Praktische opdracht ANW Vulkanen (Hawaii)

Transcriptie

1 Praktische opdracht ANW Vulkanen (Hawaii) Praktische-opdracht door een scholier 3398 woorden 28 mei ,9 207 keer beoordeeld Vak ANW Inleiding We hebben de volgende onderzoeksvraag gekozen: Hoe is Hawaï ontstaan? Het idee voor deze onderzoeksvraag komt uit de aardrijkskundeles, waar meneer Dorsman even vermeldde dat Hawaï een vulkanisch eiland is dat niet altijd bestaan heeft. Wij wilden hier graag meer over weten en hebben toen deze onderzoeksvraag bedacht. Onze hypothese is: Hawaï is door een vulkaanuitbarsting ontstaan. Wij denken dit omdat er op Hawaï veel vulkanen zijn en omdat er regelmatig uitbarstingen zijn op Hawaï. Ook is Hawaï rijk aan veel verschillende plant- en diersoorten, hieruit blijkt dat de grond erg vruchtbaar moet zijn. En laat het nou net zo zijn dat vulkanische grond heel vruchtbaar is. De deelvragen die we bij deze onderzoeksvraag opgesteld hebben, zijn: 1. Welke soorten vulkanen (en uitbarstingen) zijn er en hoe zijn ze opgebouwd? 2. Hoe ontstaan vulkanen? 3. Waar ontstaan vulkanen? 4. Waarom vestigt men zich bij vulkanen? 5. Hoe ontstaan eilanden in de zee? (Hoe ontstaat een vulkaaneiland?) Wij hebben voor de eerste drie deelvragen gekozen omdat we eerst precies willen weten wat vulkanen nou zijn en hoe en waar ze ontstaan. De vierde deelvraag lijkt overbodig omdat wij al weten dat vulkanische grond vruchtbaar is en dat mensen zich waarschijnlijk daarom rond een vulkaan vestigen. Wij willen echter weten waarom vulkanische grond vruchtbaar is en welk risico men precies loopt als men aan de voet van een vulkaan woont. De vijfde deelvraag hebben we gekozen om te kijken hoeveel vulkanische activiteit er nou is op en rond Hawaï. Zo kunnen we ook zien of Hawaï echt ontstaan is door één of meerdere vulkaanuitbarsting(en) of dat het gewoon toeval is dat er vulkanen zijn op Hawaï en dat dat niets te maken heeft met de ontstaansgeschiedenis van het eiland. Welke soorten vulkanen en uitbarstingen zijn er en hoe zijn ze opgebouwd? Een vulkaan wordt gevormd door uittredende vulkanische massa's van lava en gesteenten. Zij stijgen op door een toevoerkanaal, diatrema of eruptiepijp genoemd. Dit verwijdt zich in het bovengedeelte nabij het aardoppervlak tot een trechterachtige opening, de krater. Het door vulkanisme geleverde materiaal bestaat uit gassen, vloeibare lava, vaste vulkanische steenbrokken en fijnere korrels, die al naar hun grootte worden aangeduid als vulkanische bommen, lapilli en as; deze vaste bestanddelen vormen na hun Pagina 1 van 7

2 (eruptieve) afzetting de vulkanische afzettingen, tuf en ignimbrieten ( welded tuf ); de typisch gevormde eruptiewolk blaast de losse, vaste en asdeeltjes vaak tot zeer grote hoogte. Meestal ontstaat zo door de opeenhoping van gestold lavamateriaal een typisch gevormde vulkaanberg. De vulkanische bergen verdwijnen na verloop van tijd daar ze ten prooi vallen aan de erosie, maar de magmahaarden en de toevoerkanalen kunnen lang bewaard blijven en getuigen aldus van de aanwezigheid van vulkanisme in vroeger tijden, tot diep in het Precambrium. Er zijn verschillende soorten vulkanen te benoemen; Vulkanen worden in groepen ingedeeld door de vorm van de vulkaan, de materialen waar ze uit opgebouwd zijn en de manier waarop de vulkaan tot uitbarsting komt. Strato-vulkaan