NV-Rapport: Pladetektonik og Vulkaner

Side 1

Indhold

Indledning .......................................................................................................................................................... 1 Pladetektonik ..................................................................................................................................................... 1 Vulkaner ............................................................................................................................................................ 3 Magmakammeret ............................................................................................................................................... 5 Mineraler og krystaller ...................................................................................................................................... 6 Magmatiske bjergarter ....................................................................................................................................... 6 Kilder ................................................................................................................................................................. 8 Indledning

Vulkaner har skabt betingelserne for alt liv på vores jord, og den dag i dag sørger de stadig for, at de rette betingelser for liv findes på jorden. Igennem historien er hele byer blevet begravet i aske og lava. Vulkanerne bevidner om de enorme kræfter, som vi finder i jordens indre. Vulkanerne er en medvirkende faktor til, at vi lever i dag, og om mange millioner år vil de måske være en medvirkende faktor til, at alt liv på jorden bliver udslettet. I denne rapport skal vi se lidt nærmere på, hvad en vulkan er, hvorfor den opstår samt de forskellige vulkantyper.

Pladetektonik

For at forstå hvorfor der findes vulkaner, må man først forstå, hvordan jorden er opbygget. Jorden består af en indre fast kerne, en ydre flydende kerne, en kappe og skorpen. Jordens lithosfære

(skorpen) og den øverste del af asthenosfæren (kappen) er delt i syv store plader. Den stenmasse, som asthenosfæren består af, er plastisk og kan derfor deformeres, hvilket resulterer i, at lithosfærepladerne bevæger sig i forhold til hinanden. Ved den indre kerne er der varmere, hvilket får magmaen til at stige imod jordens overflade. Når magmaen de kolde lithosfæreplader, vil den STX 1.g lithosfæreplader til at bevæge sig.

De steder hvor lithosfærepladerne støder sammen, kaldes for pladegrænser. Der skelnes imellem disse typer:

Divergerende (konstruktive) pladerande: pladerne glider fra hinanden, og der tilføres nyt materiale i form af magma fra jorden indre. Et eksempel herpå er den midtatlantiske højderyg. Langs den midtatlantiske højderyg finder vi mange vulkaner, men disse ligger under vandet, og vi ser dem derfor ikke. Island ligger på den midtatlantiske højderyg.

Side 2

2

Konvergerende (destruktive) pladerande: pladerne støder mod hinanden. Alt afhængigt af hvilken type af plader, som støder sammen, kan der dannes henholdsvis bjergkæder eller dybgrave, og begge ting er med til at skabe vulkaner. Når den ene plade presses ned under den anden, opstår der en subduktionszone, hvor den tektoniske plade opsmeltes grundet varmen fra asthenosfæren. Den tektoniske plade vil smelte til magma. Det er ved subduktionszonen, at vi finder de såkaldte dybgrave. De tre typer at destruktive forkastningszoner er: o Kontinentalplade – kontinentalplade (fx Himalaya, Alperne)

- Når to tektoniske plader med kontinentskorpe støder sammen, vil de folde og presse hinanden op. Dette skaber bjergkæder som Himalaya og Alperne. Etna på Sicilien og

Vesuv ved Napoli er eksempler på vulkaner, som er skabt ved kollision imellem to kontinentalplader.

o Oceanbundsplade – oceanbundsplade (fx Marianergraven)

- Når to oceanbundsplader glider mod hinanden, vil den tungeste af pladerne skubbes ned under den anden og videre ned i asthenosfæren, hvor den opsmeltes. Materialet vil søge jordens overlade, da det har en lettere massefylde end det omkringliggende stenmateriale. Et eksempel herpå er den vulkanske øbue i Japan, som er opstået ved en destruktiv pladerand imellem to oceanbundsplader.

o Kontinentalplade – oceanbundsplade (fx Andesbjergene)

- Ved denne type af destruktiv pladerand vil der også opstår bjergkædedannelse, fordi kontinentalpladen presses op. Kontinentalpladen er tykkere end oceanbundspladen, og oceanbundpladen er, grundet sin mineralske sammensætning, tungere end kontinentalpladen og bliver derved presset ned. Vulkanerne kommer i denne proces til at ligge på landjord. I Andesbjergene finder vi bl.a. den aktive vulkan Cotopaxi, som er skabt ved denne type proces.

