Vulkanologie 101: Hoe Vulkanen Ontstaan & Uitbarsten

Wat is een vulkaan?

Een vulkaan is een opening in de korst van een planeet waardoor magma — gesmolten of deels gesmolten gesteente — het oppervlak bereikt. Zodra magma uitbarst, heet het lava. Na vele erupties stapelt het uitgestoten materiaal zich op tot de bergen en kraters die de meeste mensen voor zich zien bij het woord "vulkaan".

Maar een vulkaan is eigenlijk een leidingsysteem, geen losse berg. Onder de zichtbare kegel ligt een netwerk van scheuren en opslagzones die een magmakamer of magmareservoir wordt genoemd, vaak enkele kilometers diep. Het zichtbare landschap is simpelweg waar dat systeem ontluchtigt.

Volgens het Smithsonian Global Volcanism Program worden ongeveer 1.350 vulkanen op land als potentieel actief beschouwd — dat wil zeggen dat ze in de afgelopen ~10.000 jaar (het Holoceen) zijn uitgebarsten. Op een willekeurige dag zijn er 40 tot 50 ergens op aarde actief. Het grootste deel van deze activiteit ligt langs plaatgrenzen, vooral de Pacifische Ring of Fire.

Waar magma vandaan komt

Het is een veelvoorkomende mythe dat de aardmantel een gigantische oceaan van vloeibaar gesteente is. In werkelijkheid bestaat de mantel grotendeels uit vast gesteente dat over geologische tijd langzaam stroomt. Magma ontstaat alleen waar specifieke omstandigheden het smeltpunt verlagen of warmte toevoegen. Drie mechanismen overheersen:

• Decompressiesmelting. Waar de mantel stijgt en de druk daalt — zoals bij mid-oceanische ruggen en boven hete mantelpluimen — begint vast gesteente te smelten zonder temperatuurverandering. Dit drijft het vulkanisme van IJsland en Hawaï aan.
• Fluxsmelting. Bij subductiezones zinkt een koude oceanische plaat en geeft water af aan de hete mantel erboven. Watertoevoeging verlaagt het smeltpunt van het gesteente en genereert magma. Dit voedt de Andes, de Cascades en het grootste deel van de Ring of Fire.
• Warmteoverdrachtssmelting. Stijgend magma kan het omringende gesteente waar het doorheen trekt laten smelten, wat de chemie van de uiteindelijke eruptie verandert.

De chemie van magma — vooral het silicagehalte — bepaalt vrijwel alles aan het gedrag van een vulkaan. Voor de diepere oorzaken van smelting, zie onze gids over plaattektoniek en geologische processen.

Silica, viscositeit en gas

Silica maakt magma stroperig. Basaltisch magma met weinig silica (ongeveer 45–52% silica) is dunvloeibaar, laat gas gemakkelijk ontsnappen en levert doorgaans rustige lavastromen op. Rhyolitisch of andesitisch magma met veel silica (63–77%) is dik en vangt gas op, het recept voor hevige, explosieve erupties.

Waarom vulkanen uitbarsten

Een eruptie draait in essentie om gas en druk. Magma bevat altijd opgeloste gassen — vooral waterdamp, koolstofdioxide en zwaveldioxide. Diep onder de grond houdt de hoge druk die gassen opgelost, net als de koolstofdioxide in een ongeopende fles frisdrank.

Naarmate magma stijgt, daalt de omringende druk en komen de gassen vrij als bellen. In dunvloeibaar basaltisch magma ontsnappen de bellen rustig en krijg je gloeiende lavafonteinen. In stroperig, silicarijk magma kunnen de bellen niet ontsnappen. De druk loopt op tot het magma verbrijzelt en als as en gesteente wordt weggeblazen — het moment van de geschudde frisdrankfles.

Drie factoren bepalen of een eruptie rustig of catastrofaal is:

• Gasgehalte — meer opgelost gas betekent meer explosief potentieel.
• Viscositeit — stroperig magma vangt gas op en verhoogt de druk.
• De weg naar het oppervlak — een geblokkeerde opening (een gestolde prop) kan de druk laten oplopen tot deze catastrofaal bezwijkt, zoals bij Mount St. Helens in 1980.

Daarom kunnen twee vulkanen er gelijk uitzien en zich toch totaal anders gedragen. Het volledige spectrum komt aan bod in onze gids over de types vulkanische erupties.

