Rowlett; USGS]. Supervulkanen regenen vernietiging over hele regio's en laten caldera's achter ter grootte van Rhode Island [bronnen:Achenbach; Geologische Vereniging van Londen; Robinson; Tyson].

Voor zulke enorme en vernietigende wonderen, supervulkanen zijn verrassend moeilijk te spotten. Inderdaad, hun grootte en kracht maken deel uit van het probleem. In plaats van bergen te bouwen, deze reuzen blazen ze op. In feite, de supervulkaan van het Yellowstone National Park werd gedeeltelijk ontdekt door een opening in het verder ruige landschap. Zelfs dan, de enorme omvang ervan - 30 bij 45 mijl (50 bij 70 kilometer) - bedelt het vermogen van de geest om alles in zich op te nemen [bronnen:Achenbach; Geologische Vereniging van Londen; Tyson].

Voeg daarbij de uitgestrektheid van tijd -- de honderdduizenden tot miljoenen jaren waarin een caldera kan eroderen, vul met lava van kleinere uitbarstingen of word een met bomen omzoomd meer - en het is niet moeilijk te begrijpen hoe supervulkanen zich in het volle zicht kunnen verbergen. Maar onderzoekers blijven gedwarsboomd door nog een andere onmetelijkheid, namelijk de schaal van de processen die hen voeden - mechanismen die diep in de aarde reiken en zich honderden kilometers uitstrekken [bronnen:Friedman-Rudovsky; Geologische Vereniging van Londen; Marshall; Tyson; USGS].

Zie ze dus niet als opgeschaalde vulkanen. Supervulkanen zijn een fenomeen op zich, een diep proces dat we nog steeds moeilijk kunnen begrijpen [bronnen:Achenbach; Malfait et al.]. Om beter te begrijpen hoe ze werken, onderzoekers wenden zich tot potentiële supervulkanen zoals Uturuncu in Bolivia, die de afgelopen twee decennia een halve inch (1,3 centimeter) per jaar is gegroeid, en bekend hotspots van opwellend magma zoals dat onder Yellowstone [bron:Friedman-Rudovsky].

Yellowstone:de supervulkaan in de achtertuin

Helemaal stil (voorlopig) tijdens een winterse zonsondergang in Yellowstone National Park. © Michael Kittell/Corbis

Trek een lijn op de kaart van het noorden van Nevada door het zuiden van Idaho en omhoog naar het noordwesten van Wyoming, en je volgt een intermitterend litteken van vulkanische chaos die zich uitstrekt over 350 mijl (560 kilometer) en 18 miljoen jaar teruggaat. De keten van vulkanen wordt steeds jonger naarmate je langs deze west-naar-oost lijn beweegt, elk markeerde een gebied waar de magmadruk van een eenzame hotspot doorbrak. De ketting, zoals de hotspot, doodlopende wegen in Yellowstone National Park [bronnen:Achenbach; Geologische Vereniging van Londen].

Werkelijk, het is niet de hotspot die beweegt. Liever, de Noord-Amerikaanse plaat maalt boven het hoofd met ongeveer 1,8 inch (4,6 centimeter) per jaar. Om de zoveel tijd, de hotspot barst door. Tijdens zijn meer dan 2 miljoen jaar onder Yellowstone, het heeft drie jumbo-evenementen opgeleverd [bronnen:Achenbach; Robinson; Tyson; USGS]:

  • 2,1 miljoen jaar geleden, het Huckleberry Ridge-evenement heeft 588 kubieke mijl (2, 450 kubieke kilometer) materiaal en creëerde een caldera ter grootte van vier Manhattans
  • 1,3 miljoen jaar geleden, een superuitbarsting bij Mesa Falls schopte naar schatting 67 kubieke mijl (280 kubieke kilometer) ejecta (een categorie 7 VEI, maar vaak behandeld als een supervulkaan)
  • 640, 000 jaar geleden, de Lava Creek-supervulkaan barstte uit met 240 kubieke mijl (1, 000 kubieke kilometer) materiaal, met een mogelijke askolomhoogte van 100, 000 voet (30, 480 meter). Puin van het evenement verspreid over het Amerikaanse Westen en naar de Golf van Mexico.

Vandaag, de hotspot van Yellowstone is milder geworden, zo ver we weten. Het verwarmt de beroemde geisers van het park, warmwaterbronnen, stoomopeningen en modderpotten, en neemt een deel van de kou weg van Yellowstone Lake - zelf gedeeltelijk gevormd door een ingestorte supervulkaancaldera. Maar het zorgt er ook af en toe voor dat de grond erboven verontrustend koepelt en ons eraan herinnert dat een slapende draak stil is, ten slotte, een draak [bronnen:Achenbach; Encyclopedie Britannica; USGS].