Transforme (bevarende) pladerande: pladerne glider langs hinanden. Ved transforme forkastningszoner hverken nedbrydes eller opbygges ny skorpe, og derfor har de fået navnet bevarende pladerande. Et eksempel herpå kunne være San Andreas forkastningen i Californien.

Side 3

3

Vulkaner

Der findes tre hovedtyper af vulkaner: skjoldvulkanen, eksplosionsvulkanen og keglevulkanen.

Lavaens kemiske sammensætning afgør vulkanens hovedtype. Vulkanerne findes hovedsageligt langs pladerandene. Selv om vulkaner ofte er forbundet med ødelæggelse, så har de også en del positive funktioner. Vulkanerne er med til at regulere temperaturen på jorden. Den lava og aske, som udsendes ved et vulkanudbrud, bidrager med vigtige mineraler og er på denne måde med til at tilføre ny næring til jorden.

Skjoldvulkaner findes typisk ved konstruktive pladerande og ofte under vand. Skjoldvulkanerne er dannet af basaltisk magma, og da vandindholdet i lavaen er relativt lavt, er de ikke særlig eksplosive. Lavaen er tyndflydende, fordi indholdet af kvarts er lille, hvilket gør, at den kan flyde 3-

5 km, før det størkner. Dette giver skjoldvulkanen den flade form.

Keglevulkaner, også kaldet stratovulkaner, findes især rundt om Stillehavet, hvilket kan forklares ved den magma – andesitisk magma – som ofte dannes ved destruktive pladerande. Lavaen indeholder meget kvarts, hvilket gør lavaen sejtflydende. Den sejtflydende lava når ikke at flyde langt væk, før den størkner, og på denne måde får vulkanen den velkendte kegleform. Vulkanen er opbygget af lag, som skiftevis består af lava og aske. Vandindholdet i lavaen er relativt stort, og dette øger eksplosionsfaren fordi vandet fordamper under opvarmningen. Hvis vanddampen ikke kan slippe ud, udvikles der et enormt pres i magmakammeret.

Eksplosionsvulkanen er, som navnet afslører, meget eksplosiv. Dette skyldes at vulkanens øverste top er svær for magmaen at gennembryde. En del af lavaen når at størkne på sin vej imod jordens overflade. Restsmeltet indeholder store mængde af gasser, og disse bliver eksplosive fordi trykket i magmakammeret falder. Til sidst bliver trykket så højt, at vulkanen eksploderer.

Eksplosionsvulkanen er den vulkan, hvis magma har det højeste indhold af kvarts.

Kegle- og eksplosionsvulkaners udbrud er mere eksplosive, og de eksplosive udbrud kan skabe pyroklastiske laviner. En pyroklastisk lavine er en lavine af aske, gasser og sedimenter fra vulkanen, som opstår som følge af eksplosive vulkanudbrud eller et kollaps af vulkanens sider.

Asken bliver sprøjtet op, og når den lander på vulkanens sider, begynder den at trille ned ad skråningen. Asken ruller ned af vulkanen og knuser, brænder og ødelægger alt på sin vej. De er

meget svære at forudse, og kan bevæge sig med en hastighed op til 150 km/t og kan blive op til

1000 grader varm. Lavinen kan rulle op til 10 km før den stopper.

Men vi finder også vulkaner langt fra pladerandene. De såkaldte hot spots er dannet af konvektionsstrømmene. Materiale fra den nedre del af asthenosfæren stiger op mod litosfæren og skaber en opsmeltning i kontinentalpladen. Island ligger på et hotspot, og det er derfor, at øen rager op over vandoverfladen. Den smeltede stenmateriale, som forsyner vulkanerne med magma, ligger tæt ved jordens overflade. På Island finder vi den smeltede stenmasse – en plume – kun 20 km

Side 4

4 under jordens overflade. Det er forklaringen på, hvorfor der findes varme kilder på Island. Plumen skønnes at være 100 km bred og mindst 600 km dyb. Den får sin varme fra jordens indre kerne, og forsyner på den måde Islands vulkaner med magma og opvarmer kilderne.

Hawaii er ligeledes skabt ved et hotspot, og her ligger jordens mest produktive vulkaner; Mauna Loa og Kilauea. Hawaii er en del af en hel række af øer. De enkelte hot spots er placeret så dybt, at det ikke flytter sig med kontinentalpladernes bevægelse. De vulkanøer, som er blevet forsynet med magma fra det enkelte hotspot, flytter dig derimod med pladernes bevægelse. På denne måde bliver der skabt en hel række af øer.

