Tulivuori
Tulivuori on paikka, josta Maan sisuksista pääsee purkautumaan sulia ja kaasumaisia aineksia. Sanalla viitataan usein myös purkausaineksista syntyneeseen vuoreen. Keskeisimpiä tulivuorityyppejä ovat jyrkkärinteiset kerros- tai laakeat kilpitulivuoret. Jopa useiden kilometrien pituisista halkeamista muodostuneet rakotulivuoret puolestaan ovat maapallon yleisimpiä tulivuoria. Kaldera puolestaan on romahtanut tulivuori. Purkaustuotteet ovat peräisin maanalaisista sulan kiviaineksen säiliöistä, jotka ovat purkauskanavan kautta yhteydessä purkausaukkoon. Tulivuorenpurkaus voi vaihdella suhteellisen rauhallisesta laavavirtauksesta (magmapurkaus maanpinnalle) räjähdysmäisiin purkauksiin, joissa pyroklastista ainesta lentää korkealle ilmaan kilometrien korkeuteen.
Maapallolla on noin 4 000 tulivuorta, joista noin 450 on purkautunut historiallisena aikana. Ne sijaitsevat pääasiassa mannerlaattojen saumakohdissa, joihin myös nuoret poimuvuoristot ovat sijoittuneet. Erityisen runsaasti niitä on Aasian itärannikon saarilla kuten Indonesiassa, Filippiineillä ja Japanissa sekä Keski-Amerikassa ja Andeilla. Useita tulivuoria on myös esimerkiksi Välimeren maissa, varsinkin Etelä-Italiassa, sekä Islannissa.
Tulivuoria tavataan usein mannerlaattojen saumakohdissa. Atlantin valtameren keskiselänteellä etelässä Afrikan ja Etelä-Amerikan laatat loittonevat toisistaan, samoin pohjoisessa Pohjois-Amerikan ja Euraasian laatat, ja Islannin tulivuoret liittyvät tähän mannerlaattojen liikkeeseen. Toisaalta laatat saattavat myös painua toisiaan vasten, kuten esimerkiksi Etelä-Amerikan länsirannikolla sekä myös Välimeren alueella, jossa tämä ilmiö on synnyttänyt Italian tulivuoret. Tällöin laattojen hankaus, kitka, aiheuttaa magmapesäkkeiden synnyn. Tulivuoria saattaa esiintyä myös niin sanottujen kuumien pisteiden kohdalla, joissa mannerlaatan keskellä maapallon vaipan ylöspäin nousevat konvektiovirtaukset, pluumit, synnyttävät tulivuoren. Esimerkiksi Havaijin saariketju on syntynyt tällä tavoin.
Tulivuorista purkautuu hehkuvansulaa magmaa, jota sen poistuttua kraatterista sanotaan myös laavaksi, kiinteitä kiviä, pölymäistä ainetta ja kaasuja.
Purkautunut laava virtaa tulivuoren rinnettä alas, kunnes se jähmettyy. Osa siitä voi myös viskautua ilmaan, jolloin se putoaa maahan jähmettyneenä lapilleina. Ilmassa lentäneet irralleet kappaleet iskostuvat vähitellen tuffeiksi. Purkautuneita pieniä hiukkasia nousee kaasujen mukana myös korkealle ilmakehään, josta ne laskeutuvat vähitellen maahan vulkaanisena tuhkana.
Tulivuoresta purkautuva kaasu koostuu suurimmaksi osaksi vesihöyrystä ja hiilidioksidista. Lisäksi se sisältää tavallisesti rikkidioksidia, typpeä, klooria, rikkivetyä ja booriyhdisteitä.
Tulivuoret jaetaan rakenteensa puolesta kahteen päätyyppiin, keskustulivuoriin ja purkaushalkeamiin. Keskustulivuoret voivat olla jyrkkärinteisiä kerrostulivuoria tai loivarinteisiä kilpitulivuoria. Tulivuoren purkauskanavan aukenemiskohtaa kutsutaan kraatteriksi. Kaldera puolestaan on aiemmassa räjähdyspurkauksessa syntynyt suuri kraatteri vuoressa. Uusi kraatteri saattaa aueta kalderan sisällä. Joskus purkaus hakee uuden kanavan esimerkiksi vuoren kylkeen, jolloin puhutaan sivukeilasta.