Strato-vulkanen worden gevormd door elkaar afwisselende lagen lava, sintels en as. Strato-vulkanen hebben vaak indrukwekkend hoge bergtoppen met eeuwige sneeuw die vaak hoger zijn dan 2500 meter. Ze nemen vaak een oppervlak van rond de 1000 km2 in en hebben een volume van ongeveer 400 km3. Tussen twee erupties door houden ze zich vaak zo lang rustig dat het lijkt of ze uitgedoofd zijn. Om getuige te kunnen zijn van het begin van een grote eruptie moet je veel geluk hebben of de berg langere tijd zeer nauwkeurig observeren. Dit soort vulkanen komt meestal explosief tot uitbarsting. Dit komt door de kleverige en taaie magma. Wanneer kleverig magma opstijgt naar het aardoppervlak verstopt het meestal de kraterpijp. Het gas in de kraterpijp komt onder steeds groter wordende druk en als die druk te hoog wordt krijg je dan uiteindelijk een zeer explosieve eruptie. Schildvulkaan Schildvulkanen zijn heel uitgestrekt. Ze zijn opgebouwd uit vele lagen gestolde lavastromen met een hoog basalt gehalte. Het basalt maakt de lava zo vloeibaar dat het onmogelijk steile kegels kan vormen. De lava vloeit uit de centrale opening of uit een groep openingen. Zo wordt een brede zacht glooiende kegel gevormd. Schildvulkanen komen voor bij de zogenaamde hot spots, die ver verwijderd liggen van de randen van de schollen. De rustige uitbarstingen van schildvulkanen bestaan vooral uit lava uitvloeiingen en fonteinen waardoor rond de vulkaanopening sintelkegels en spatkegels kunnen ontstaan. Spleetvulkaan Als het magma door een spleet naar buiten stroomt verspreidt de lava zich langs de spleet. Er ontstaat dan een spleetvulkaan. Calderavulkaan Wanneer een vulkaanuitbarsting zo sterk is dat zelfs een groot stuk vulkaan wordt meegenomen door de explosie, ontstaat er een reusachtige krater, een caldera. Sintelkegels Sintelkegels vind je veelvuldig over de hele wereld in het vulkanisch landschap. Ze zijn niet beroemd of berucht doordat hun uitbarstingen weinig schade of andere ellende veroorzaken. Meestal ontwikkelen de kegels zich in groepjes, ze komen vaak voor op de hellingen van strato-vulkanen en schildvulkanen. Sintelkegels zijn opgebouwd uit lava fragmenten die afkomstig zijn uit de vulkaanopening of de uitlaat en Pagina 2 van 7

3 hopen zich er omheen op na uitstoting. Over het algemeen bestaan de lavafragmenten uit sintels. Sintelkegels groeien snel en bereiken vlug hun maximale formaat. Over het algemeen worden ze niet hoger dan 250 meter en hun diameter is meestal +/- 500 meter. Spatkegels Als hete lava bij een eruptie net genoeg explosief gas bevat om een lava stroom te vormen, maar als dat gas niet toereikend is om de lava in fragmenten te verpulveren, dan zie je de lava door het uitstromende gas gevormd wordt tot hete vloeibare kloddertjes, spatten. Ze kunnen een doorsnede van 1 cm hebben maar ook van 50 cm. Als de spatten na uitstoting terugvallen klonteren de klodders samen en stollen. Ze vormen dan vrij steile hellingachtige hoopjes die we spatkegels noemen. De vulkanen barsten zeer verschillend uit, dit hangt af van de samenstelling van het magma; 1. Weinig water, weinig silicium: makkelijk vloeibare lava. 2. Veel water, weinig silicium(niet taai): lavafonteinen. 3. Weinig water, veel silicium: taaie lava die makkelijk een prop zal vormen in de kraterpijp en voor hoge kegels kan zorgen. 