Vulkaner

Kompetansemål i Geofag 1 (LK20)

Elevene skal kunne

• gjøre rede for bevegelser i jordas indre og hvilke konsekvenser de har for jordskorpa og jordoverflaten
• gjøre rede for ulike naturfarer knyttet til geosfæren og hydrosfæren, og vurdere hvordan mennesker kan forebygge og tilpasse seg disse farene

(Udir, u.å.-b)

Kjerneelementer som dekkes i dette kapitlet:

• Jordsystemer i tid og rom: «Kjerneelementet jordsystemer handler om delsystemer som geosfæren, atmosfæren, hydrosfæren, kryosfæren og biosfæren.»

• Modeller og modellering: «Kjerneelementet modeller og modellering handler om å bruke modeller og modellering i geofag.»

• Mennesket i jordsystemene: «Kjerneelementet mennesket i jordsystemene handler om hvordan vi som mennesker utnytter naturressursene og endrer jordsystemene, og hvordan vi er avhengige av og påvirkes av de samme systemene og deres endringer.»

(Udir, u.å.-a)

I dette kapitlet lærer du om

magma og viskositet, skjoldvulkaner, stratovulkaner, sinderkjegler, kalderaer og hotspots, plinianske utbrudd, to ulike utbrudd på Island, VEI-skalaen, vulkanske farer og klima, overvåking og varsling, forebygging og tilpasning, og Beerenberg på Jan Mayen.

Hva tror du?

Våren 2010 stengte et lite utbrudd under isbreen Eyjafjallajökull på Island store deler av flytrafikken i Europa. Fra 2021 har det vært mange utbrudd på Reykjaneshalvøya, ved Fagradalsfjall og Sundhnúkur, men de har ikke stengt luftrommet. Hvorfor tror du det er slik? Tenk over svaret mens du leser – vi kommer tilbake til det i delen om de to utbruddene på Island.

Magma og viskositet

Varme fra jordas indre driver langsomme strømmer i mantelen (NGU, u.å.). Mantelen er fast, men magma dannes der mantelberg smelter delvis. Hvorfor mantelberg smelter, og hva som skjer ved plategrensene, kan du lese mer om i Platetektonikk.

Hva er viskositet?

Viskositet er et mål på hvor mye en væske motsetter seg å flyte. Tenk deg at du heller et glass honning og et glass vann ut på et bord.

• Honningen flyter sakte. Den blir liggende tykkest der du helte, og blir tynnere utover.
• Vannet sprer seg raskt utover bordet og legger seg i et tynt lag.

Honning har høy viskositet, og vann har lav viskositet. Magma kan ha høy viskositet, lav viskositet eller noe midt imellom, alt etter den kjemiske sammensetningen.

Hvorfor magma er forskjellig

Ved midthavsrygger smelter mantelberget fordi trykket faller (dekompresjonssmelting). Ved subduksjonssoner senker vann fra den synkende platen smeltepunktet i mantelen over (flukssmelting). Smelten er lettere enn berget rundt og stiger.

Ved midthavsrygger blir magmaen basaltisk, og utbruddene er rolige (effusive). Ved subduksjonssoner er magmaen oftere andesittisk eller ryolittisk, og utbruddene blir oftere eksplosive. Basalt er en mafisk bergart med mørke mineraler som pyroksen og olivin. Felsiske bergarter som granitt består mest av lyse mineraler: kvarts, feltspat og glimmer.

Når magma stiger og kjøles, krystalliserer mineralene med lite SiO₂ først. Tunge krystaller kan synke ut av smelten, og det kalles fraksjonering. Resten av smelten blir derfor rikere på SiO₂. Magma som smelter eller tar opp kontinentalskorpe, blir også rikere på SiO₂.

Mer SiO₂ gir seigere magma. Silikattetraedrene kobles sammen i kjeder og nettverk, og smelten flyter tregere. Seig magma holder på gassen. Det ser du i tabellen under.

Magmatyper

Gass i magma

Dypt nede holder trykket fra berget over gassene oppløst i magmaen. Det gjelder særlig vanndamp (H₂O), CO₂ og SO₂. Når magmaen stiger, faller trykket, og gassen skilles ut som bobler. Det kalles eksolusjon (Sparks, 1978). Du ser det samme når du åpner en ristet brusflaske.

I basaltisk magma, med lav viskositet, stiger boblene og slipper ut. Utbruddet blir rolig, med lavastrømmer eller lavafontener. I ryolittisk magma, med høy viskositet, slipper boblene ikke ut. Trykket i boblene stiger mens magmaen stiger. Smelten kan sprekke opp, og utbruddet blir eksplosivt.

