Tuliperäisellä vaaralla tarkoitetaan mitä tahansa potentiaalisesti vaarallista tuliperäistä prosessia, joka vaarantaa ihmishenkiä, elinkeinoja ja/tai infrastruktuuria. Tulivuoren ympäristössä voi esiintyä useita vaaratekijöitä, kuten laavavirtoja, pyroklastisia virtoja, lahaareja ja roskavyöryjä. Tulivuoritoiminta aiheuttaa myös vaaroja, jotka voivat vaikuttaa alueisiin kaukana tulivuoresta, kuten kaasujen vapautuminen, tuhkan putoaminen ja tsunami. Tällaiset vaarat voivat vaikuttaa 100-1000 kilometrin päässä tulivuoresta sijaitseviin alueisiin, ja niillä voi olla merkittäviä terveydellisiä ja taloudellisia vaikutuksia. (BGS 2012)
Vaikka tulivuoret voivat olla vaarallisia, on monia syitä, miksi ihmiset asuvat niiden varrella. Siitä voi olla emotionaalisia, yhteiskunnallisia ja taloudellisia hyötyjä. Tulivuorten läheisyydessä asuville tieto tulivuorenvaaroista on vain yksi tapa, jolla ihmiset voivat vähentää riskiä.
Tulivuorenvaaran tyypit
Seuraavassa osiossa kerrotaan erilaisista tulivuorenvaaroista ja niiden mahdollisista vaikutuksista ihmisiin ja ympäristöön.
– tefra/tuhkan putoaminen
– kaasu
– laavavirrat ja laavakupolit
– pyroklastiset virrat
– maanvyöryt ja roskavyöryt
– laharit (mutavyöryt)
– jökulhlaavat
– tsunami
Tephra/tuhkaputous
Kokemus: Ashfall – ”Pimennys”. Lähde: ”Auringonpimennys”, ”Auringonpimennys”: VolFilm.
Tulivuorenpurkausten aikana tuhkaa, joka koostuupienistä, terävistä, kulmikkaista lasin ja muun vulkaanisen kiven sirpaleista, voi nousta korkealle ilmaan, joskus jopa stratosfääriin asti. Tulivuorituotteet nimetään yleensä kappalekoon mukaan, joka voi vaihdella metristä mikroniin. Tephraa käytetään kaappausterminä kuvaamaan kaikkia purkautuneita kappaleita koosta riippumatta, kun taas termi tuhka kuvaa alle 2 mm:n kokoisia hiukkasia.
Purkauksen aikana suurin osa tefrasta putoaa maahan tulivuoren ympärille. Tämä tefra voi kuormittaa rakennusten kattoja ja peittää tiemerkintöjä vaikeuttaen matkustamista. Lehtien tefran kuormittuminen voi johtaa kasvien hautautumiseen tai puiden oksien irtoamiseen, ja sillä voi siten olla merkittäviä vaikutuksia maatalouteen. Tulivuoren tuhkan hienorakeisen luonteen vuoksi tuulet kuljettavat sitä helposti 100-1000 kilometrin päähän tulivuoresta. Hiertävän luonteensa vuoksi vulkaaninen tuhka voi vahingoittaa lentokoneita.
Vuonna 2010 Islannin Eyjafjallajökull-tulivuoresta purkautui paksua tuhkaa muodostaen 5-7 kilometrin korkeuteen yltäneitä pilviä. Lähde: NASA Earth Observatory.
Vuonna 2010 tapahtunut Eyjafjallajökullin purkaus ja tuhkapilvi aiheuttivat Ison-Britannian lentoliikenteen sulkemisen 15.-20.4. ja aiheuttivat siten huomattavia matkustusongelmia. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Eyjafjallajökullin purkauksen aikana vuonna 2010 BGS:n laboratorioanalyysi tuhkanäytteistä, jotka kerättiin Yhdistyneessä kuningaskunnassa sijainneen henkilöauton tuulilasista, osoitti, että yksittäiset tuhkanjyväset olivat muodostuneet sekä lasi- että kristallipalasista. Tällainen ”lasimainen” vulkaaninen tuhka voi vahingoittaa lentokoneita ja helikoptereita. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään
Kattovauriot ja -romahdus, jonka aiheutti tulivuoren tuhka tulivuoren tulivuorenpurkauksista, Soufrière Hillsin tulivuori, Montserratin saarella, vuonna 1995. Happosade, joka syntyi, kun sade sekoittui tulivuoren kaasuihin ja tuhkaan, vahingoitti pahoin monia rakennuksia, joissa oli sinkittyjä aaltoteräskattoja, ja autoja. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään
Pikafakta
Yksi selitys Edvard Munchin maalauksessa ”Huuto” kuvaamille ”verenpunaisille” pilville auringonlaskun aikaan on Krakataun tulivuorenpurkaus vuonna 1883. Purkaus vapautti suuria määriä kaasua ja tuhkaa, jotka muuttivat taivaan väriä maailmanlaajuisesti.