4. Veel water, veel silicium (erg taaie lava), grote kans op explosie. Zo krijgen wij onder andere de; Hawaiiaanse uitbarstingen Het kenmerk van Hawaiiaanse uitbarstingen is de uitstroom van vloeibare lava. De uitbarsting begint meestal met een lavafontein, soms worden kegels van uitgestoten lavadeeltjes gevormd. Zeer hete lava met een geringe hoeveelheid silicium vloeit als een snelstromende rivier uit de krater. Dit soort uitbarstingen veroorzaken uitgestrekte zacht glooiende vulkaanhellingen: de schildvulkaan. De Hawaiiaanse schildvulkanen zijn het gevolg van de Hawaiiaanse hot spot. Stromboli-uitbarstingen Als magma taai is kan het gas wat het magma bevat af en toe ontsnappen terwijl de magma naar boven stijgt. Zo ontstaan vaak blokken en bommen die op de omgeving vallen. Bij dit soort uitbarstingen ontstaan ook vaak lava stromen en sintelkegels. De Stromboli is een vulkaaneiland dat deel uitmaakt van de Aeolische eilanden ten noorden van Sicilië in Italië. Vulkanische uitbarstingen Vulkanische uitbarstingen komen vaak plotseling voor bij vulkanen na een periode van rust. De uitbarstingen beginnen met hevige explosies, gevolgd door uitstoot van magma met harde knallen. Vaak is er ook een grote uitstoot van as, sintels, en puimsteen. Deze uitstoot kan vrij kleine kegels, zoals sintelkegels, veroorzaken van 350 tot 600m. hoogte. Vulkanische uitbarstingen kunnen met grote tussenpozen enige duizenden jaren duren. Pelée uitbarstingen De Peleé uitbarsting zie je het vaakst bij strato-vulkanen wanneer magma met een hoog siliciumgehalte naar het aardoppervlak stijgt. Het speciale van deze uitbarstingen is de combinatie van het ontstaan van Pagina 3 van 7

4 een soort koepel over de krater met de nuées ardentes en zijwaartse blasts. Nuées ardentes zijn gloedwolken die als een alles verwoestende vurige lawines de vulkaanhelling afrazen. En een blast is een ontploffing die kan ontstaan als magma a-symmetrisch in de kraterpijp opstijgt. Uitbarstingen van het Pelee-type hebben vaak tussenpozen van tientallen jaren. Een paar weken voor de eigenlijke uitbarsting wordt er as uitgestoten als een soort waarschuwing voor wat er gebeuren gaat. Koepelvormige afzettingen boven de krater blijven vaak als een kurk over de opening heen zitten tot de volgende eruptie ze wegblaast Pliniaanse uitbarstingen Deze uitbarstingen zijn vernoemd naar Plinius de Oudere en Plinius de Jongere die ons verslag deden van de bekende uitbarsting van de Vesuvius in 79 na Christus. Pliniaanse uitbarstingen zijn waarschijnlijk de meest explosieve en krachtigste van allemaal. Na een lange periode van rust kunnen ze plotseling en onverwacht ontstaan, als uiterst taaie magma met een heleboel gas ontploft in de vulkaan zelf waarbij de kraterpijp functioneert als de loop van een geweer. Een geweldige uitstoot van gassen schiet naar boven met zeer hoge snelheid waarbij ook een enorme aswolk in de vorm van een parasol ontstaat. Tijdens deze fase komen asregens en nuées ardentes voor en tegen het einde van de eruptie kunnen ook nog lavastromen ontstaan. Dit soort uitbarstingen kan vulkanisch materiaal heel hoog de atmosfeer inblazen wat zelfs wereldwijd kan leiden tot klimaatveranderingen. Door de kracht van de uitbarsting kan aan het eind van de uitbarsting de hele bovenkant van de krater instorten. Onderzeese uitbarstingen De meeste