Binnen dit en binnen een vervolgartikel ga ik nader in op de beschrijving van enkele typen van vulkanen. Daarbij beperk ik mij hoofdzakelijk tot de typische vulkanen die ontstaan als gevolg van de subductie van tektonische aardplaten of als gevolg van mantelpluimen (hotspots). Dit betreffen voornamelijk stratovulkanen, schildvulkanen en supervulkanen.
Een korte beschrijving van schildvulkanen – die voornamelijk ontstaan in de buurt van mid-oceanische ruggen, continentale riftsystemen of boven jongere mantelpluimen – dient met name om het contrast te benadrukken tussen inherent hoog-explosief en inherent laag-explosief vulkanisme.
Vulkaanclassificaties blijken overigens in de praktijk verre van absoluut, omdat er allerhande mengvormen van vulkanisme bestaan. In het licht van het vervolgartikel over supervulkanen is het echter met name belangrijk om de belangrijkste processen en mechanismen te begrijpen die aan dergelijk vulkanisme ten grondslag kunnen liggen.
Binnen dat vervolgartikel bespreek ik de huidige kennis van supervulkanen en behandel ik verschillende vraagtekens en onduidelijkheden met betrekking daartoe. De kennis van supervulkanen is namelijk nog relatief pril. Pas nadat de makers van het BBC-programma ‘Horizon’ in 2000 voor het eerst publiekelijk de term ‘supervulkaan’ gebruikten, is ook de wetenschap deze term schoorvoetend gaan gebruiken. Voor mij een teken dat de kennis met betrekking tot supervulkanen nog bij lange na niet is uitgekristalliseerd.
De bekendste en meest tot de verbeelding sprekende vulkanen zijn zgn. stratovulkanen, kegelvormige bergen die een landschap volledig kunnen domineren. Afbeeldingen van dergelijke vulkanen vormen zgn. ’tekstboek-voorbeelden’. De naam stratovulkaan is afgeleid van het Latijnse woord voor “laag”: stratum, meervoud strata.
Een stratovulkaan is laagsgewijs opgebouwd uit de eruptiematerialen gestolde lava en tefra (pyroklastica). Tefra bestaat uit de brokstukken van vulkanisch gesteente en as, die tijdens een uitbarsting uit de lucht zijn gevallen, ongeacht de samenstelling en de grootte hiervan. Stratovulkanen bestaan dus afwisselend en laagsgewijs uit lagen gestolde lava en tefra.
Afhankelijk van de aard van een uitbarsting, explosief of minder explosief, zal tefra of gestolde lava domineren. Bij explosieve uitbarstingen wordt het meeste materiaal namelijk de lucht in geslingerd (tefra) en is er veel minder sprake van de uitvloei van magma, dat overigens lava wordt genoemd zodra het aan de oppervlakte komt.
Smeltend mantelmateriaal (magma) als gevolg van subductie ontstaat voornamelijk doordat er water vrijkomt uit de gehydrateerde mineralen en poreuze basaltische gesteenten van de onderduikende en opwarmende oceanische korst. Dit water zorgt vervolgens voor een smeltpuntsverlaging van de omliggende mantel en gesteenten. Hierdoor ontstaat een partiële smelt en vervolgens stijging van magma vanwege de lagere dichtheid hiervan.
Vast mantelmateriaal dat onderdeel uitmaakt van mantelpluimen (hotspots) zal als gevolg van de drukverlaging op weg naar boven eveneens partieel smelten en overgaan in magma.
Magma met een relatief hoog siliciumgehalte (SiO2) wordt felsische magma genoemd. Als gevolg van de polymeerachtige netwerkverbindingen die SiO2 vormt, is dergelijke magma relatief hoog viskeus. Magma daarentegen met een relatief laag siliciumgehalte wordt mafische of basaltische magma genoemd en is als gevolg daarvan relatief laag viskeus.
Wanneer de immense druk op de magma voorafgaand aan of tijdens een uitbarsting voor een belangrijk deel wegvalt, dan komen de in de magma opgeloste gassen binnen heel korte tijd vrij. Vergelijkbaar met een stevig geschudde fles frisdrank die hevig begint te bruisen na opening.
Met name de viscositeit van de magma alsmede de hoeveelheid hierin opgeloste gassen spelen een belangrijke rol in de potentiële explosiviteit van uitbarstingen. Felsische viskeuze magma ontgast in de periode voorafgaand aan en tijdens een uitbarsting veel minder vloeiend dan mafische of basaltische minder viskeuze magma en kan hierdoor tot een substantieel grotere drukopbouw leiden. Daarnaast leidt felsische viskeuze magma vaker tot verstoppingen van kraterpijpen en spleten met als mogelijk gevolg eveneens een substantieel grotere drukopbouw.
De potentiële explosiviteit van uitbarstingen correspondeert daarom grotendeels met de samenstelling van de aangevoerde magma. Zowel qua viscositeit als qua hoeveelheid hierin opgeloste gassen. Uiteraard kan het vroegtijdig openen van scheuren of falen van gesteentelagen de explosiviteit van uitbarstingen ook navenant doen afnemen.
De samenstelling van de oorspronkelijk aangevoerde magma in de magmakamer valt min of meer als onveranderlijk te beschouwen voor een specifieke geologische lokatie en stratovulkaan. Uitbarstingen van een specifieke stratovulkaan zullen daarom meestal min of meer kenmerkend verlopen binnen een bepaalde maximale bandbreedte. De bandbreedte qua explosiviteit kan het gevolg zijn van veranderende condities in de magmakamer (zie onder het kopje ‘Processen die de explosiviteit van uitbarstingen kunnen bevorderen’).