Gasit
Aktiiviset tulivuoret voivat vapauttaa erilaisia kaasuja ennen purkaustapahtumaa, purkauksen aikana tai sen jälkeen, ja ne voivat aiheuttaa erilaisia terveyshaittoja paikallisesti, mutta niillä voi olla potentiaalia vaikuttaa ilmastoon maailmanlaajuisesti. Viisi tärkeintä terveydelle vaarallista kaasua ovat:
- hiilidioksidi
- kloorivety, fluorivety ja rikkivety
- rikkidioksidi
Ihmiset voivat altistua haitallisille tuliperäisille kaasuille hengittämällä niitä tai joutumalla kosketuksiin ihon ja silmien kanssa. Terveysvaikutukset vaihtelevat lievistä vakaviin ja toisinaan jopa tappaviin altistumisiin. Altistumisen jälkeen ihmiset saattavat raportoida hengitysvaikeuksista ja ihon kutinasta.
Tulivuorikaasut ovat erityisen vaarallisia, koska niitä ei voi nähdä, ja koska ne ovat ympäröivää ilmaa tiheämpiä, ne voivat lammikoitua aktiivisen tulivuoren ympärillä oleviin painanteisiin. Korkeat tuliperäisten kaasujen pitoisuudet voivat olla terveysriski myös lentokoneiden sisällä. Rikkikaasut muuntuvat sulfaattiaerosoleiksi (lähinnä rikkihapoksi), jotka stratosfääriin päästessään voivat jäädä sinne vuosiksi aiheuttaen lyhytaikaisia ilmastomuutoksia.
Tulivuoriperäiset kaasut: vaikutukset. Lähde: Vulkanusvaurio: VolFilm.
Laavavirrat ja laavakupolit
Lavat ovat tulivuoren pinnalle purkautuvia magmavirtauksia. Yleensä laavat aiheuttavat harvoin välittömiä ihmishenkien menetyksiä, koska ne virtaavat yleensä hitaasti, jolloin ihmisten evakuointiin jää riittävästi aikaa. Ne kuitenkin tuhoavat kaiken tieltään hautautumalla, murskautumalla ja kuumentumalla, ja tällaisiin purkauksiin liittyy myös vulkaanisten kaasujen ja aerosolien päästöjä.
Laavavirtojen viskositeetti, eli nesteen virtauksen helppous, kasvaa yleensä piipitoisuuden kasvaessa ja vähenee lämpötilan ja vesipitoisuuden noustessa.Matalan viskositeetin omaavat basaltit ovat yleisimmistä laavatyypeistä juoksevimpia, ja ne purkautuvat yleensä 1100-1200 °C:n lämpötilassa. Korkeaviskositeettiset andesiitit ovat paljon vähemmän juoksevia kuin basaltit, ja ne purkautuvat noin 700-900 °C:n lämpötiloissa.
Tai toisin sanoen rauta- ja magnesiumrikkaat basalttimagmat ovat asteikon toisessa päässä juoksevimpia (alhaisen viskositeetin omaavia) ja toisessa päässä piirikkaat ovat vähiten juoksevia (erittäin viskoosisia).
Basalttimagmat voivat virrata suhteellisen pitkiä matkoja. Sitä vastoin korkeaviskositeettiset laavat (andesiitit) purkautuvat tyypillisesti pienellä nopeudella ja muodostavat lyhyitä, paksuja virtoja tai jyrkkärinteisiä kupoleita, jotka eivät kulje kauas vulkaanisista lähteistä.
