Vulkan

Etymologi

Ordet vulkan er avledet fra navnet på den italienske øya Vulcano. Ifølge den romerske mytologi er øya smien til ildguden Vulcanus. Læren om vulkaner kalles vulkanologi.

Divergerende plategrenser

På midthavsrygger driver to tektoniske plater fra hverandre. Ny havbunnsskorpe dannes av varm, smeltet stein som sakte avkjøles og størkner. Skorpen er svært tynn på midthavsrygger siden platene drar i hver sin retning. Trykket frigjøres på grunn av den tynne skorpen og fører til adiabatisk utvidelse og delvis smelting av mantelen. Denne smeltingen fører til vulkanisme og danner ny havbunnsskorpe. De fleste divergente plategrensene fins på havbunnen, og derfor skjer mesteparten av vulkanaktiviteten under sjøen. Black smoker eller svartrøykarer er eksempel på denne typen vulkansk aktivitet. Der midthavsryggen kommer over havnivå blir det dannet vulkanske øyer, som Island.

Konvergente plategrenser

Subduksjonssoner er steder der to plater, vanligvis en havplate og en kontinentalplate, kolliderer. I dette tilfellet forsvinner havplaten under kontinentalplaten og danner en dyp havgrøft like utenfor kysten. Skorpen vil da smelte på grunn av varmen fra mantelen og bli til magma. Dette kommer av at vanninnholdet fører til lavere smeltepunkt. Magmaen som dannes her er ofte veldig viskøs (tyktflytende) på grunn av det store innholdet av silikater og kommer sjelden til overflaten, men kjøles ned i dypet. Hvis den kommer til overflaten dannes det en vulkan. Typiske eksempler på denne typen vulkaner er Etna og vulkanene i Ildringen i Stillehavet.

Varmepunkt

Varmepunkter ligger vanligvis ikke på ryggene til jordskorpeplatene, men over mantelplummer, der konveksjon i jordas mantel danner søyler med varmt stoff som stiger til de møter jordskorpen, som har en tendens til å være tynnere enn andre steder på Jorda. Temperaturen i plummen får skorpen til å smelte og danne kanaler der magmaen kan trenge gjennom. Siden jordskorpeplatene flytter seg mens mantelplummane er stasjonære, vil hver vulkan etter hvert bli inaktiv og en ny vulkan dannes der jordskorpen flytter seg over søylestrømmen. Det foreligger teorier om at øyene Hawaii har blitt dannet på denne måten.

Vulkantyper

Den vanligste oppfatningen av en vulkan er et kjegleformet fjell som spyr ut lava og giftige gasser fra et krater på toppen. 
Kjeglevulkaner er vulkaner med bratte skråninger, 33 graders helning eller mer. De blir maks 300 meter høye og er den minste av de tre vulkantypene. De andre typene er skjoldvulkan og sammensatt vulkan. 
Dette beskriver bare en av mange typer vulkaner, og egenskapene til vulkaner er langt mer kompliserte. Oppbyggingen og atferden til vulkaner er avhengig av mange faktorer. Noen vulkaner har kuperte topper formet av lavadomer i stedet for et krater på toppen, mens andre vulkaner har landskap som massive platåer. Ventiler som støter ut vulkansk materiale (lava, som er navnet til magma som har kommet opp på overflaten, og aske) og gasser (hovedsakelig damp og magmatiske gasser) fins hvor som helst på vulkanen. Mange av disse ventilene danner mindre kjegler som den i Pu'u 'Ō'ō på den ene siden av Kīlauea på Hawaii.
 
Type vulkan avhenger blant annet av magmaens sammensetning og vulkanens plassering i forhold til kontinentalplatene. Der hvor kontinentalplatene glir fra hverandre, dannes gjerne vulkaner med lettflytende lava. Disse har gjerne relativt rolige utbrudd, men lavaen renner fort og kan derfor være farlig. Eksempler kan være vulkanene i Riftdalen i Øst-Afrika eller Beerenberg på Jan Mayen. En annen type forekommer der hvor kontinentalplater kolliderer. Disse har gjerne tyktflytende lava som danner propper i krateret som sperrer trykket inne. Resultatet er eksplosjonsartede utbrudd, som i Mount St. Helens i USA, vulkanene i Karibia, Vesuv i Italia og Krakatau i Indonesia. Muddervulkaner, som er formasjoner som ofte ikke er assosiert med magmatisk aktivitet, har ofte lavere temperaturer enn ildvulkaner, bortsett fra når de egentlig er ventiler på en ildvulkan. 
Verdens høyeste aktive vulkan i dag er sannsynligvis Ojos del Salado som ligger på grensen mellom Chile og Argentina og har en høyde på 6 891 moh. Den har riktignok bare vist mindre tegn til aktivitet i den senere tid. Andre meget høye aktive vulkaner er Llullaillaco (også på grensen mellom Chile og Argentina) og Cotopaxi (Ecuador).

