En supervulkan er en av de 10-12 store kalderaene som finnes på jordens overflate, med en diameter på flere titalls kilometer. Disse strukturene er identifisert på bakkenivå og er ikke assosiert med kollapsen av tidligere vulkanske bygninger som vanlige kalderaer. Store kalderaer er ment å være generert av et hot spot som ligger dypt under dem. Disse strukturene regnes ikke som ekte vulkaner , siden det ikke er noen synlig vulkansk bygning, men snarere en depresjon av vulkansk opprinnelse.
Inne i de store kalderaene er det mulig å legge merke til utviklingen av forskjellige mer eller mindre dannede kratere og tilstedeværelsen av en sekundær type vulkanisme (geysirer, fumaroler, termiske kilder, etc.). Et utbrudd av denne typen kalderaer (som har rolige perioder på hundretusenvis av år mellom utbruddene) har aldri blitt observert , selv om det i de omkringliggende områdene er klare geologiske spor etter massive tidligere utbrudd. De mest kjente eksemplene på denne typen utstyr er Yellowstone -parken (USA), Campi Flegrei (Italia), Lake Toba (Indonesia).
Begrepet "supervulkan" brukes ikke i vulkanologi , men ble laget av forfatterne av et vitenskapelig populariseringsprogram, Horizon, sendt av BBC i 2000 , for å referere til oppvåkningen av disse store kalderaene som produserer gigantiske vulkanutbrudd , som f.eks. endre det lokale landskapet radikalt og påvirke det globale klimaet sterkt i flere år, med katastrofale effekter på planetens liv.
Imidlertid er minimumsegenskapene/dimensjonene til en supervulkan ikke definert, selv om det er minst to typer vulkanutbrudd som kan identifiseres på denne måten. Synligheten av et emne av denne typen har imidlertid favorisert studiet av mulige effekter av et utbrudd av denne typen.
Historien om oppdagelsen av supervulkaner begynte da forskere kom over sirkulære fordypninger som ligner på vanlige vulkanske kalderaer , men mye større [1] .
Normale vulkanske kalderaer dannes når magmakammeret som inneholder den smeltede bergarten under en vulkan tømmes, og dermed får den overliggende jorda til å kollapse, ikke lenger støttet under av trykket fra magmaen .
At selv veldig store kalderaer var relatert til vulkanske fenomener så vel som deres form var tydelig fra omgivelsene: enorme tuffavsetninger, til og med mer enn 400 meter tykke, som tydelig viste at de ikke var en rekke materialer avsatt av mer eruptive faser, men å ha dannet seg under en enkelt vulkanepisode [2] . Som en sammenligning, hvis kalderaen til Tambora -vulkanen har en diameter på omtrent 5 km og Bolsena -sjøen over 10, overstiger den i supervulkaner 60. Dette forklarer de utrolige tykkelsene på tuff som arealet av kalderaen og volumet asken er dramatisk høyere: en sirkel med en diameter på 60 kilometer har et areal 4 ganger større enn en 30 kilometer og nesten 150 ganger større enn en 5 kilometer.
Egenskapene til utbruddene til supervulkaner har blitt avgrenset ved å studere zirkonkrystallene og deres alder, som har to kjennetegn: de er helt nye, av en alder kort tid før utbruddene som dannet tuffene som inneholder dem, og viser en sammensetning isotop av oksygen som er typisk for jordoverflaten og ikke for dypet disse magmaene kommer fra.
Et grunnleggende bidrag i studiet av supervulkaner ble gitt av egenskapene til zirkonene: det ble oppdaget at magmaen, i tillegg til en dyp komponent, også dannes av lavaer som er et resultat av sammensmeltingen av skorpen forårsaket av mantelmagmaer , på grunn av den høye mengden varme de transporterte. Derfor har zirkonene arvet den isotopiske sammensetningen av oksygenet til jordskorpen, der bidraget fra regnvann som siver inn i skorpen er tydelig. Fenomenet er ikke begrenset til supervulkaner: det er ikke vanskelig å se en veldig varm basaltisk magma som forårsaker delvis eller total smelting av den tilstøtende eller overliggende delen av skorpen . Resultatet er både en blanding mellom de to magmaene og vulkanske provinser med en markert bimodalitet av magma, en dyp og en skorpe (den toskanske magmaprovinsen er et klassisk eksempel). Her er forskjellen fremfor alt kvantitativ. Når det gjelder dateringen av zirkoner, ser man tydelig at det er en hel rekke av aldre mellom ankomsten under skorpen av den basaltiske magma og eksplosjonen som dannet kalderaen. Dataene er også veldig interessante for å forstå den nåværende tilstanden til en supervulkan, ved å analysere sammensetningen av fumaroliske gasser. Et forhold mellom oksygen 16 og oksygen 18 som er typisk for skorpen, betyr at den underliggende magmaen er "moden". Hvis prosentandelen av Oksygen 18 øker, betyr det at en ny injeksjon av magma kommer nedenfra, med fare for en ny eksplosjon.
