Tulivuorenpurkaus
Tulivuorenpurkaus on tapahtuma, jossa tulivuoresta purkautuu magmaa, kiviä, pölymäistä ainetta ja kaasua. Purkautuva magma virtaa laavana maanpinnalla ennen jähmettymistään. Tuhoisimpia purkauksia ovat maan sisään patoutuneen kaasun aiheuttamat räjähdyspurkaukset. Purkauksessa syntyvä laava ja tuhka voivat peittää alleen laajoja alueita, ja ilmaan noussut aines voi vaikeuttaa lentoliikennettä.
Tulivuoritutkijat luokittelevat purkaukset useisiin ryhmiin, joista tärkeimpiä ovat Havaiji-, Stromboli-, Vulcano-, Plinius- ja Pélee-purkaukset. Omia ryhmiään ovat myös laakiobasaltteja synnyttäneet halkeamapurkaukset ja kaasupurkaukset.
Havaiji-purkaukset ovat basalttipurkauksia, joissa laava on kuumaa ja liikkuvaa. Purkaus itsessään on kuitenkin rauhallinen. Stromboli-purkaukset ovat puolestaan kaasupurkauksia, joissa kaasu ryöpyttää punahehkuista laavaa ilmaan ja rinteille. Pélee-purkauksille tyypillistä ovat pyroklastiset pilvet, jotka ovat muodostuneet kuumista kokoonpuristuneista kaasuista ja osittain sulasta kiviaineksesta.
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. Tällaisia räjähdyspurkauksia ovat Vulcano- ja Plinius-purkaukset, joissa magma on sitkasta ja tukkii helposti purkausaukon. Räjähdykset levittävät suuret määrät magmaa tuhkana ja karkeampana pyroklastisena materiaalina. Laavaa ei niissä kuitenkaan synny paljoakaan. Plinius-purkaus voi loppuvaiheessa jopa tuhota koko vuoren.
Vuoren rakenteessa vuorottelevat purkausjätteiden ja laavan eri kerrokset. Hapan laava on usein kaasupitoista ja sitkasta, jolloin kaasujen paineen nopeat muutokset voivat aiheuttaa räjähdyspurkauksia. On mahdollista, että koko vuori yksinkertaisesti räjähtää kappaleiksi, esimerkkeinä Krakataun ja St. Helensin purkaukset. Jos laava on erityisen sitkeää, se saattaa kovettua kraatteriin niin sanotuksi laavatapiksi. Tällöin räjähdyspurkauksen riski kasvaa erityisesti, sillä se antaa mahdollisuuden paineen nousuun vuoren sisällä. Jotkut vuoret kuten Vesuvius saattavat purkautua vuoroin rauhallisesti, vuoroin räjähdyspurkauksin. Vesuviuksen tunnetuin purkaus lienee vuonna 79 Pompejin, Herculaneumin ja Stabiaen tuhoon johtanut purkaus. Räjähdyspurkauksiin liittyy usein myös pyroklastinen pilvi, jossa räjähdyksen synnyttämä hienojakoinen ja tulikuuma tuhka- ja laavapöly polttaa kaiken eteen osuvan.
Sammuville tulivuorille on ominaista erilaiset kaasupurkaukset, joissa valtaosa purkaustuotteista on kaasuja. Mofeteista purkautuu pääasiassa hiilidioksidia, solfataroista rikkikaasuja ja fumaroleista vesihöyryä.
Ennen tulivuoren purkautumista, magman paine kasvaa vuorensisäisissä magmataskuissa. Tämä aiheuttaa pientä maan tärähtelyä, joka johtuu maan halkeilusta ja vuoren paisumisesta. Tämä ilmiö ei ole ihmissilmin tai -korvin havaittavissa, mutta sitä pystytään havainnoimaan vuoren rinteelle asennetuilla seismometreillä ja kaltevuusmittareilla. Mittareiden avulla ei saada selville purkauksen tarkkaa paikkaa tai ajankohtaa, mutta pitkäaikainen seuranta ja tietojenkeruu säästää ihmishenkiä. Seurantajärjestelmien tehokkuus sai näyttöä St. Helensin purkauksessa vuonna 1980. Purkauksen ennustusmerkkejä saatiin hyvissä ajoin, jolloin tiedeyhteisöjen ja viranomaisten hyvän tiedonkulun ansiosta alue saatiin nopeasti tyhjennettyä. Läheskään kaikilla maapallon tulivuorilla ei ole vastaavanlaista tiedonkeräysjärjestelmää, joten niiden toiminnasta ei saada ennakkotietoa.