uitbarstingen vinden onzichtbaar plaats op de bodem van de oceaan. Onderzeese uitbarstingen ontstaan meestal uit uitlaten die ontstaan zijn langs kloven en spleten van de Mid- Oceanische Ruggen. Omdat de vulkaan zo diep ligt merk je aan land niets van zo'n uitbarsting. Door de druk van het water blijven gassen en stoom opgelost in het magma, terwijl de lava, kussenlava, in blokken de hellingen van de vulkaan afrolt.. Als de vulkanische activiteit onder water maar lang genoeg doorgaat kan er een vulkanisch eiland ontstaan. Vulkanische eilanden zoals Stromboli, Hawaï, en Vulcano zijn begonnen als 'bergen' onder water. Dit soort eilanden komt veel voor in het zuiden van de Stille Zuidzee. Merapi uitbarstingen Bij dit type vulkaan komen ook explosies voor, maar uit de vulkaan komen alleen gaswolken. As en lava komen hier bijna niet voor. De lava is zeer dik zoals lijm uit een tube. Dit type is te vinden in Indonesië, waar ook de Merapi ligt. St-Vincent uitbarstingen Is bijna hetzelfde als het Merapi type, alleen een iets hogere wolk. Waar en hoe ontstaan vulkanen? De oceanische bodem bestaat uit platen. Er zijn tien verschillende platen. De aardkorst van de oceaanbodem bestaat uit oceanische korst met voornamelijk basalt. De aardkorst van de continenten Pagina 4 van 7

5 bestaat uit graniet. De aardkorst die bestaat uit graniet is lichter dan de aardkort die bestaat uit basalt. Basalt en Graniet zijn overigens beiden wel stollinggesteenten. Dat betekent dat ze afkomstig zijn uit een vulkaan. De platen zijn continu in beweging. De stroming van gesteente wordt een convectiestroming genoemd. En de beweging van de aardkorstdelen door de convectiestromingen heet platentektoniek. De energie die hier voor nodig is, komt vrij bij de afbraak van radioactief materiaal in de aardkern. Omdat de platen continu in beweging zijn, schuiven ze langs elkaar en omdat de ene stof lichter is dan de andere, schuiven ze ook onder elkaar. Als de oceanische korst duikt onder de continentale korst komen er sedimenten en water terecht in de aardmantel. De kracht die de waterdamp en het lichte materiaal uitoefenen zorgt voor gebergtevorming. Vaak ontstaan er op zulke plekken vulkanen. De meeste vulkanen zijn dan dus ook te vinden op de grens tussen twee platen. Zoals bij de westkust van Amerika. Ook de vulkanen die zich bevinden bij Australië en Azië zijn ontstaan door het verschuiven van twee platen. Behalve bij de randen van platen ontstaan er ook vulkanen boven hotspots. Hotspot zijn vulkanische verschijnsels aan het oordoppervlak die zijn ontstaan door een geïsoleerde stijgende magmastroom. Dei magma stroom wordt ook wel de mantelpluim genoemd. Hotspot liggen niet op de randen van een plaat maar op de zeebodem en op het continent. Wanneer de oceaanbodem over een mantelpluim schuift, komt het vloeibare basalt naar boven dat zich dan dus verspreid over een bepaalde oppervlakte. Zo ontstaan er vulkanische eilanden en een uitgestrekte basalt vlakte op de oceaanbodem. Een mantelpluim kan 100 miljoen jaar actief zijn. Dat betekent dus dat er een lint van eilanden ontstaat op de oceaanbodem. Als deze zich niet bevind bij de rand van een plaat, betekend dat dus dat er een hotspot is. Een hotspot onder het continent zorgt voor het omhoogkomen van het gebied. Zo n omhooggekomen gebied heet een dome. Als een gebied