Veldig variasjon i eksplosivitet

Eksplosiviteten eller energiutfoldelsen i et utbrudd varierer innen vide grenser. De voldsomste utbruddene er hundrevis av millioner ganger så energirike som de «svakeste». Som mål på energimengden i et utbrudd brukes vanligvis mengden utstøtt materiale (ejekta), hvor 10-logaritmen av dette volumet uttrykkes på VEI-skalaen (vulkaneksposivitetsindeksen). En økning på én VEI-enhet tilsvarer altså en tidobling av utstøtte masse. De «svakeste» utbruddene har en VEI på 0. Ved det eksplosive utbruddet i 1980 utstøtte Mount St. Helens ca. 1 km³ masse og hadde VEI 5, Pinatubo i 1991 hadde VEI 6; en supervulkan slipper ut minst 1000 km³ masse og har en VEI på minst 8.

Vulkaner andre steder i solsystemet

Av slike vulkaner kan nevnes de fire store vulkanene på Mars, hvorav Olympus Mons er den største, som med sin over 20 000 meters høyde er solsystemets høyeste kjente fjell. På overflaten til Venus finner man også flere formasjoner av vulkansk opprinnelse. Man har imidlertid ikke påvist noen vulkansk aktivitet på Venus og Mars i vår tid. Området med flest vulkaner i hele solsystemet er Jupiters måne Io med kontinuerlig og voldsom vulkansk aktivitet. Kryovulkaner (eller isvulkaner) er særlig vanlig på noen måner av Jupiter, Saturn og Neptun

Skjoldvulkaner

Hawaii og Island er eksempler på steder der vulkaner støter ut store mengder basaltisk lava i ikke-eksplosive utbrudd som gradvis bygger opp vide fjell med en skjoldlignende profil. Lavaen deres er generelt svært varm og flytende og kan derfor strømme over lange avstander. Den største skjoldvulkanen på Jorda, Mauna Loa, stiger over 9 000 m opp fra havbunnen, er 120 km i diameter og danner en del av selve øya Hawaii, sammen med andre skjoldvulkaner som Mauna Kea og Kīlauea. Olympus Mons på Mars er den største skjoldvulkanen i solsystemet. Mindre utgaver av skjoldvulkaner er lavakjegler og lavahauger.

Sinderkjegler

Vulkankjegler eller sinderkjegler oppstår i forbindelse med utbrudd som stort sett kaster ut små biter av slagg eller pyroklastisk stein (begge ser ut som slagg eller sinder, derav navnet på vulkantypen), som bygger seg opp rundt åpningen. Disse utbruddene kan være forholdsvis kortvarige og produsere kjegleformede åser med høyder på 30 til 400 meter. De fleste sinderkjeglene har bare ett utbrudd. Sinderkjegler kan dannes som sideventiler til større vulkanar eller oppstå på egen hånd. Paricutín i Mexico og Sunset Crater i Arizona er eksempler på sinderkjegler.

Stratovulkaner

Stratovulkaner er høye, kjegleformede fjell som består av lavastrømmer og annet som er kastet ut av vulkanen i forskjellige lag. Det er de forskjellige lagene (stratum) som har gitt navn til denne typen vulkaner. Stratovulkaner blir også kalt komposittvulkaner. Klassiske eksempler er Fuji-fjellet i Japan, Mayon på Filippinene og Vesuv og Stromboli i Italia.

Supervulkaner

Supervulkan er et populært uttrykk for en vulkan som har hatt minst ett ekstremt voldsomt utbrudd (superutbrudd). Den har vanligvis en større kaldera. Et superutbrudd kan skape katastrofer på enorm, av og til kontinental eller global, skala. Slike utbrudd kan føre til lavere global temperatur i mange år etter utbruddet på grunn av de store mengdene med svovel og aske som kastes ut. Dette er den farligste av alle vulkantyper. Eksempler på denne typen vulkaner er Yellowstone-vulkanen i Yellowstone nasjonalpark vest i USA, Lake Taupo i New Zealand og Tobasjøen på Sumatra i Indonesia. Det sier noe om voldsomheten at Tobasjøen (kalderaen etter superutbruddet for ca. 74 000 år siden) måler ca. 95x28 km, mens krateret etter Mount St. Helens-utbruddet måler ca. 2x3 km.
Supervulkaner er vanskelige å identifisere på grunn av de store områdene de dekker, og fordi superutbrudd er svært sjeldne. Det hittil siste var Taupo for ca. 26 000 år siden. Store vulkanområder blir også regnet som supervulkaner på grunn av de store mengdene basaltisk lava som blir kastet ut.