Vulkantyper og landformer

Magmaens egenskaper styrer både utbruddet og formen på vulkanen. Vi skiller mellom tre hovedtyper vulkaner, skjoldvulkan, stratovulkan og sinderkjegle, og i tillegg kalderaer.

Tre hovedtyper vulkaner (skjoldvulkan, stratovulkan og sinderkjegle) og kalderaer. Formen følger hvor seig magmaen er.

Skjoldvulkaner

Form: Brede fjell med slake sider, ofte 2° til 10°.

Mekanisme: Basaltisk lava med lav viskositet kan renne langt før den størkner. Vulkanen bygges av mange tynne lavadekker.

Eksempler: Mauna Loa og Kilauea på Hawaii (USGS, u.å.-a).

Stratovulkaner

Form: Bratte kjegler, ofte med sider på 25° til 35°.

Mekanisme: Vekslende lag av størknet seig lava, aske, pimpstein og tefra. Den seige magmaen flyter sjelden langt.

Eksempler: Fuji, Vesuv, Mount St. Helens (USGS, u.å.-b), Pinatubo og Beerenberg på Jan Mayen.

Sinderkjegler

En sinderkjegle (scoria cone) er en mindre, bratt haug, sjelden over 300–400 meter høy, med et krater i toppen. Den dannes ved korte, gassdrevne utbrudd. Lavafontener kaster slagg og sinder opp i lufta. Bitene størkner i lufta og danner en bratt haug rundt åpningen.

Eksempel: Parícutin i Mexico, som vokste opp på en åker i 1943 (Foshag & González, 1956).

Kalderaer

Et krater er åpningen der materiale kommer ut. En kaldera er en stor innsynkning. Den oppstår når et magmakammer tømmes så raskt at taket over kammeret faller ned.

Kalderaer kan være noen kilometer brede, som Crater Lake i Oregon etter Mazamas utbrudd for ca. 7700 år siden (USGS, u.å.-f), og Santorini ca. 1600 f.Kr. (Friedrich mfl., 2006). De kan også være titalls kilometer brede, som Toba og Yellowstone. De største utbruddene kalles ofte supervulkaner (VEI 8).

Hotspots

De fleste vulkaner ligger ved plategrenser. Unntaket er hotspots, langvarige, varme soner under platen som leverer magma mens platen glir over (Wilson, 1963). Hawaii-øyene blir eldre og mer erodert mot nordvest. Kauai er ca. 5,5 millioner år, mens Big Island er yngre enn 0,7 millioner år og fortsatt aktiv (USGS, u.å.-d). Forskere diskuterer fortsatt hvor dypt hotspots har røttene sine. Les mer i Platetektonikk.

Pliniansk utbrudd

Begrepet pliniansk utbrudd er oppkalt etter Plinius den yngre. I brev til Tacitus beskrev han utbruddet av Vesuv i år 79 e.Kr. og hvordan onkelen hans, Plinius den eldre, døde. Han sammenlignet askesøylen med en pinje, en rett stamme som brer seg ut øverst.

Fire faser i askesøylen

1. Fragmenteringsnivået: Nede i tilførselsrøret blir trykket i gassboblene så høyt at smelten rives i stykker. Blandingen består av gass, pimpstein og fin aske (Sparks, 1978).
2. Gass-skyvesonen: Like over krateret drives blandingen av trykket i røret.
3. Oppdrift: Søylen suger inn luft. Lufta varmes opp, blandingen blir lettere enn lufta rundt, og søylen stiger inn i stratosfæren.
4. Paraplysky (umbrella cloud): Når søylen ikke stiger lenger, brer asken seg ut til siden. Vinden kan føre den langt av gårde.

Paraplysky (umbrella cloud) og pyroklastisk strøm (pyroclastic density current, PDC) er to måter asken beveger seg på etter at søylen har steget.

To utbrudd på Island: Eyjafjallajökull og Fagradalsfjall

Våren 2010 stanset et utbrudd på Island (VEI 4) store deler av flytrafikken i Europa. Over 100 000 flygninger ble kansellert, og 10 millioner reisende ble stående igjen (Gíslason mfl., 2011).

Eyjafjallajökull 2010. Magma møtte smeltevann fra isbreen og ga finkornet aske (Gíslason mfl., 2011).