omhoogkomt, breekt de aardkorst en ontstaat er explosief vulkanisme. Dit komt omdat er continentaal materiaal wordt meegenomen in het magma. Door dat materiaal wordt het magma dikker en loopt de druk dus op, hoe hoger de druk, hoe zwaarder de uitbarsting. Waarom vestigt men zich bij vulkanen? Iedereen weet dat vulkanen heel gevaarlijk zijn en vele mensenlevens kunnen kosten. Toch zijn vulkanische gebieden vaak dichtbevolkt. Waarom gaan mensen in godsnaam in het gevaarlijke gebied rond een vulkaan wonen? Eerst is het belangrijk om te weten hoe groot het gevaar nou in werkelijkheid is. Volgens redelijk betrouwbare berekeningen zijn er de afgelopen 260 jaar ongeveer mensen om het leven gekomen als gevolg van vulkanische uitbarstingen, dat wil zeggen een gemiddelde van 800 slachtoffers per jaar. Dit cijfer is bijzonder laag wanneer men het vergelijkt met de aantallen doden die verkeersongelukken, oorlogen, revoluties en hongersnood jaarlijks eisen. Het gevaar is dus eigenlijk lang niet zo groot als het wordt voorgesteld. Het lijkt alleen zo gevaarlijk, doordat er relatief veel mensen omkomen per uitbarsting, maar er vinden helemaal niet zo veel uitbarstingen plaats dus uiteindelijk valt het best mee met het gevaar dat vulkanen opleveren. Het gevaar is dus niet zo groot, maar dat is geen reden om speciaal in een vulkanisch gebied te willen wonen. De voornaamste reden om in de buurt van een vulkaan te wonen, is voor de meeste mensen de vruchtbare grond die er is. Die grond is zo vruchtbaar doordat de lava en de vulkanische as die vrijkomen bij een eruptie, stoffen bevatten die de grond extra vruchtbaar maken. Die stoffen, zijn meststoffen zoals Pagina 5 van 7

6 bijvoorbeeld fosfor en kalium. Omdat vruchtbare grond erg gunstig is voor de landbouw, gaan, vooral arme, mensen graag op vulkanische grond wonen. Zij vinden dat het gevaar van een mogelijke eruptie niet opweegt tegen het voordeel dat zij halen uit de landbouw in dat gebied. En eigenlijk hebben ze groot gelijk, want een vulkaan barst niet zo vaak uit en de kans dat hij uitbarst terwijl zij er wonen is niet zo groot. Behalve voor landbouw zijn vulkanische gebieden zeer geschikt voor het delven van allerlei delfstoffen. Zo werd er vroeger veel vulkanische zwavel en vulkanische aluin gewonnen, dat wordt nu niet meer gedaan. Metalen van vulkanische oorsprong zijn tegenwoordig veel belangrijker, en worden dus meer gedolven. Zo komen uit orogeen vulkanisme afzettingen van kwik, zilver, goud, uranium en lood voor. Kratonen (weinig geplooide gebieden) leveren ijzer, koper, nikkel en mangaan op. Om dit te winnen zijn er natuurlijk werknemers nodig en zo levert dit dus weer banen op en komen er mensen in de buurt wonen. Er is nog een groot voordeel dat vulkanen met zich meebrengen, ze kunnen misschien voor een oplossing zorgen in het energieprobleem. Een nieuwe vorm van energie waarin momenteel veel onderzoek wordt gedaan is geothermische energie. De exploitatie van geothermische energie draait nu op volle toeren, zeer gestimuleerd door de steeds sneller stijgende oliekosten. Zestien centrales zijn reeds werkzaam, twaalf zijn er in aanbouw. In de meeste gevallen liggen ze in gebieden die een speciale geologische vorm hebben, daar waar grote magmatische massa's miljoenen jaren geleden in de aardkorst zijn doorgedrongen die hun hitte nog steeds