Pieni tai keskikokoinen tulivuori voi tuhota jo ensimmäisen viidentoista minuutin aikana muutaman kilometrin säteisen alueen. Ajanlaskumme alusta lähtien on arviolta noin kaksisataatuhatta ihmistä kuollut tulivuorenpurkauksissa. Yli 10 000 ihmisen hengen vaatineita purkauksia tunnetaan seitsemän. Vuosittain tapahtuu 2–4 purkausta, jotka tappavat ihmisiä. Kaikkiaan purkauksia tapahtuu vuodessa noin 60 ja enemmänkin, jos hyvin pienet purkaukset lasketaan mukaan.
Tulivuorenpurkaus voi myös luoda tappavia pitkäaikaisvaikutuksia tuhoamalla viljelysmaat. Purkaus tappaa yleensä 2/3 uhreistaan ensimmäisen kuukauden sisällä. 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. Ihmiset ja muut eläimet ehtivät kuitenkin yleensä pois sen alta. Vammoja on tullut, kun uteliaat menevät liian lähelle, tai kun ihmiset jäävät loukkuun eri suunnista lähestyvien laavavirtojen väliin.
Vaarallisimpia ovat kuuman tuhkan ja kaasun pilvet, ns. pyroklastiset pilvet, jotka polttavat ja hautaavat ihmisiä, eläimiä ja kasvillisuutta alleen. Lämpötila on 600-700 °C. Pyroklastisen pilven nopeus voi olla jopa 100 km/h.
Viileä tuhkakin hautaa rakennuksia alleen ja on merkittävä kuoleman aiheuttaja. Vaikka ihmiset pääsisivätkin pakoon, tuhka hautaa viljelysmaat alleen ja aiheuttaa maataloudesta riippuvaisilla alueilla nälänhädän, jos alueelle ei saada elintarvikeavustuksia. Tuhka on myös vaarallista jos sitä joutuu hengitysilman mukana keuhkoihin. Keuhkoissa tuhka muodostaa eräänlaista sementtiä ja ihminen tukehtuu tämän johdosta. Myös rakennusten päälle satava tuhka voi romahduttaa kattorakenteet. 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.
Tuhkapilvessä esiintyy myös salamointia.
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. Järjestö on kehittänyt purkauksista kertovan värikoodeihin perustuvan varoitusjärjestelmän: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, kuten Pinatubo ja Chicon, sinkoavat purkaustuotteensa korkealle. Räjähdysmäiset, korkealle stratosfääriin ulottuvat tulivuorenpurkaukset lisäävät muutamaksi vuodeksi Maan pintalämpötilaa viilentävien purkaustuotteiden pitoisuutta ilmakehässä. Nimenomaan stratosfäärissä viilentävä vaippa toimii tehokkaasti ja säilyy kauan.
Tärkeimmät Maan pintalämpötilaa viilentävät tulivuoren purkaustuotteet ovat tulivuoren tuhkapöly ja rikkidioksidi, josta syntyy rikkihappoa. Rikkihappo 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.
Viime vuosikymmeninä tapahtuneiden suurten tulivuorenpurkausten epäillään alentaneen muutamaksi vuodeksi maapallon keskilämpötilaa noin 0,5 astetta. Viileneminen on tuntunut eniten napa-alueilla ja pohjoisen pallonpuoliskon keskileveyksillä. Kun Laki eli Lakagigar purkautui Islannissa vuonna 1783, pohjoisella pallonpuoliskolla koettiin katovuosia. Indonesiassa sijaitsevan Tamboran räjähdysmäinen purkaus vuonna 1815 synnytti ”kesättömän vuoden” seuraavana vuonna viilentämällä maapalloa jopa kolme astetta.
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. Monien muiden muinaisten purkausten, joista tiedetään esimerkiksi Yellowstonen purkaus ja Siperian laakiobasalttipurkaukset, epäillään vaikuttaneen aikoinaan vielä enemmän maapallon ilmastoon.
Tuhoisia varhaisia tulivuorenpurkauksia olivat muun muassa Vesuviuksen, Santorinin ja Toban purkaukset.