Tre forhold virket sammen:

1. Freatomagmatisme: Magmaen traff en 200 meter tykk isbre. Smelten ble kjølt brått ned og sprengt i svært små glasspartikler. Minst en femdel av asken, målt i vekt, var mindre enn 10 mikrometer (Gíslason mfl., 2011).
2. Aske i jetmotorer: Partiklene var lette og svevde langt. Silikatglass smelter ved om lag 1100 °C, mens forbrenningskamrene i jetmotorer kan bli 1400–1700 °C. Glasset smelter i motoren og størkner på turbinbladene, slik at motoren kan stanse.
3. Vindretningen: Et stabilt høytrykk over Nord-Atlanteren førte asken fra Island mot Norge og resten av Nord-Europa.

Fagradalsfjall og Sundhnúkur

Utbruddene på Reykjaneshalvøya, ved Fagradalsfjall 2021–2023 og Sundhnúkur 2023–2025, er annerledes (Veðurstofa Íslands, u.å.). Her kommer basaltisk magma (SiO₂ ca. 48 %) opp langs sprekker, uten isbre over. Tyntflytende basalt avgasser i fontener og lavastrømmer. Asken når ikke stratosfæren, og flytrafikken er ikke truet. Lavaen kan likevel true hus og infrastruktur, som i Grindavík.

Nå kan vi svare på spørsmålet fra starten. Eyjafjallajökull hadde intermediær magma (SiO₂ ca. 58 %) under en isbre. Møtet med vannet gjorde utbruddet eksplosivt og asken svært finkornet, og vinden førte den mot Europa. Fagradalsfjall og Sundhnúkur har basalt på tørt land, og lavaen renner ut uten store askeskyer.

VEI: vulkansk eksplosivitetsindeks

Chris Newhall og Steve Self innførte i 1982 en skala for styrken på vulkanutbrudd, vulkansk eksplosivitetsindeks (Volcanic Explosivity Index, VEI). Hvert trinn over VEI 1 betyr omtrent ti ganger mer utkastet tefra (Newhall & Self, 1982).

Kilder: skalaen fra Newhall og Self (1982). Hvor ofte VEI 3–4 forekommer, bygger på Global Volcanism Program (u.å.-a), som har registrert ca. 4 VEI 3-utbrudd og 1 VEI 4-utbrudd i året i 2023–2025, og på Hoblitt og Scott (2011). VEI 5 bygger på Newhall og Hoblitt (2002, sitert i Hoblitt & Scott, 2011), og VEI 6–7 på Tilling mfl. (1990), som har registrert ett VEI 7- og fire VEI 6-utbrudd siden år 1500. For VEI 0–2 oppgir vi ingen hyppighet.

Vulkanske farer og klima

Lavastrømmer beveger seg ofte sakte nok til at folk kan komme seg unna. De største skadene kommer fra andre prosesser.

1. Pyroklastiske strømmer

Hvis askesøylen blir for tung til å holde seg oppe, kan deler av den falle ned langs siden. Det gir en pyroklastisk strøm (pyroclastic density current, PDC), også kalt en glødende askesky. En slik strøm er en varm blanding av gass, pimpstein og stein. Den beveger seg vanligvis raskere enn 80 km/t, og temperaturen er vanligvis 200–700 °C (USGS, u.å.-e). Ved Mont Pelée på Martinique i 1902 nådde en slik strøm Saint-Pierre. Ca. 26 000–28 000 mennesker døde, og bare to av dem som var inne i selve byen, overlevde (USGS, 2004; Global Volcanism Program, u.å.-b). En pyroklastisk strøm traff også Pompeii i år 79 e.Kr.

2. Laharer

En lahar er en blanding av vulkansk aske, stein og vann som følger elvedaler. Den kan starte når varm tefra smelter snø og is, eller når regn vasker løs fersk aske. Blandingen er tykk, omtrent som våt betong.

I Armero i Colombia i 1985 smeltet et utbrudd på Nevado del Ruiz en del av isbreen på toppen. Laharene nådde Armero, ca. 45 km fra vulkanen. Over 23 000 mennesker mistet livet. Hvorfor så mange omkom, ser vi på i delen om forebygging og tilpasning.

3. Vulkansk vinter

Grov aske faller ut av lufta i løpet av dager og uker. Svoveldioksid (SO₂) kan bli værende i stratosfæren. Der reagerer SO₂ med vanndamp og danner små dråper av svovelsyre (H₂SO₄). Dråpene sprer sollys, og mindre sol når bakken (Robock, 2000). Kjøligere klima etter store utbrudd kalles vulkansk vinter.