De belangrijkste vulkaanvormen

De vorm van een vulkaan is de langetermijnregistratie van wat hij uitstoot. Vier vormen vertegenwoordigen de meeste vulkanen op aarde.

Schildvulkanen

Opgebouwd uit vele dunne, dunvloeibare basaltische lavastromen, hebben schildvulkanen brede, flauw hellende profielen als een krijgersschild. Mauna Loa op Hawaï is het klassieke voorbeeld — en, gemeten vanaf zijn basis op de zeebodem, de grootste vulkaan op aarde naar volume. Hun erupties zijn meestal effusief en veilig om van een afstand te bekijken.

Stratovulkanen (samengestelde vulkanen)

De ansichtkaartkegels — Fuji, Vesuvius, Mayon, Rainier — zijn stratovulkanen, opgebouwd uit afwisselende lagen lava, as en gesteente. Hun stroperige andesitische magma maakt ze het gevaarlijkste type, in staat tot pyroclastische stromen en lahars. De meeste dodelijke historische erupties kwamen van stratovulkanen.

Slakkenkegels

De eenvoudigste en kleinste vulkanen, slakkenkegels, zijn steile, kegelvormige stapels fragmenten die uit één opening zijn geworpen. Parícutin in Mexico groeide beroemd uit een vlak maïsveld in 1943 en bereikte binnen een jaar ruim 400 meter — een zeldzame kans voor wetenschappers om een vulkaan vanaf nul te zien ontstaan.

Caldera's

Wanneer een magmakamer snel leegloopt, kan de grond erboven instorten tot een reusachtig bekken dat een caldera wordt genoemd. Deze zijn gekoppeld aan de grootste bekende erupties. Yellowstone, Santorini en de Campi Flegrei bij Napels zijn caldera's. Hun "supererupties" zijn extreem zeldzaam maar behoren tot de krachtigste natuurverschijnselen op de planeet.

Eruptiestijlen

Vulkanologen noemen eruptiestijlen naar de vulkanen die ze typeren. Ze vormen een ruwe ladder van toenemend geweld, gemeten met de Vulkanische Explosiviteitsindex (VEI), een logaritmische schaal van 0 tot 8 op basis van het volume uitgestoten materiaal.

Elke stap omhoog op de VEI-schaal staat voor ongeveer een vertienvoudiging van het uitgestoten volume. De eruptie van Tambora in Indonesië in 1815 (VEI 7) stootte zoveel zwavel uit dat 1816 het "jaar zonder zomer" werd op het noordelijk halfrond, met misoogsten tot in New England. Vergelijk dat met de dagelijkse Hawaiiaanse activiteit, die toeristen veilig fotograferen. Lees voor de volledige uitleg onze gids over eruptietypes en de VEI-schaal.

Hoe vulkanen worden gemonitord

Vulkanen barsten zelden zonder waarschuwing uit. Instanties zoals het USGS Volcano Hazards Program en nationale observatoria volgen vier hoofdsignalen dat magma in beweging is:

• Aardbevingen. Magma dat zich omhoog wringt breekt gesteente, wat zwermen kleine aardbevingen veroorzaakt. Een verandering in hun patroon is vaak de eerste aanwijzing.
• Bodemvervorming. Stijgend magma blaast een vulkaan op als een ballon. GPS-stations en satellietradar (InSAR) kunnen een zwelling van slechts enkele centimeters detecteren.
• Gasuitstoot. Toenemende uitstoot van zwaveldioxide en koolstofdioxide wijst op vers magma dat het oppervlak nadert.
• Temperatuur en warmteafgifte. Satellieten en grondsensoren volgen warmte van nieuwe lava en heet gas.

Met deze signalen kunnen observatoria alarmniveaus verhogen en evacuaties gelasten. De eruptie van Mount Pinatubo in de Filipijnen in 1991 is het schoolvoorbeeld van succes: voorspellingen door PHIVOLCS en de USGS leidden dagen vóór een van de grootste erupties van de 20e eeuw tot de evacuatie van tienduizenden mensen, waarmee naar schatting duizenden levens werden gered. Voorspellen kan nog geen exacte datum geven, maar verkleint het tijdvenster betrouwbaar. Lees wat je met die waarschuwing doet in onze vulkaanveiligheidsgids.