Laavojen liikkumisnopeus vaihtelee tyypillisesti muutamasta metristä tunnissa korkean viskositeettipitoisuuden omaavien laavojen (andesiitit) ja useiden kilometrien tunnissa liikkuvien nestemäisten basalttien välillä. Laavakupolit muodostuvat, kun korkeaviskoosinen laava purkautuu hitaasti tulivuoresta. Koska laava on erittäin viskoosia, se ei pääse liikkumaan kauas purkausaukosta, ja laavakupoli muodostuu. Nämä laavakupolit ovat erityisen vaarallisia, koska ne ovat yleensä epävakaita ja voivat romahtaa aiheuttaen pyroklastisia tiheysvirtoja.
Lava: vaara. Lähde: VolFilm.
Tulvabasaltit
Tulvabasaltit ovat poikkeuksellinen muoto tai laavavirtaus. Nämä purkaukset ovat harvinaisia, ja ymmärryksemme näistä tapahtumista perustuu tutkimukseen menneistä purkauksista sellaisissa paikoissa kuin Deccanin ansat Intiassa tai Siperian ansat. Tällaiset purkaukset vaikuttavat laajoihin, jopa mantereen kokoisiin (yli miljoona neliökilometriä) alueisiin, voivat olla kilometrin paksuisia ja vapauttaa suuria määriä kaasua ja voivat aiheuttaa ilmansaasteita ja jopa vaikuttaa ilmastoon.
Voimme oppia paljon Islannissa tapahtuvista tulvabasalteista. Vuonna 2014 Holuhraunin halkeamapurkaus saavutti tulvabasaltin koon. Se on nyt Islannin suurin tulvabasaltti sitten vuosien 1783-84 Laki-purkauksen, joka aiheutti noin 20 prosentin kuoleman Islannin väestöstä ympäristön saastumisen ja nälänhädän vuoksi ja todennäköisesti lisäsi kuolleisuutta muualla Euroopassa rikkipitoisen kaasun ja aerosolien aiheuttaman ilman saastumisen vuoksi. Onneksi basalttipurkaukset ovat hyvin harvinaisia!
Syyskuussa 2014 BGS:n vulkanologit todistivat Holuhraunin halkeamapurkausta lähellä Vatnajokullin jääpeitettä Islannissa. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Tämässä helmikuussa 2020 otetussa satelliittikuvassa näkyy kahden miljardin vuoden ikäinen tulvabasaltti, joka tunnetaan nimellä Labrador Trough, Kanada. Lähde: NASA Earth Observatory.
Pyroklastiset virrat
Pyroklastiset virrat ovat kuumia ”tiheysvirtoja”, jotka koostuvat kivenmurskan ja kaasun sekoituksista, jotka virtaavat maata pitkin suurella nopeudella. Ne kulkevat painovoiman vaikutuksesta yleensä alas rinteitä, laaksoja pitkin ja kohti alempaa maata; vaikka erittäin voimakkaiden tai energisten pyroklastisten virtojen tiedetäänkin uhmaavan painovoimaa ja kulkevan ylöspäin. Pyroklastisten virtojen lämpötila voi vaihdella 100 °C:n ja 600 °C:n välillä. Ne kulkevat tyypillisesti nopeudella 70 km/h tai nopeammin tulivuoren sivuja pitkin.
Pyroklastinen virtaus: vaara. Lähde: VolFilm
Lähteen romahdus pyroklastiset virrat
Pyroklastiset virrat muodostuvat parilla eri mekanismilla, joko laavakupolin romahtaessa tai räjähdysmäisen purkautumisen aikana, jolloin tulivuoresta purkautuva kaasun ja tuhkan seos on liian tiivis noustakseen kelluvasti ilmakehään, ja sen sijaan se romahtaa tulivuoren ympärillä.
Pyroklastinen virtaus suihkulähteen romahtamisen seurauksena. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Kupolin romahduksen aiheuttamat pyroklastiset virrat
Tulivuoret, jotka purkautuvat hyvin viskoosista tai tahmeasta laavasta muodostaen kupoleita, voivat myös synnyttää pyroklastisia virtoja, kun kupoli muuttuu epävakaaksi. Pyroklastisia virtoja syntyy, kun suuret osat kupolista romahtavat ja hajoavat.