Da Tambora i Indonesia hadde et utbrudd i april 1815 (VEI 7; Oppenheimer, 2003), kom svovel opp i stratosfæren. Året etter, 1816, kalles «året uten sommer». Frost og snø i juli og august ødela avlinger i Europa og Nord-Amerika. Da Pinatubo på Filippinene hadde utbrudd i 1991, ble jordoverflaten kjøligere i om lag tre år, ca. 0,5 °C i gjennomsnitt og inntil ca. 0,7 °C på det meste (Newhall mfl., 1997; USGS, u.å.-c).

Overvåking og varsling

Vulkaner gir ofte målbare signaler før et utbrudd (Sigurdsson mfl., 2015). Observatorier følger særlig fire forhold.

• Seismiske signaler: Når magma bryter seg opp gjennom skorpa, sprekker fjellet i mange små skjelv. Når magma og gass strømmer i sprekker, kan det registreres som en jevn, lavfrekvent dur, kalt harmonisk tremor.
• Bakkedeformasjon: Når magmakammeret fylles, hever bakken seg. Hevingen måles med GNSS på bakken og med satellitt-radar (InSAR).
• Gass: Oppstigende magma slipper ut gasser når trykket faller. Målinger av svoveldioksid (SO₂) og karbondioksid (CO₂) kan vise at magmaen er nær overflaten.
• Varme: Infrarøde satellitter og varmekameraer kan se at krateret eller sprekkene blir varmere før magmaen blir synlig.

Målingene brukes i fargekoder for luftfart: grønn, gul, oransje og rød. Kodene administreres av ICAO. Varselet til flyselskapene kalles VONA (Volcano Observatory Notice for Aviation), slik at flygninger kan legges om før asken når luftkorridorene.

Les mer om jordskjelv i Jordskjelv og jordas indre og om tsunamier i Jordskjelv og tsunamier som naturfare.

Forebygging og tilpasning

Vi kan ikke stoppe et vulkanutbrudd, men vi kan begrense skadene. Det handler om å vite hvor farene er, å ha planer for evakuering, og noen ganger å lede eller bremse lavaen.

Farekart og arealplanlegging

Et farekart viser hvilke områder som kan bli rammet av lava, aske, pyroklastiske strømmer og laharer. Kartet bygger på overvåking og på hva vulkanen har gjort tidligere. Det kan brukes i arealplanlegging, slik at boliger, skoler og sykehus ikke bygges der faren er størst (Wright & Pierson, 1992).

Armero viser hvorfor vulkanens historie er viktig. Byen lå på en vifte av løsmasser som laharer hadde gått over i 1595 og igjen i 1845, og begge gangene døde hundrevis av mennesker. Etter 140 år uten utbrudd var dette glemt, og byen ble bygd opp igjen på samme sted (Wright & Pierson, 1992).

Evakuering: Pinatubo og Armero

Et farekart og et varsel hjelper bare hvis de blir fulgt opp. Det viser to utbrudd med bare seks års mellomrom.

• Armero 1985: Et foreløpig farekart for Nevado del Ruiz var ferdig en måned før utbruddet. Det viste at Armero var særlig utsatt for laharer. Likevel ble det gitt varsel om evakuering mindre enn to timer før laharen kom, og varselet ble ikke fulgt opp. Over 23 000 mennesker omkom (Wright & Pierson, 1992).
• Pinatubo 1991: Forskere fra Filippinene og USA overvåket vulkanen og varslet det store utbruddet 15. juni 1991. Folk som bodde nær vulkanen, ble evakuert i tide, og varslingen reddet minst 5000 liv (Newhall mfl., 1997).

Asken fra Pinatubo ble tung da den ble våt av regn, og mange tak falt sammen (Newhall mfl., 1997). Sterke tak og rydding av aske fra takene er derfor også en måte å tilpasse seg på.

Lavabarrierer og lavakjøling på Island

Lavastrømmer går sakte, og noen ganger kan de ledes bort.