De hoeveelheid opgeloste gassen in de magma is over het algemeen een stuk groter rond subductiezones dan rond mid-oceanische ruggen, continentale riftsystemen of mantelpluimen. Waterdamp vormt namelijk de belangrijkste vluchtige component van magma. Hogere siliciumgehaltes corresponderen daarom meestal met grotere hoeveelheden opgeloste gassen, doordat waterdamp in de magma zich zowel verzamelt via subductiezones als via opstijgende (beperkte) partiële smelten door continentale korst.
Afgemeten over een geologische tijdsduur kan de samenstelling van de oorspronkelijk aangevoerde magma in de magmakamer overigens wel degelijk wezenlijk veranderen. Dit kan het gevolg zijn van opvlammende of uitdovende mantelpluimen of veranderingen in de regionale platentektoniek.
Het siliciumgehalte van de oorspronkelijk aangevoerde magma in de magmakamer is relatief hoog daar waar een oceanische korst onder een continentale korst duikt. De verzamelde smeltende sedimenten op een onderduikende oceanische aardkorst in de nabijheid van een continentale korst zijn namelijk eveneens relatief rijk aan silicium. De bovenliggende continentale aardkorst is sowieso relatief rijk aan silicium en een gedeelte hiervan zal ook smelten als de opstijgende partiële smelt zich een weg hierdoorheen baant.
Oudere mantelpluimen waarvan de bredere paddenstoelachtige kop ontbreekt en waarvan nog slechts een dunnere steel resteert, kunnen verrassend genoeg ook resulteren in oorspronkelijk aangevoerde magma met een relatief hoog siliciumgehalte. Dit is dan het gevolg van een relatief beperkte partiële smelt die zich een weg door de siliciumrijke continentale aardkorst baant. De bijzondere geologie van ‘Columbia Plateau’, ‘Steens Basalts’ en ‘Yellowstone’ is hiervan een treffend voorbeeld.
Het siliciumgehalte van de oorspronkelijk aangevoerde magma in de magmakamer is juist relatief laag daar waar de ene oceanische korst onder de andere oceanische korst duikt. Zonder de nabijheid van een continentale korst ontbreken siliciumrijke sedimenten in de partiële smelt. De bovenliggende oceanische korst waar de opstijgende partiële smelt zich een weg doorheen baant, is bovendien voornamelijk gevormd uit silicium-arme mafische of basaltische magma. De hoeveelheid opgeloste gassen (m.n. waterdamp) kan hier daarentegen wel relatief hoog zijn.
Weliswaar dient benadrukt te worden dat we ook in dit laatste geval nog steeds spreken over stratovulkanen. Voor schildvulkanen is namelijk vrijwel zeker een substantiële van subductie onafhankelijke opwelling van mafische of basaltische mantelgesteenten noodzakelijk. Ook dient het gasgehalte relatief laag te zijn.
De explosiviteit van uitbarstingen lijkt daarnaast te kunnen worden bevorderd door naderhand optredende processen in de magmakamer. Als gevolg van het gedeeltelijk afkoelen van magma in de magmakamer kan er een gedeeltelijke kristallisatie van de magma plaatsvinden. Daarbij kan de viscositeit van de magma toenemen als gevolg van de lagere temperatuur, het verdwijnen van opgeloste gassen uit de magma of het vormen van een slush van kristallijne bestanddelen.
De magma kan bovendien felsischer en viskeuzer worden als gevolg van de uitkristallisatie van mafische of basaltische mineralen met een gemiddeld hogere smelttemperatuur. Ook het gedeeltelijk oplossen van omliggende rotsformaties kan leiden tot magma met een felsischer karakter en een hogere viscositeit. Verschillende aspecten lijken dus in staat om bovenop het siliciumgehalte van de oorspronkelijk aangevoerde magma een extra bandbreedte qua explosiviteit van uitbarstingen te genereren.
Nogmaals, het vroegtijdig openen van scheuren of falen van gesteentelagen kan de explosiviteit van uitbarstingen ook navenant doen afnemen. Niettemin verlopen de heftigste uitbarstingen van een specifieke stratovulkaan vaak min of meer kenmerkend binnen een bepaalde maximale bandbreedte. Afhankelijk van de oorspronkelijke samenstelling van de aangevoerde magma alsmede van de naderhand specifieke condities binnen de magmakamer.
Schildvulkanen spreken een stuk minder tot de verbeelding, omdat de uitbarstingen doorgaans zonder al te veel explosieve activiteit verlopen. Dit is het gevolg van het feit dat schildvulkanen worden gevoed door silicium-arme mafische of basaltische en dus laag-viskeuze magma. Ze bevinden zich namelijk bij uitstek rond mid-oceanische ruggen, continentale riftsystemen of boven jongere mantelpluimen (hotspots).
Voor schildvulkanen is vrijwel zeker een substantiële van subductie onafhankelijke opwelling van mafische of basaltische mantelgesteenten noodzakelijk. Ook dient het gasgehalte relatief laag te zijn. Als gevolg hiervan stroomt de lava gemakkelijk en over grote gebieden uit. De hellingshoek van de wanden van de vulkaan is hierdoor vrij gering en beperkt tot slechts enkele graden. Rond de krater kan dit echter tot 10 graden oplopen. Ze zijn in het landschap voornamelijk te herkennen aan de enorme horizontaal liggende schildvormen.