Undersjøiske vulkaner

Undersjøiske vulkaner er vanlige på havbunnen. Noen er aktive og i grunt vann kan de kaste ut damp og stein høyt over havoverflaten. Mange andre ligger på så store dyp at den enorme vekten av alt vannet over dem hindrer eksplosive utbrudd av damp og gasser, men de kan oppdages med hydrofoner og ved misfarging av vannet på grunn av vulkanske gasser. Selv store undersjøiske utbrudd kan oppstå uten at det merkes på overflaten. Som følge av rask avkjøling i vann sammenlignet med luft og økt oppdrift danner undersjøiske utbrudd ofte bratte søyler over vulkanventilene sine sammenlignet med vulkaner på landoverflaten. De kan bli så høye at de bryter havoverflaten og danner nye øyer. Putelava er vanlig i forbindelse med undersjøiske vulkaner.

Subglasiale vulkaner

Subglasiale vulkaner oppstår under en iskalott. De består av flate lavautstrømning på toppen av utstrakt putelava og palagonitt. Når iskalotten smelter kollapser lavaen på toppen og danner fjell med flate topper. Så kollapser putelavaen og gir en fjellside med helling på 37,5°. Disse vulkanane blir også kalt platåfjell, tuya eller (mer sjelden) moberg. Gode eksempler på denne typen vulkaner fins på Island og i Britisk Columbia. Opphavet til uttrykket kommer fra Tuya Butte, som er en av flere tuyaer i området ved Tuyaelva og Tuyafjellene nord i British Columbia. Tuya Butte var den første av denne typen vulkaner som ble analysert og navnet har derfor siden blitt brukt om alle vulkanformasjoner av denne typen.

Vulkansk aktivitet

En måte å klassifisere vulkaner er hyppigheten av vulkanutbrudd. Jevnlige utbrudd forekommer fra en aktiv vulkan, en sovende vulkan har sjeldne utbrudd, mens en utslukket vulkan ikke har hatt historisk kjente utbrudd. Slik klassifikasjon brukes for turister, men siden vulkaner har flere millioner års levetid blir enkeltstående hendelser som disse av liten betydning for vulkanologisk klassifisering.
Det fins egentlig ikke en konsensus hos vulkanologer om hvordan man skal definere en «aktiv» vulkan. Levetiden til en vulkan kan variere fra måneder til flere millioner år og slike karakteristikker kan oppfattes som meningsløse sammenlignet med levetiden til menneske eller til og med sivilisasjoner. For eksempel har mange av Jordas vulkaner hatt mange utbrudd de siste par tusen årene, men mange viser ikke for tiden tegn på utbrudd. Med tanke på den lange levetiden til slike vulkaner er de svært aktive. I løpet av et menneskeliv er de derimot ikke særlig aktive.
Forskere regner vanligvis en vulkan som aktiv om den er i utbrudd eller viser tegn på uro, som uvanlig jordskjelvaktivitet eller vesentlige gassutslipp. Mange forskere regner også en vulkan som aktiv om den har hatt utbrudd i historisk tid. Det er viktig å merke seg at lengden på historisk tid varierer fra region til region, i middelhavsområdet mer enn 3000 år bakover i tid, men på Hawaii bare litt mer enn 200 år. Smithsonian Global Volcanism Programs definisjon for en aktiv vulkan er at den har hatt utbrudd i løpet av de siste 10 000 år.
Sovende vulkaner er de som ikke er aktive nå for tiden (som definert over), men kan bli aktive eller få nye utbrudd igjen. Det hender likevel ofte at vulkaner som forskere regner som aktive blir omtalt som sovende av ikke-fagpersoner eller i media.
Utdødde vulkaner er de som forskerne ikke regner med vil få utbrudd igjen. Om en vulkan virkelig er utdødd eller ikke er ofte vanskelig å avgjøre. Siden kalderaen til «supervulkaner» kan ha en utbruddssyklus på millioner av år kan en kaldera som ikke har hatt utbrudd på titusenvis av år regnes som sovende og ikke utdødd. Yellowstone Caldera i Yellowstone nasjonalpark er minst to millioner år gammel, men har ikke hatt kraftige utbrudd på rundt 640 000 år, selv om det har vært noe aktivitet i nyere tid. Det har vært hydrotermale utbrudd for mindre enn 10 000 år siden og lavastrømmer for om lag 70 000 år siden. På grunn av dette regnes ikke Yellowstone Caldera som utdødd. Faktisk produserer kalderaen ofte jordskjelv, har et særs aktivt geotermisk system og fører til at jordoverflaten hever seg.