• Heimaey 1973: Et utbrudd startet ca. én kilometer fra sentrum av fiskeværet på Heimaey. Innen seks timer var nesten alle de 5300 innbyggerne evakuert, fordi sivilforsvaret hadde en ferdig plan og fiskeflåten lå i havn. Lavaen truet med å stenge havna og ødelegge byen. Fra februar til juli ble det pumpet ca. 6 millioner kubikkmeter sjøvann på lavaen for å kjøle den ned og bremse den (Williams & Moore, 1983).
• Grindavík og Svartsengi 2023–2024: I november 2023 begynte myndighetene å bygge voller, lavabarrierer, rundt kraftverket i Svartsengi. Kraftverket gir varme og strøm til rundt 30 000 mennesker (Government of Iceland, 2023). Ved utbruddet 14. januar 2024 ledet en voll det meste av lavaen bort fra byen Grindavík. En ny sprekk åpnet seg på bysiden av vollen, og lavaen derfra satte fyr på minst tre hus (Global Volcanism Program, 2024). I de senere utbruddene har vollene beskyttet kraftverket i Svartsengi (HS Orka, 2024).

Barrierene viser både at tiltakene virker, og at de har grenser. En voll kan lede lava bort, men den kan ikke stoppe lava som kommer opp på feil side av vollen.

Norsk vulkanisme: Jan Mayen og Beerenberg

Det norske fastlandet har ingen aktive vulkaner i dag. Oslo-riften ble dannet for ca. 300 millioner år siden og var aktiv gjennom perm, og vulkanismen der ga blant annet rombeporfyr, larvikitt og basalt (Bryhni & Fossen, 2024). Den er for lengst utdødd. Du kan lese mer i Norges geologi.

Norge har én aktiv vulkan: Beerenberg på Jan Mayen, 2272 meter over havet. Beerenberg er en isdekket stratovulkan. Det siste utbruddet var i 1985, og de mest kjente utbruddene var høsten 1970 og i januar 1985. Basaltisk lava rant ut i havet, og utbruddet i 1970 la til 4 km² land (Barr & Selbekk, 2025).

Beerenberg

• Høyde: 2272 meter over havet
• Type: Stratovulkan. Utbruddene veksler mellom lavastrømmer og tefra.
• Siste utbrudd: 1985
• Dekket av isbreer, blant annet Weyprechtbreen og Kronprins Olavs bre

Tektonisk sammenheng

Norskehavet begynte å åpne seg for ca. 55 millioner år siden (Bryhni & Fossen, 2024). Jan Mayen ligger på et lite mikrokontinent som først ble skilt fra Norge da havbunnsspredningen langs Aegirryggen begynte for ca. 54 millioner år siden, og som senere ble isolert da Kolbeinseyryggen åpnet seg for ca. 23–20 millioner år siden (NGU, 2015). Øya ligger i ryggsystemet i Norskehavet, mellom Kolbeinseyryggen og Mohnsryggen (Norsk Polarinstitutt, u.å.).

Viktige faglige begreper

Viskositet: En væskes motstand mot å flyte. Den øker med silikatinnholdet (SiO₂) og synker med temperaturen.

Eksolusjon: Utskilling av oppløst gass som bobler når trykket faller.

Skjoldvulkan: Stor, slak vulkan bygd av tyntflytende basaltisk lava.

Stratovulkan: Bratt, lagdelt vulkankjegle bygd opp av vekslende lag av seig lava og tefra.

Sinderkjegle (scoria cone): Liten, bratt haug av slagg og sinder rundt åpningen.

Kaldera: Stor, sirkulær innsynkning, ofte 5–50 km bred, som oppstår når taket over et delvis tømt magmakammer faller ned.

Hotspot: Langvarig, varm sone under platen som leverer magma mens platen glir over.

Freatomagmatisme: Eksplosivt utbrudd når magma møter vann eller is, som ved Eyjafjallajökull.

Paraplysky (umbrella cloud): Askeskyen som brer seg ut til siden når søylen ikke stiger lenger.

VEI: Vulkansk eksplosivitetsindeks (Volcanic Explosivity Index), en skala fra 0 til 8 for hvor mye tefra som kastes ut, og hvor høyt søylen når.

Pyroklastisk strøm (pyroclastic density current, PDC): Varm strøm av gass, aske og stein (vanligvis 200–700 °C) som beveger seg raskt nedover vulkanen, vanligvis raskere enn 80 km/t.

Lahar: Vulkansk slamstrøm av aske, stein og vann som følger elvedaler.

Vulkansk vinter: Kjøligere klima etter store utbrudd, fordi svovelsyredråper i stratosfæren sprer sollys.

Harmonisk tremor: Jevn, lavfrekvent risting fra magma og gass som strømmer i sprekker.

Farekart: Kart som viser hvilke områder som kan bli rammet av lava, aske, pyroklastiske strømmer og laharer.

Lavabarriere: Voll av stein og løsmasser som skal lede en lavastrøm bort fra hus og infrastruktur.

Sammendrag

Test deg selv