Hoewel onderzoekers Yellowstone monitoren op aardbevingen, grondvervorming, stroomstroom en temperatuur, hoeveel waarschuwing een supervulkaan kan geven voordat hij uitbarst, blijft onduidelijk [bronnen:Geological Society of London; Tyson; USGS]. aardbevingen, waarvan Yellowstone er 1 heeft 000-3, 000 jaarlijks, kan waarschuwen voor een vulkanische gebeurtenis, maar ze kunnen ook druk verlichten en daardoor helpen voorkomen [bronnen:Achenbach; USGS].

Supervulkanen laten ook periodiek druk ontsnappen via kleinere uitbarstingen. In de 640, 000 jaar sinds Lava Creek, Yellowstone heeft ongeveer 80 niet-explosieve, lava-producerende uitbarstingen, en de volgende uitbarsting van Yellowstone zal waarschijnlijk van de omvang van Pinatubo zijn -- verre van onbeduidend, maar geen supervulkaan [bronnen:Achenbach; USGS].

Maar wat als de dobbelstenen niet onze kant op rollen? Hoe zou een supervulkaanuitbarsting bij Yellowstone eruit kunnen zien?

Omslagpunt

De enorme omvang van supervulkanen, gecombineerd met ons gebrek aan gegevens over de soorten en hoeveelheden gassen die ze produceren, maken het voorspellen van hun klimaateffecten moeilijk - vooral als je kijkt naar de complexiteit van het klimaatsysteem van de aarde. Maar we kennen kantelpunten in de natuur die snelle, onomkeerbare (of langzaam omkeerbare) klimaatveranderingen. Groei van gletsjers en smelten van ijskappen, bijvoorbeeld, beide werken via feedbackloops die in de loop van de tijd kunnen versnellen. Supervulkaan Toba heeft een ijstijd mogelijk versneld door een duim op de schaal van een van deze balansen te plaatsen [bronnen:Achenbach; Friedman-Rudovsky; Geologische Vereniging van Londen; Marshall; Tyson].

Yellowstone en de Verschrikkelijke, Vreselijk, Niet goed, Zeer slechte dag

Een beeld van de Maagd Maria kijkt uit over een dorp op het eiland Luzon, vijf maanden na de uitbarsting van de berg Pinatubo in 1991. Hoewel aanzienlijk kleiner in omvang dan een supervulkaan, De uitbarsting van Pinatubo in 1991 verlaagde de temperatuur op het noordelijk halfrond. © Les Stone/Sygma/Corbis

De meeste superuitbarstingen vinden plaats in gebieden die miljoenen jaren actief blijven, maar die een lange levensduur hebben rustperiode , dus vertrouw niet te veel op de schijnbare kalmte van Yellowstone. In grote lijnen, hoe langer hoe kiemrust , hoe groter de hausse [bron:Geological Society of London].

Net als andere supervulkanische gebieden, Yellowstone ligt op een lang actieve tektonische zone, een verzwakte en uitgedunde korst die over een 2 ligt, 500 F (1, 370 C) magmakoepel die oprijst uit de bovenmantel. Deze koepel is gesmolten en in de korst gebroken om twee magmakamers te creëren die ongeveer 8-11 kilometer onder de grond liggen. elk meet 30-plus-mijlen (48-plus-kilometers) over [bron:Encyclopedia Britannica]. Deze magmakamers zijn gevuld met een amalgaam van magma, halfvast gesteente en opgeloste gassen zoals waterdamp en kooldioxide.

In de loop van eeuwen en millennia, extra magma wordt opgebouwd, meer warmte en druk leveren, de overliggende grond beetje bij beetje omhoog duwen. Als de kamer een constante en substantiële toevoer van heet magma ontvangt, druk bouwt zich op in een vaak cyclisch proces genaamd incubatie . Als dat niet zo is, dan stolt wat materiaal en zinkt, druk wegnemen. Het enorme volume van de magmakamer van een supervulkaan betekent dat incubatie een warmteafgiftesnelheid vereist die 2-3 orden van grootte groter is dan die van een traditionele vulkaan [bronnen:Achenbach; Klemetti].

Eventueel, overdruk veroorzaakt breuken langs de omtrek van de koepel, ontluchting van de druk uit de kamer. Het met gas gevulde magma schiet hemelwaarts, as en puin regenen over honderden mijlen en dodelijk vrijkomen pyroclastische stromen -- snelbewegend, dikke wolken van gas, as en rotsen koken weg van de uitbarsting op 1 470 F (800 C) - over tienduizenden vierkante mijlen [bronnen:Achenbach; Geologische Vereniging van Londen].