Lavastruktur

To typer lava har fått navn etter overflatestrukturen deres: ʻAʻa (uttale [ʔaʔa]) og pāhoehoe (uttalt [paːho͡eːho͡eː]). Begge ordene har opphav fra Hawaii. ʻAʻa har en ru og klinkeaktig overflate, og de fleste typer viskøs og varm lava ser slik ut. Selv basaltisk eller mafisk strøm kan ha lavastruktur som ʻAʻa, særlig i utbrudd der mye masse blir kastet ut på en gang og fjellsiden er bratt. Pāhoehoe er lava med glatt og ofte trådaktig eller rynktete overflate og oppstår vanligvis fra mer flytende lava. Vanligvis er det bare mafiske strømmer som danner pāhoehoe siden de ofte har utbrudd med høyere temperaturer eller har den rette kjemiske blandingen som gjør at de er tynnere.

Vulkaner på andre himmellegemer

Månen til Jorda har ingen store vulkaner og ingen nåværende vulkansk aktivitet, men det er spor her som tyder på at den fremdeles har en delvis smeltet kjerne. Månen har derimot mange vulkanske kjennetegn som månehav (de mørkere feltene som kan ses på overflaten), kanaler og noe som kan være skjoldvulkaner.
Venus har en overflate som består av 90 % basalt, noe som indikerer at vulkanisme spilte en stor rolle i utformingen av overflaten. Planeten kan ha hatt store vulkanske utbrudd for om lag 500 millioner år siden ut fra det forskerne kan si om tettheten av nedslagskrater på overflata. Lavastrømmene er omfattende og former for vulkanisme som en ikke ser på Jorda kan også oppstå. Endringer i planetens atmosfære og observasjoner av lynnedslag kan tyde på vulkansk aktivitet, men det er ikke stadfestet at Venus er vulkansk aktiv. Radarbilder av Magellansonden viste at det nylig hadde vært vulkansk aktivitet fra den høyeste vulkanen på Venus, Maat Mons, i form av askestrømmer nær toppen og på nordsiden. 
Det er flere utdødde vulkaner på Mars. Fire av disse er enorme skjoldvulkaner som er langt større enn de man finner på Jorda. Disse er Arsia Mons, Ascraeus Mons, Hecates Tholus, Olympus Mons og Pavonis Mons. Disse vulkanene har vært utdødde i mange millioner år, men den europeiske Mars Express har funnet spor etter mulig vulkansk aktivitet på Mars i nyere tid.
Jupiters måne Io er det mest vulkansk aktive legemet i solsystemet på grunn av tidevannskreftene fra Jupiter. Den er dekket med vulkaner som spyr ut svovel, svoveldioksid og silikatsteiner og som følge av dette endrer Io overflate konstant. Lavaen her er den varmaste man kjenner til i hele solsystemet med temperaturer over 1500 °C. I februar 2001 oppstod det største vulkanske utbruddet i solsystemet på Io. Europa, den minste av de fire store Jupitermånene ser også ut til å ha et aktivt vulkansystem, bortsett fra at vulkanaktiviteten bare består av vann, som fryser til is på den iskalde overflaten. Denne prosessen kalles kryovulkanisme og er tilsynelatende mest vanlig på de ytre planetene i solsystemet. 
I 1989 observerte romsonden Voyager 2 kryovulkaner (isvulkaner) på Triton, en av Neptuns måner og i 2005 fotograferte sonden Cassini-Huygens utbrudd av ispartikler fra Enceladus, en av Saturns måner. Utslippet bestod av vann, flytende nitrogen, støv og metansammensetninger. Cassini-Huygens fant også bevis for en kryovulkan som slapp ut metan på Saturnmånen Titan, og man mener at dette er en av de viktigaste kildene for at det fins metan i atmosfæren til månen. Det fins også en teori om at det er kryovulkanisme på Kuiperbeltelegemet Quaoar.