Utbruddet av en supervulkan er en ganske enkel prosess: en enorm boble av magma kommer til overflaten og smelter en del av jordskorpen under. Over magmaen sveller trykket skorpen over som følgelig dannes brudd , spesielt langs en ring som tilsvarer den ytre delen av bulen. Frakturene når magmakammeret og utløser oppstigningen av magmaer og ulike eruptive sentre dannes langs denne ringen. Frakturene øker i antall og størrelse til skorpen inni dem blir en sylinder isolert fra resten av skorpen som omgir den. På dette tidspunktet klarer selvfølgelig ikke sylinderen å holde seg på plass og kollapser derfor. Sammenbruddet forårsaker umiddelbar tømming av magmakammeret, med utslipp av den typiske enorme mengden tuffer, ignimbritt og så videre. Det bør bemerkes at selv i normalstore kalderaer som Rabaul i New Guinea hender det at tilfeldige kratere (eller små polyfasiske bygninger) dannes nøyaktig på kanten av kalderaen, som også er et bånd der seismisiteten er konsentrert. Et eksempel på dette er Long Valley-calderaen.
Den mest kjente supervulkanen, annonsert av filmer og dokumentarer [3] er Yellowstone : en spektakulær rekke av superhetere som har dannet seg over en plum av magma som kommer fra mantelen [4] . Rekkefølgen av kalderaer over tid viser bevegelsen til den nordamerikanske platen over skyen siden aktiviteten begynte for 15 millioner år siden: på den tiden var skyen under dagens Idaho .
Long Valley-calderaen , mellom California og Nevada , var ansvarlig for 760 000 år siden for å produsere Bishop Tuffs , en fjellformasjon som når 200 meter tykk. Hovedaksen til kalderaen er omtrent 32 kilometer [5] . Den skal representere en av de siste fasene av vulkansk aktivitet i Great Basin, et område mellom California, Nevada og Arizona preget av tynning av skorpen. Også her er det dualismen mellom en eller flere magmaer av mantelopprinnelse og annet materiale som kommer fra smeltingen av skorpen indusert av disse dype magmaene. Men fortsatt er det sterk tvil om årsakene som har forårsaket skorpefortynningen og ankomsten av magmaer.
De fleste av de andre supervulkanene er derimot godt innrammet i den klassiske mekanismen til magmatiske buevulkaner, der magma er en av effektene av dynamikken til to kolliderende plater. Dette er tilfellet med nevnte Toba , i Indonesia. Det er anslått at for 75 000 år siden slapp et superutbrudd ut nesten 3000 kubikkkilometer med materiale [6] [7] . Lake Toba kan sees tydelig ved å se på et satellittbilde av hele øya Sumatra. Den elliptiske depresjonen har akser på henholdsvis nesten 100 og nesten 30 kilometer og er resultatet av minst 3 om ikke 4 tilstøtende kalderaer, dannet mellom 1,2 millioner år siden og i dag. Vulkanaktiviteten fortsatte med mindre utbrudd i Toba-calderaen [8] , med oppløfting av noen områder av kalderaen som forårsaket alvorlige jordskjelv [9] .
Taupo i New Zealand forårsaket det største utbruddet de siste 5000 årene, datert til 181 e.Kr.. Taupo vulkanske sone har ganske kontinuerlig aktivitet. Det produserte det siste superutbruddet. I 25 360 f.Kr. produserte utbruddet av Oruanui1 170 km³ med utbrudd [10] [11] , som danner en kaldera på over 30 kilometer i diameter.
The Phlegraean Fields i Italia er en serie vulkanske strukturer i en stor kaldera av15 km i diameter [12] . De har produsert to store utbrudd de siste 30 000 årene: utbruddet av ignimbritten fra Campania for 39 000 år siden med mer enn 300 km3 med utbrudd og utbruddet av den napolitanske gule tuffen for 15 000 år siden med mer enn40 km³ med utbrudd [12] . Andre mulige eksempler i Kamchatka , Aleutian og Japan . Et annet område med flere kandidater kan være Sør-Amerika.
På begynnelsen av det 21. århundre ble en eldgammel supervulkan oppdaget i Valsesia , mellom Varallo og Borgosesia , i provinsen Vercelli. Denne supervulkanen har det særegne at det på noen punkter på overflaten viser restene av det eldgamle utbruddet som fant sted for 250-300 millioner år siden. [1. 3]
Nivå 8 (VEI-8) [ 14] av et utbrudd er en hendelse av kolossale proporsjoner som driver ut minst 1000 km³ magma av pyroklastisk materiale . Et utbrudd av denne typen ville praktisk talt slette alle livsformer innenfor en radius på noen få tusen kilometer, mens et område som i størrelse kan sammenlignes med et kontinent ville bli begravd av metervis med vulkansk aske .