Tulivuoren keilan rakenne riippuu magman koostumuksesta. Emäksinen basalttilaava voi virrata kraatterista pitkällekin, ennen kuin se jähmettyy, ja siitä muodostuu laakeita kilpitulivuoria. Happamat lipariittiset ja puolihappamat andesiittiset laavat ovat sitkaampia, ja pääasiassa niistä koostuneet tulivuoret ovatkin jyrkkärinteisiä ja kartiomaisia.
Kerrostulivuori muistuttaa rakenteelta perinteistä vuorta. Niiden huiput kohoavat jyrkästi ja alarinteet ovat loivempia. Kerrostulivuoria löytyy kaikilta alityöntövyöhykkeiltä. Niitä syntyy, kun sulava mannerlaatta sukeltaa toisen alle ja vie samalla mukanaan merivettä ja merenpohjan sedimenttejä. Tulivuoren synnyttävä magma on sitkasta ja runsaasti kaasua sisältävää. Kerrostulivuorten purkaukset ovat räjähdysmäisiä, ja laavavirtojen lisäksi niissä sinkoutuu ilmaan tuhkaa ja kiven kappaleita. Jyrkkärinteinen ja usein symmetrinen purkauskartio syntyy, kun tefralaskeumat ja laavavirrat kasaantuvat päällekkäin. Kerrostulivuoresta voi tulla pyöreälakinen, jos sen magma on hyvin sitkeää. Se jähmettyy nopeasti ja muodostaa kraatteriin purkauskanavan tukkivan laavatapin tai -kupolin. Seuraavan kerran purkautuessaan magma räjäyttää laavatapin ja muuttaa huipun muodon.
Kalderaksi kutsutaan romahtanutta kerrostulivuorta. Kaldera muodostuu, kun tulivuoren purkauksen jälkeen sen huipulle jäänyt rakennelma romahtaa tulivuoren sisäosaa kohti. Monet kalderat, kuten Yellowstonen kaldera ovat jättimäisiä, ja moniin kalderoihin syntyy kraatterijärviä.
Kilpitulivuoret ovat puolestaan loivarinteisiä, ja ne voivat levittyä laajalle alueelle. Niitä syntyy erityisesti niin sanottujen ”kuumien kohtien” päälle. Niissä maankuori on niin hauras, että basalttinen laava pääsee virtaamaan maan pinnalle. Muutamassa miljoonassa vuodessa laavavirta ehtii muodostaa laajan ja laakean vulkaanisen muodostuman. Tällaiset tulivuoret purkautuvat suhteellisen rauhallisesti laavan kulkiessa pitkiäkin matkoja.
Rakotulivuoret ovat yleisin tulivuorityyppi. Niistä suuri osa sijaitsee valtamerten loittonemisvyöhykkeillä. Kuivalla maalla tällaisia tulivuoria on vain muutamissa paikoissa, kuten Islannissa, missä Atlantin keskiselänne halkaisee saaren kahtia. Rakotulivuorten purkausraot voivat olla kymmeniä kilometrejä pitkiä maankuoren halkeamia.
Tulivuoritutkijat luokittelevat purkaukset useisiin ryhmiin, joista tärkeimpiä ovat Havaiji-, Stromboli-, Vulcano-, Plinius- ja Pélee-purkaukset. Osa purkauksista on rauhallisia, kun taas osa purkauksista on räjähdysmäisiä, joissa koko tulivuori voi jopa tuhoutua. Omia ryhmiään ovat myös laakiobasaltteja synnyttäneet halkeamapurkaukset ja kaasupurkaukset. Sammuvissa tulivuorissa on ominaista erilaiset kaasupurkaukset, joissa valtaosa purkaustuotteista ovat kaasuja. Mofeteista purkautuu pääasiassa hiilidioksidia, solfataroista rikkikaasuja ja fumaroleista vesihöyryä.
Tuhoisimpia purkauksia ovat maan sisään patoutuneen kaasun aiheuttamat räjähdyspurkaukset, joissa tulivuoren huippu tai osa reunaa lentää ilmaan. Räjähdyksen aiheuttaa pääasiassa vulkaanisten kaasujen laajeneminen, kun ne pääsevät suuresta paineesta ilmakehään, tai magman joutuminen kosketuksiin veden kanssa.