Pyroklastinen virtaus kupolin romahtamisen seurauksena. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Pyroklastisen virran aiheuttama virtaus, joka aiheutui kupolin romahduksesta ja lähestyi kaupunkia, kesäkuu 1997, Soufrière Hills -tulivuori, Montserrat. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Nopea fakta
Pyroklastisia virtoja kutsutaan myös nimellä ”nuées ardentes”, joka tarkoittaa ranskaksi hehkuvia pilviä
Pyroklastiset virrat tuottavat kuuman tuhkan ja kivien kerrostumia tulivuoren kylkien ympärille. Lämpötilat voivat ylittää 400 celsiusastetta useita kuukausia vanhassa materiaalissa. Näissä kuvissa näkyvät tyypilliset kerrostumat, jotka ovat peräisin kupolin romahtamisesta ja suihkulähteen romahtamisesta johtuvista pyroklastisista virroista.
Pumikiviesiintymiä Bethelin lähistöllä suihkulähteen romahtamisesta aiheutuneista pyroklastisista virroista syksyllä 1997, Soufrière Hillsin tulivuori, Montserrat. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Pyroklastisten virtojen kerrostumat, jotka ovat peräisin kesäkuun 1997 kupolien romahduksesta, Soufrière Hills Volcano, Montserrat. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Laskeumat ja roskavyöryt
Roskavyöryt ja maanvyöryt ovat yleisiä, mutta ne eivät välttämättä johdu varsinaisesta tulivuorenpurkauksesta tai vulkaanisesta toiminnasta. Ne voivat käynnistyä tulivuoren räjähdyksen tai kupolin romahtamisen seurauksena, erityisesti ympäristöissä, joissa rankkasateet ovat yleisiä. Roskavyöryillä on taipumus kanavoitua laaksoihin, ja ne voivat kulkea pitkiä matkoja kauas lähtöalueensa ulkopuolelle. Romuvyöryjen vaikutuksia on vaikea vähentää, koska ne voivat tapahtua varoittamatta, jopa uinuvilla tulivuorilla, ja ne voivat tuhota laajoja alueita. Kun vyöry on kerran käynnistynyt, on mahdotonta evakuoida alueita, jotka sijaitsevat vyöryjen reitillä, koska vyöryt kulkevat erittäin nopeasti.
Tapaninpäivänä 1997 suuri tulivuoren räjähdys aiheutti Montserratissa sijaitsevan Soufrière Hillsin tulivuoren osittaisen romahduksen, joka laukaisi rauniojäätä. Noin 60 miljoonaa kuutiometriä kupolia ja kraatterin seinämää kulkeutui etelään roskavyörynä muun pyroklastisen aineksen mukana. St Patrick’sin ja Morrisin kylät pyyhkäistiin pois alle 30 minuutissa. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Laaharit
Laahari on eräänlainen vulkaaninen mutavyöry, joka koostuu vulkaanisesta jäännöksestä ja vedestä (kuumasta tai kylmästä). Laharit liikkuvat hyvin nopeasti nopeuksilla, jotka vaihtelevat alle 10 kilometristä tunnissa muutamiin kymmeniin kilometreihin tunnissa. Niitä voi syntyä jäätä tai lunta sisältävien purkausten seurauksena. Tämä voi synnyttää suuria määriä sulamisvettä. Kun nämä roskapitoiset virrat liikkuvat jokilaaksoja alaspäin, ne voivat kerätä lisää irtonaista ainesta. Myös rankkasateet voivat laukaista tai mobilisoida lahaareja.
Viskoosiset mutavyöryt voivat sisältää yli 60 % sedimenttiä (40 % vettä), ja niiden koostumus on kuin märän betonin. Vähemmän viskoosit mutavyöryt, joiden vesipitoisuus on suurempi, muistuttavat vyörytulvia.
Laaharit: vaara. Lähde: Tilastokeskus: VolFilm
Laaharit ovat olleet merkittävä kuolonuhrien aiheuttaja historiallisina aikoina. Esimerkiksi vuonna 1985 Kolumbiassa sattuneen Nevado del Ruizin laharin seurauksena kuoli 23 000 ihmistä. Laharien aiheuttamat kuolemantapaukset ja loukkaantumiset voidaan välttää, jos yhteisöt evakuoidaan nopeasti korkeammalle maalle.