Billedet viser, hvordan vulkanerne i verden fordeler sig. Størstedelen af verdens vulkaner ligger på eller i nærheden af de tektoniske pladegrænser. The ring of fire kan tydeligt ses på billedet. Dette er en betegnelse for det bælte af vulkaner, som ligger langs Stillehavets kyster. Vulkanerne opstår pga.

af forkastninger imellem Stillehavsbundpladen og den Sydamerikanske kontinentalplade. Langt de fleste vulkaner i ”The ring of fire” er subduktionsvulkaner, der er dannet ved, at oceanbundspladen bliver skubbet ind under den tykkere kontinentalplade. Derved dannes en såkaldt subduktionszone.

Størstedelen af vulkanerne i dette område er stratovulkaner, fordi lavaen ved destruktive pladerande indeholder mere kvarts, hvilket gør lavaen sejtflydende. Også på Island er vulkanaktiviteten stor, da Island er placeret på et hotspot. Ligeledes er vulkanaktiviteten ved Great Rift Valley i Afrika stor, fordi her også findes hot spots, som er med til at skabe sprækker i lithosfærepladen.

Side 5

5

Magmakammeret

Når smeltet bjergart søger jordens overflade igennem fødekanalen og flyder ud på jordens overflade igennem en sprække eller en åbning, er der tale om et vulkanudbrud. Magma er betegnelsen for den smeltede bjergart, som indeholder krystaller og opløste eller frie gasser, og som presses op igennem vulkanens fødekanal. Når den smeltede bjergart flyder ud på jordens overflade er der tale om lava.

Basaltisk magma dannes ved, at asthenosfæren smelter, og derved er basaltisk magma den mest almindelige magmatype. Når magmaen samles i magmakamrene begynder den at udkrystallisere.

Magmaens sammensætning ændres gradvist ved udkrystalliseringsprocessen og den bliver mere sejtflydende (magmaen får en højere viskositet) og derved dannes bjergarter som andesit, dacit og rhyolit.

Basaltisk magma har en højere massefylde end andesitisk magma, og derfor er der meget basaltisk magma, som aldrig når op til jordens overflade. Letflydende lavastrømme kaldes pahoefor-lavaer, imens sejtflydende lavastrømme kaldes for aa-laver. Lava med en høj viskositet skaber stratovulkaner, imens lava med lav viskositet skaber skjoldvulkaner.

På sin vej imod jordens overflade kan magmaen opholde sig i magmakamre for en længere eller kortere tid. Det sker når magmaen, på sin vej mod jordoverfladen, når til områder i asthenosfæren, som har en tilsvarende massefylde, hvilket fører til, at magmaen mister sin opdrift – herved samler magmaen sig i magmakamre. I magmakamrene afkøles magmaen langsomt, og som tiden går, sker der en dannelse af faste mineraler – omdannelse fra flydende til fast form. Mineralerne vokser sig langsomt større og større.

Mineralerne har forskellige smeltepunkter, og derfor sker dannelsen af de forskellige mineraler ikke ved samme temperatur. Mineraler med høje smeltepunkter udkrystalliseres først. Eksempler her er tin- og wolframforekomster, som udkrystalliseres langsomt længere nede i magmakammeret under et højt tryk, imens kobbermalm udkrystalliseres højere oppe i magmakammeret. Denne proces kaldes for fraktioneret krystallisering. Jo længere tid afkølingen tager, jo større er de strøkorn i mineralerne.

De faste mineraler får gastrykket i restsmelten til at stige, og der dannes bobler i den øverste del af magmakammeret, hvilket får magmaets massefylde til at falde. Øverst i magmakammeret er trykket mindst, og derfor stiger magmaet igen imod jordoverfladen. Magmakamrene varierer i størrelsen, og de kan ligge både i den nedre og øvre del af asthenosfæren. På billedet til venstre ses, hvordan restsmelten har steget imod jordoverfladen, fordi gasserne udskilles som frie gasser, hvilket kommer til udtryk i bobler. Dette får massefylden til at falde. Nederst i kildeområdet findes krystaller.