Pieni tai keskikokoinen tulivuori voi tuhota jo ensimmäisen viidentoista minuutin aikana muutaman kilometrin säteisen alueen. Vuosittain tapahtuu 2–4 purkausta, jotka tappavat ihmisiä, ja ajanlaskun alun jälkeen noin kaksisataatuhatta ihmistä kuollut tulivuorenpurkauksissa. Tulivuorenpurkaus voi myös luoda tappavia pitkäaikaisvaikutuksia tuhoamalla viljelysmaat. Tulivuoren laava voi virrata hyvinkin pitkiä matkoja, jopa kymmeniä kilometrejä. Yleensä laava virtaa muutaman metrin tai kilometrin tuntivauhtia, mutta voi jyrkillä rinteillä virrata 10 km/h. Laava, jonka lämpötila on 500–1 200 °C, polttaa, murskaa ja hautaa kaiken alleen.
Vaarallisimpia ovat kuuman tuhkan ja kaasun pilvet, niin sanotut pyroklastiset pilvet. Lämpötila niissä on 600–700 °C, ja pilven nopeus voi olla jopa 100 km/h. Viileä tuhkakin hautaa rakennuksia alleen Tuhka on myös vaarallista jos sitä joutuu hengitysilman mukana keuhkoihin. Jos tuhkaan sekoittuu lisäksi sadevettä, massan paino lisääntyy huomattavasti ja lisää rakennusten sortumisvaaraa huomattavasti. Tulivuoren räjähdyspurkaus lennättää jopa kuutiokilometrejä rikkoutunutta kiveä ilmaan. Nämä kivet satavat lähialueilla alas ja tulevat rakennusten kattojenkin läpi sisälle. Erittäin vaarallisia ovat myös ilmassa lentävät mutamaiset möykyt ja mutavirrat, jotka syntyvät sateen kastelemalla tulivuoren rinteellä. Lentävät mutamöykyt repivät paikoiltaan puita, taloja ja kiviä, jotka vierivät alas laaksoon. Mutamöykyt hautaavat kaiken mutaan.
Tulivuorenpurkausten yhteydessä ilmaan pääsee usein myös vulkaanisia kaasuja. Vaarallisimpia niistä ovat rikkidioksidi, hiilidioksidi ja rikkivety.
Tulivuorenpurkauksesta ilmaan noussut aines on vakava vaara lentoliikenteelle. Kivituhka naarmuttaa koneen etuosaa, jolloin siipien etureunan ja moottorien vahingoittuminen voi aiheuttaa vakavia vaaratilanteita, samoin ohjaamon ikkunoiden naarmuuntuminen niin, että niistä ei enää näe läpi. Mekaanisen naarmutuksen lisäksi purkauspilven happamat aineosat voivat aiheuttaa metallin syöpymistä, ja lasimaiset osat voivat sulaa ja takertua moottorin sisäosiin. Moottoreihin ajautuva tuhka voi myös tukkia niiden ilmanoton ja sammuttaa ne. Yhdeksän Kansainvälisen siviili-ilmailujärjestön (ICAO) perustamaa tiedotuskeskusta tiedottaa lentoliikenteelle vaarallisista purkauksista ja ennustaa tuhkapilvien leviämistä.
Tulivuoren räjähdyspurkaus saarella aiheuttaa tsunamin eli valtavan hyökyaallon. Räjähdyksessä syntyneen kalderan, kattilalaakson, täyttyminen vedellä luo hyökyaallon. Hyökyaalto, joka voi olla ainakin viisi metriä korkea, syntyy purkauspilven romahtaessa veteen. Jos tulivuori on valtameren rannalla, se voi aiheuttaa megatsunamin, yhden ihmiskunnan suurimmista katastrofeista. Tämä vaatisi sen että tulivuoresta lohkeaisi pala joka romahtaisi mereen. Tällainen mahdollisuus saattaa tiedemiesten mukaan olla esimerkiksi La Palman saarella.
Korkealle ilmakehään joutuneet tulivuorten purkaustuotteet toimivat peilin tavoin ja heijastavat pois Auringon säteilyä. Maanpinnalle saapuvan Auringon säteilyn määrän pieneneminen viilentää maanpintaa. Niin sanotut kaaritulivuoret sinkoavat purkaustuotteensa korkealle. Räjähdysmäiset, korkealle stratosfääriin ulottuvat tulivuorenpurkaukset lisäävät muutamaksi vuodeksi Maan pintalämpötilaa viilentävien purkaustuotteiden pitoisuutta ilmakehässä.