Huhtikuuhun 2000 mennessä suuri osa Plymouthin kaupungista oli hautautunut tulivuoren mutavyöryjen alle rankkasateiden jälkeen; Soufrière Hills -tulivuori, Montserrat. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Lahareita (mutavyöryjä) joen laaksossa Soufrière Hillsin tulivuori, Montserratin saarella, 2002. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään.
Jökulhlaupit
Jökulhlaup on islanninkielinen sana, jota käytetään kuvaamaan jäätikönpurkaustulvaa, joka on äkillinen veden vapautuminen järvestä, joka sijaitsee jäätikön alapuolella tai sen lähellä. Yksi jökulhlaupin laukaisevista tekijöistä voi olla jäätikön alla sijaitsevan tulivuoren purkaus, joka sulattaa jäätikön yläpuolella olevaa jäätä tai heikentää jäätikön moreenisedimenteistä tehtyä patoa. Järvipadon äkillinen poistuminen vapauttaa valtavan vesimäärän ja aiheuttaa ”megatulvan”, joka voi huuhtoa pois teitä ja siltoja.
Tässä satelliittikuvassa Kaakkois-Islannista vuodelta 1996 näkyy Grimsvötn-tulivuoresta tuleva tuhkapilvi tulivuoren purkauksen aikana, joka johti ihmiskunnan historian suurimpaan Jökulhlaupiin. Grimsvötn-tulivuori sijaitsee Vatnojokull-jääpeitteen alla, jossa on noin 30 jäätikköä ja seitsemän tulivuorta. Jäätikön sulamisesta vapautunut vesi seurasi nuolten osoittamaa reittiä ja huuhtoi pois teitä ja useita siltoja; noin 3 km3 jäätä suli 13 päivän purkauksen aikana. Lähde:
Tsunami
Tsunamit voivat muodostua monenlaisen geologisen toiminnan yhteydessä maanjäristyksistä maanvyöryihin. Tulivuoret voivat myös aiheuttaa tsunameja, vaikka ne ovatkin harvinaisempia. Itse asiassa tsunamit ovat aiheuttaneet historian aikana eniten kuolemantapauksia tulivuorenpurkausten yhteydessä. Tsunamia syntyy, kun vesi, olipa se sitten järvessä tai meressä, siirtyy pois paikaltaan. Tulivuorilla tämä voi tapahtua useilla eri mekanismeilla, esimerkiksi meripurkauksella, tulivuoren rakennelman osan romahtamisella tai lahaarien tai pyroklastisten tiheysvirtojen pääsemisellä ympäröivään veteen. Merenalaiset purkaukset voivat aiheuttaa vain paikallisia tsunameja, mutta suurten räjähdysmäisten pyroklastisten tiheydenmuodostavien purkausten yhteydessä voi syntyä suuria tuhoisia tsunameja, jotka vaikuttavat koko maanosiin.
Esimerkki tällaisesta tapahtumasta on Krakataun purkaus vuonna 1883 Indonesiassa. Vaikka tsunamien tarkasta lähteestä käydään edelleen keskustelua, purkaus tuotti suuria pyroklastisia virtoja ja johti tulivuoren romahtamiseen. Syntyi lukuisia tsunameja, joista tuhoisin johti yli 36 000 ihmisen kuolemaan. Hiljattain, vuonna 2018, syntyi toinen tsunami, joka liittyi saman tulivuorikompleksin toimintaan. Anak Krakatau, joka tarkoittaa Anakin lasta, on tulivuori, joka on viimeisten 100 vuoden aikana rakentunut vuoden 1883 Krakataun kalderan reunalle. Joulukuussa 2018 noin ~ % tulivuoresta romahti ympäröiviin meriin muodostaen tsunamin, joka vaikutti suureen osaan Sundansalmen rannikkoa ja johti yli 400 ihmisen kuolemaan.
BGS:n kenttätyön aikana elokuussa 2019 otettu drone-kuva Anak Krakatau -tulivuoresta. Lähde: BGS ©UKRI. Kaikki oikeudet pidätetään. (Sam Engwell ja Edo Marshal).