Side 6

6

Mineraler og krystaller

Krystaller er opbygget af atomer, mere præcist er et krystal en hel struktur atomer – strukturen er simpel og kan fortsætte i det uendelige. Atomerne omkring krystallerne finder selv, og sætter sig på, bestemte pladser, som kun passer lige præcis dem, og det er forklaringen på, hvor krystallerne kan vokse i vulkanens magmakammer. Krystallerne har forskellige strukturer, som er forudbestemt for dem – der kan dog komme små fejl i strukturen, hvilket vil medføre en ændring i krystallets egenskab. Strukturen i krystallerne er opbygget af små enhedsceller. Der findes syv forskellige former for enhedsceller; kubisk, tetragonalt, ortborborbombisk, monoklin, triklin, hexagonal og trigonal.

Mineraler er opbygget af krystaller. To mineraler som består af samme slags atomer, men alligevel er forskellige grundet atomstrukturen, kaldes for polymorfer Den kemiske sammensætning og strukturen afgør mineralets egenskaber, og ud fra mineralets egenskaber er det muligt for mennesker at identificere mineralerne. En af måderne, hvorpå mineraler kan identificeres, er mine-ralets hårdhed, hvilket kan bestemmes med Mohs hårdhedsskala. Hårdheden forstås som mineralets modstand mod at blive ridset. Når mineralets kan ridses, bliver bindingerne imellem atomerne brudt.

Magmatiske bjergarter

En bjergart er sammensat af mineraler, men det er forskelligt, hvor mange de er sammensat af – nogle er sammensat af få mineraler, imens andre er sammensat af flere forskellige. Selvom mine-ralsammensætningen er forskellig, indeholder de alle mineralet kvarts i større eller mindre grad.

Bjergarter med et højt indhold af kvarts (siliciumindhold) omtales som sure, her kan der nævnes bjergarten granit. Granit indeholder over 70 % kvarts. Bjergarter med et højt indhold af kvarts er lysere i farven. Der findes tre forskellige kategorier af bjergart; magmatiske bjergarter, sediment-bjergarter og metamorfe bjergarter. Hvilken kategori bjergarten tilhører afhænger af, hvordan bjergarter er dannet.

Magmatiske bjergarter udkrystalliseres i magmakammeret, når magmaen størkner. De magmatiske bjergarter inddeles efter kornstørrelse og den kemiske sammensætning. Man opdeler magmatiske bjergarter i:

- Dybbjergarter

- Dagbjergarter

Dybbjergarter er dannet i dybere magmakammere under en højere temperatur og et højere pres, hvilket har gjort udkrystalliseringsprocessen langsom. Derfor er dybbjergarterne også grovkornede, fordi kornene har haft tid til at vokse. Omvendt er dagbjergarter finkornede, fordi udkrystallise-ringsprocessen sker hurtigere. Når magmaen strømmer hurtigt op igennem magmakammeret, eller

hvis magma strømmer ud som lava på jordoverfladen/havbunden størknes magmaen hurtigt. Sker

størkningen på havbunden kan der dannes vulkansk glas, fordi mødet med det kolde vand får magmaen til et størkne ekstra hurtigt.

Side 7

7

Ved skjoldvulkaner finder man typisk gabbro og basalt, ved keglevulkaner finder man især andesit og diorit og ved eksplosionsvulkaner findes rhyolit eller granit. Siliciumindholdet i smelten i de tre forskellige vulkantyper er grunden til, at der dannes forskellige bjergarter ved vulkanerne.

De magmatiske bjergarter opdeles i fire forskellige klasser alt efter deres indhold af silicium:

o Surt (66 -76 %) – rhyolit/granit
o Intermediært (52- 66 %) – andesit/diorit
o Basisk (45-52 %) – basalt/ gabbro
o Meget basisk (35-45 %) – komatiit/peridotit

Hvilke mineraler, som bliver dannet, afgøres derved både af den smelte, som er udgangsmaterialet, samt hvordan og ikke mindst hvor, at størkningen har fundet sted.

Side 8

8

Kilder

Statens naturhistoriske museum

http://geologi.snm.ku.dk/udstillinger/dokument9/vulkanfolder/

Alverdens geografi

Side 200-221

Den store danske

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Geologi_og_kartografi/Vulkaner_og_gejsere/v
ulkaner?highlight=vulkan

Naturvidenskabeligt Grundforløb – Aalborg Katedralskole

Alle artikler i afsnittet om mineraler og vulkanisme