Tärkeimmät Maan pintalämpötilaa viilentävät tulivuoren purkaustuotteet ovat tulivuoren tuhkapöly ja rikkidioksidi, josta syntyy rikkihappoa. Sitä muodostuu ilmakehässä siten, että rikkidioksidi reagoi ilmakehässä olevien pienten vesipisaroiden kanssa. Syntyvät hyvin pienet rikkihappopisarat pysyvät ilmakehässä pitkään, kun ilmavirtaukset kannattelevat niitä samoin kuin pilvien pieniä vesipisaroita. Tulivuorenpurkauksen synnyttämän pölyn vaikutusta ilmastoon mitataan indeksillä, joka lyhennetään VEI. Toisaalta tulivuoret vapauttavat ilmakehään hiilidioksidia ja muita kasvihuonekaasuja ja voivat joskus lämmittää ilmastoa.
Monet tutkijat arvelevat, että noin 71 000 vuotta sitten viime jääkauden ensimmäisen kylmän vaiheen aikana tapahtui jättimäinen Toba-tulivuoren purkaus, joka viilensi kylmenevän jääkauden ilmastoa.
Paitsi Maassa, tulivuoria tiedetään olevan ainakin Venuksessa ja Marsissa sekä Jupiterin Io-kuussa. Lisäksi joissakin uloimpien planeettojen kuissa on havaittu kryovulkanismia, jossa lämpötila pysyy alhaisena, mutta kuun sisästä purkautuu vesihöyryä, metaania tai muita kaasuja.
Maapallon Kuussa ei esiinny tulivuorenpurkauksia, mutta tuoreen tutkimuksen mukaan Kuunkin sisäosat ovat ainakin osittain sulia. Joidenkin Kuun pinnanmuotojen, kuten merien, on kuitenkin oletettu syntyneen muinaisesta tulivuoritoiminnasta. Sen sijaan Kuun kraattereita ei ilmeisesti ole saanut aikaan tulivuoritoiminta vaan meteoriittien törmäykset.
Venuksen pinnasta 90 % on basalttia, mikä osoittaa, että tulivuoritoiminta on suuresti muokannut planeetan pintaa. On oletettu, että koko planeetan pinta on muodostunut uudestaan noin 500 miljoonaa vuotta sitten, mihin viittaavat planeetalla olevat törmäyskraatterit. Myös planeetan kaasukehässä tapahtuneiden muutosten ja sähköpurkausten on arveltu johtuvan tulivuorenpurkauksista, joskaan ei ole varmaa, esiintyykö Venuksessa nykyäänkin tulivuoritoimintaa. Magellan-luotaimen tutkahavainnot kuitenkin viittaavat siihen, että ainakin Venuksen korkein tulivuori Maat Mons on purkautunut jokseenkin äskettäin.
Marsissa on useita sammuneita tulivuoria, kuten Arsia Mons, Ascraeus Mons, Hecates Tholus, Olympus Mons ja Pavonis Mons, joista jotkut ovat korkeampia kuin mikään vuori Maassa. Kaikki nämä ovat olleet sammuneita jo miljoonia vuosia, mutta Mars Express-luotaimen havainnoissa on merkkejä siitä, että Marsissa on esiintynyt tulivuoritoimintaa lähimenneisyydessäkin.
Jupiterin Io-kuu on vulkaanisesti aktiivisempi kuin mikään muu Aurinkokunnan taivaankappale, mikä johtuu Jupiterin aikaansaamista voimakkaista vuorovesivoimista. Ion tulivuorista purkautuu rikkiä, rikkidioksidia ja silikaattimineraaleja, minkä vuoksi kuun pinta uusiutuu jatkuvasti. Sen laavat ovat aurinkokunnan kuumimpia, ja niiden lämpötila on yli 1 800 K (1 500 °C). Helmikuussa 2001 Iossa tapahtuivat Aurinkokunnan suurimmat tunnetut tulivuorenpurkaukset.
Kryovulkanismista ovat avaruusluotaimet havainneet merkkejä ainakin Jupiterin Europa-kuussa, Saturnuksen Titan- ja Enceladus-kuissa sekä Neptunuksen Triton-kuussa.