Extra ontploffingen komen wekenlang regelmatig los. Ash drijft naar beneden op regionale schaal, de lucht vullen met verontreinigende stoffen en tientallen miljoenen vierkante mijlen in centimeters oogstdodende as bedekken [bronnen:Geological Society of London; Klemetti]. Tot het tot rust komt, iedereen in een straal van duizenden kilometers loopt het risico minuscule glazen naalden in te ademen, barstende longbloedvaten en verdrinking in een brij van as en longvocht [bronnen:Achenbach; Geologische Vereniging van Londen; Tyson]. Ash laat daken instorten, vervuilt vitale waterbronnen en vervuilt voertuigmotoren, een crisis in de voedselproductie veroorzaken, vervoer, communicatie en economie van maanden tot jaren [bronnen:Geological Society of London; Klemetti].

Binnen enkele weken, stof- en sulfaataerosolen omringen de wereld, het filteren van zonlicht en het afkoelen van de wereldwijde gemiddelde temperaturen met naar schatting 5-9 F (3-5 C) gedurende enkele jaren daarna [bronnen:Geological Society of London; Klemetti; marshall]. Een derde van de VS, met name de staten Montana, Idaho en Wyoming, maanden onbewoonbaar blijven, mogelijk jaren [bronnen:Tyson; USGS].

Dankbaar, de kansen pleiten ervoor dat dit binnenkort gebeurt. Maar nog een superuitbarsting, ooit, ergens in de wereld, is onvermijdelijk. Misschien wordt het toch eens tijd dat we aan die Marskolonie beginnen.

Het kost niet veel

Hoewel 50 keer kleiner dan een supervulkaan, Pinatubo (1991), op het Filippijnse eiland Luzon, daalde de oppervlaktetemperatuur op het noordelijk halfrond met maximaal 0,9-1,1 F (0,5-0,6 C). Tambora (1815) dempte de zomertemperaturen op het noordelijk halfrond gedurende twee jaar op rij. Krakatau (1883) veroorzaakte een gemiddelde daling van 0,9-1,8 F (0,5-1,0 C) bij temperaturen in lagere atmosfeer die jaren duurden. Deze gemiddelden verbergen waarschijnlijk ernstiger lokale effecten [bronnen:Geological Society of London; Zelf et al.].

Veel meer informatie

Notitie van de auteur:Hoe supervulkanen werken

Supervulkanen vormen een fascinerend onderwerp, maar moeilijk om over te schrijven. Aan de ene kant, we verwonderen ons over de enorme schaal die wordt onthuld door hun enorme caldera's en hoog opgestapelde afzettingen, en we kunnen hun klimaatverschuivende capaciteit intuïtief aanvoelen via ijskernen, boomringen en microben die hun structuur veranderen als reactie op klimaatveranderingen. Op de andere, er is gewoon zoveel dat we niet weten over de inhoud van hun magma's en de dynamiek die hun diepe welling-pluimen aandrijft. Zelfs schijnbaar ongevaarlijke chemicaliën en materialen kunnen onnoemelijke verstoringen in het klimaat veroorzaken als ze in voldoende hoeveelheden in de atmosfeer worden gedumpt. We weten het gewoon niet.

En dat is het angstaanjagende aan deze kolossen. Ondanks al onze kennis over vulkanische en tektonische gebeurtenissen, en ook al bestaan ​​er hier op aarde supervulkanen, in sommige opzichten zouden het net zo goed meteoren op uitstervingsniveau uit de ruimte kunnen zijn. Ons vermogen om ze te voorspellen, of om er iets aan te doen, is even klein, en in beide gevallen houden we ons vast aan het koude comfort van lange kansen.

gerelateerde artikelen

  • 10 correlaties die geen oorzakelijk verband zijn
  • 10 meest verwoestende stormen
  • Heeft de maan de Titanic verdoemd?
  • Hoe werkt een seismograaf? Wat is de schaal van Richter?
  • Hoe vulkanen werken

Meer geweldige links

  • National Park Service:Veelgestelde vragen over vulkaan Yellowstone
  • U.S. Geological Survey:vragen over supervulkanen
  • De vulkanische explosiviteitsindex