VEI-8- utbrudd skyldes ikke sin fare til formen på vulkanen , men til typen magma som genererer dem. De kan også være farlige fordi de kan samhandle med et relikt magmakammer , ofte i en kaldera . Magmakammeret avkjøles faktisk veldig sakte og kan forbli varmt selv i millioner av år etter at den vulkanske aktiviteten har opphørt. Risikoen for disse utbruddene er derfor knyttet til at de også kan oppstå på steder hvor det tilsynelatende ikke er vulkaner.
Delvis smelting av mantelbergarten over den synkende oseaniske jordskorpeplaten produserer magma som tar seg til den kontinentale skorpen hvor den legger seg i det nedre magmakammeret . Sakte begynner dette kammeret å smelte den øvre kontinentalbergarten, som har lavere smeltegrad enn den underliggende bergarten. Deretter begynner magmaet å stige gjennom lange vertikale kanaler mellom de to kamrene til det øvre magmakammeret. Etter hvert som den fylles opp, begynner bakken over å svelle og bakken deler seg. Overflaten som er utsatt for alvorlig stress kollapser, og faller inn i magmakammeret, presser den til å stige ut. Magmaen forvandles til enorme, glødende skyer av aske, gass og stein, de såkalte pyroklastiske strømmene . Over tid smelter den kollapsede bakken etter tur, og blir til magma og forårsaker dermed flere utbrudd. Etter det tar det lang tid før det er nok magma til å starte en ny supervulkansyklus.
Effektene som oppstår etter et supervulkanutbrudd er ødeleggende for klimaet og livet på jorden. En av de mest alvorlige konsekvensene er Bishop-tuffene , det vil si et vulkansk lag som er noen hundre meter tykt. Asken som slippes ut i atmosfæren kan imidlertid få enda mer drastiske konsekvenser. Av de forskjellige gassene som utgjør vulkanutbrudd, er svoveldioksid den som forårsaker den mest intense effekten på miljøet: den reagerer med oksygen og vann for å produsere små dråper svovelsyre .
Dette er noen av områdene der en VEI-8 vulkansk hendelse kan oppstå i nær fremtid:
Ingen VEI-8-utbrudd har blitt oppdaget i nyere historiske og forhistoriske (neolittiske) perioder. Imidlertid skjedde det siste utbruddet av en supervulkan i Europa for rundt 39 000 år siden i Piana Campana (calderaen til Campi Flegrei) det genererte den såkalte Campana ignimbriten, som dekker en stor del av Campania-regionen og når, i Acerra område, tykkelser på opptil 50 meter . Det har blitt antatt at en av konsekvensene av dette utbruddet, hvis rusk finnes i nesten hele Europa opp til Ukraina, var at neandertalerne nesten forsvant, hvis antall ble drastisk redusert og hvis habitat var begrenset til Vest-Europa alene. Et relativt "nylig" utbrudd av denne typen skjedde nær Lake Toba på Sumatra for rundt 74 000 år siden, og kastet hele planeten Jorden inn i en vulkansk vinter som varte i flere år.
Basaltisk fluks betyr utslipp av magma med grunnleggende kjemi (fattig på silisium ), veldig flytende. Utbruddene preget av basaltiske magmaer er hovedsakelig av den effusive typen (men ikke alltid) og kan også helle ut svært store mengder materiale til overflaten. Klassiske eksempler er Hawaii-vulkanene , enorme strukturer som dukket opp fra havbunnen etter akkumulering av basaltisk lava. Til tross for den enorme mengden materiale de kan generere, har disse strømmene en tendens til å bli sett på som ikke farlige, siden deres relative langsomhet ville tillate alle populasjoner stasjonert i området å rømme.
Det er mistanke om at forhistoriske basaltstrømmer kan ha vært årsakene til eller medvirkende årsaker til de store masseutryddelsene , inkludert den ødeleggende av perm , som slukket de fleste levende arter, så vel som til den mer kjente, men mindre utryddelsen av Krittperioden hvor de ble utryddet dinosaurene .
De to viktigste og nyere moderne basaltstrømmene skjedde i Eldgjá og Lakagigar , begge på Island . Ingen av disse hendelsene hadde en slik innvirkning at de ble ansett som supervulkaniske .
Dokumentaren med tittelen Supervolcano , i to deler, ble sendt på den første TV-kanalen fra BBC 13. mars 2005 og 14. mars 2005 . Den eruptive hendelsen som kan finne sted i Yellowstone Park , et område der en supervulkan er til stede, har blitt vurdert. Arrangementet ble presentert ved hjelp av en datasimulering, der utbruddet praktisk talt ville ha dekket hele USA med et lag av vulkansk aske på minst 1 cm som forårsaket total ødeleggelse av alt i nærheten og drepte planter og dyr i hele det amerikanske kontinentet.