bronnen

  • Achenbach, Joël. "Als Yellowstone explodeert." National Geographic. Augustus 2009. (11 feb. 2015) http://ngm.nationalgeographic.com/2009/08/yellowstone/achenbach-text
  • Geassocieerde pers. "Magnitude-4.8 Aardbeving schudt Yellowstone Park." De New York Times. 30 maart 2014. (6 februari, 2015) http://www.nytimes.com/aponline/2014/03/30/us/ap-us-yellowstone-quakes.html
  • Geassocieerde pers. "Yellowstone Vechten Online Supervulkaan Geruchten." De New York Times. 4 april, 2014. (6 februari, 2015) http://www.nytimes.com/aponline/2014/04/04/us/ap-us-travel-brief-yellowstone-quake-bison.html?_r=0
  • Aurthur, Kate. "Kunst, Kort; Sterke beoordelingen voor Spike." The New York Times. 18 april, 2005. (6 februari, 2015) http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=9D0CE2DF1F3EF93BA25757C0A9639C8B63
  • Bhatia, Aatish. "Het geluid zo hard dat het vier keer om de aarde cirkelde." Nautilus. 29 september 2014. (16 februari, 2015) http://nautil.us/blog/the-sound-so-loud-that-it-circled-the-earth-four-times
  • Cartlidge, Edwin. "Boorplan voor supervulkaan krijgt groen licht." Wetenschap. 18 mei 2012. (12 februari, 2015) http://news.sciencemag.org/2012/05/supervolcano-drilling-plan-gets-go-ahead
  • Encyclopedie Britannica. "Yellowstone National Park." (9 feb. 2015) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/652774/Yellowstone-National-Park
  • Friedman-Rudovsky, Jean. "Groeispurt bij een Boliviaanse vulkaan is een vruchtbare grond voor studie." De New York Times. 13 februari 2012. (6 februari, 2015) http://www.nytimes.com/2012/02/14/science/a-fascinating-growth-spurt-at-the-uturuncu-volcano-in-bolivia.html
  • Geologische Vereniging van Londen. "Super-uitbarstingen:wereldwijde effecten en toekomstige bedreigingen." 2005. (6 februari, 2015) https://www.geolsoc.org.uk/Education-and-Careers/Resources/Papers-and-Reports/Super-eruptions
  • Gregg, Patricia M., et al. "Ontwikkeling, Evolutie en triggering van supererupties." (8 februari, 2015) https://gsa.confex.com/gsa/2011AM/finalprogram/abstract_197370.htm
  • Klemetti, Erik. "Dr. Shanaka de Silva beantwoordt uw vragen over supervulkanen, Uturuncu en meer." Bedraad. 14 februari 2012. (11 februari, 2015) http://www.wired.com/2012/02/dr-shanaka-de-silva-answers-your-questions-about-supervolcanoes-uturuncu-and-more/
  • malfait, Wim et al. "Supervulkaanuitbarstingen aangedreven door smeltdrijfvermogen in grote siliciummagmakamers." Natuur Geowetenschappen. Vol. 7. Pagina 122. 5 januari, 2014. (9 feb. 2015) http://www.nature.com/ngeo/journal/v7/n2/full/ngeo2042.html
  • marshall, Michaël. "Supervulkaanuitbarstingen zijn misschien toch niet zo dodelijk." Nieuwe wetenschapper. 29 april 2013. (8 februari, 2105) http://www.newscientist.com/article/dn23458-supervolcano-eruptions-may-not-be-so-deadly-after-all.html#.VNfScvnF98E
  • Oxford Dictionary of Science. Alan Isaacs, John Daintith en Elizabeth Martin, red. Oxford Universiteit krant, 2003.
  • Robinson, Decaan. "Laten we hopen dat de Boom Times niet naar Yellowstone komt." De New York Times. 17 juli 2013. (6 februari, 2015) http://6thfloor.blogs.nytimes.com/2013/07/17/lets-hope-the-boom-times-dont-come-to-yellowstone/
  • Rowlett, Rus. "Vulkanische Explosiviteitsindex." Van de Volcano World van de Universiteit van North Dakota. (5 februari, 2015) https://www.unc.edu/~rowlett/units/scales/VEI.html
  • Zelf, Stefanus, et al. "De atmosferische impact van de uitbarsting van Mount Pinatubo in 1991." In BRAND en MODDER:Uitbarstingen en Lahars van de berg Pinatubo, Filippijnen, Christopher G. Newhall en Raymundo S. Punongbayan, red. Amerikaanse geologische dienst. 1996. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19990021520.pdf
  • Tharoor, Isaan. "Krakatoa." Tijd. 31 augustus 2010. (16 februari, 2015) http://content.time.com/time/specials/packages/article/0, 28804, 2014572_2014574_2014635, 00.html
  • Tyson, Pieter. "Lessen van een supervulkaan." NOVA. 26 september 2006. (12 februari, 2015) http://www.pbs.org/wgbh/nova/earth/lessons-supervolcano.html
  • Tyson, Pieter. "Een superuitbarsting overleven." PBS. 26 september 2006. (6 februari, 2015) http://www.pbs.org/wgbh/nova/earth/surviving-a-supereruption.html
  • US Geological Survey (USGS). "Vragen over supervulkanen." 25 juni 2014. (4 februari, 2015) http://volcanoes.usgs.gov/volcanoes/yellowstone/yellowstone_sub_page_49.html
  • WTVY Nieuws. "Hong Kong Super Volcano Gekoppeld aan het uitsterven van dinosauriërs?" 31 augustus 2012. (4 februari, 2015) http://www.wtvy.com/home/headlines/Hong-Kong-Super-Volcano-Linked-to-Dinosaur-Extinction-168195766.html