niet kwijt zijn. Boven op deze massa's liggen poreuze rotsformaties die verscheidene kilometers dik zijn en door scheuren in dit gesteente loopt water. Hier weer boven ligt, een ondoordringbare steenlaag. Zo ontstaan er onder hoge druk ondergrondse meren waarvan het water tot 200 ca 300 c oververhit is. Als er in de holten waarin dit zeer hete water zich bevindt, gaten geboord worden, ontsnapt het water met grote snelheid, in de vorm van stoom. Vanwege de hoge druk waaronder het water gestaan heeft, is de snelheid waarmee de stoom ontsnapt zo'n 1000 kilometer per uur. Deze stoom wordt gebruikt om turbogeneratoren aan te drijven. Hiermee kan veel energie opgewekt worden. Volgens berekeningen van de Amerikaanse Commissie voor Atoomenergie produceert één kubieke kilometer rots met een temperatuur van 350 C, bij afkoeling tot 177 C, een hoeveelheid thermische energie die gelijk is aan die van negen miljoen ton olie. Een zone die duizenden kubieke kilometers van dit gesteente herbergt, vertegenwoordigt dus een onvoorstelbaar grote energiebron die geëxploiteerd zou kunnen worden door spleten in de rots te maken, water te injecteren op de gewenste diepte en de daaruit ontstane stoom op te vangen. Dit zou in ieder geval voor een grote vooruitgang in de oplossing van het energieprobleem zorgen en misschien zelfs wel voor een oplossing. En natuurlijk komen er ook hierdoor weer banen bij, en dat is weer gunstig voor de economie. Dan is er nog een reden om in een vulkanisch gebied te gaan wonen, dat is toerisme. Op vulkanen komen altijd veel toeristen af, en die trekken weer mensen aan van de plaatselijke bevolking. Die mensen zetten dan allerlei bedrijfjes op, van een centrum voor rondleidingen tot een bar voor de toeristen, dat doen ze in de buurt van de vulkaan en daar moeten ze dus ook wonen. Een laatste reden is nog dat er mensen wonen voor een paar maanden om de vulkaan te observeren. Zij doen dat omdat ze onderzoek moeten doen of omdat zij het gewoon leuk vinden. Hieronder zie je een geothermische elektriciteitscentrale. Hoe ontstaan eilanden in de zee? (Hoe ontstaat een vulkaaneiland?) De meeste eilanden ontstaan doordat sedimenten van de oceaanbodem tegen elkaar in bewegen. De ene Pagina 6 van 7

7 plaat beweegt over de andere heen. Zo komt de ene plaat boven de andere te liggen en ontstaat er een gebergte/vulkaan. Maar het kan ook voorkomen dat een eiland ontstaat doordat een onderzeese vulkaan uitbarst. Het magma van de onderzeese vulkaan vormt dan een berg op de oceaanbodem. Als de vulkaan dan opnieuw uitbarst komt over de oude, een nieuwe laag. Zo wordt de berg steeds hoger. En komt deze uiteindelijk boen het zeeniveau. Als dat gebeurt, is er een nieuw eiland geboren, zoals bijvoorbeeld Hawaï. Het kan zo zijn dat de vulkaan als deze eenmaal boven de oceaan uitkomt, inactief wordt. Het eiland wordt dan niet groter. Maar uiteindelijk zal er een uitbarsting komen en zal het eiland dus verder groeien. Dit is verschrikkelijk gevaarlijk voor de bevolking. Het zal dan ook de reden zijn dat van de oorspronkelijke bevolking van Hawaï, de Polynesiërs, nog geen 2% over is. Tegenwoordig wonen er voornamelijk Japanners, Kaukasiërs, Filippino s en Chinezen. Het eiland is overigens grondgebied van de Verengde Staten. Op de vruchtbare vulkanische as groeien in de zee vele verschillende soorten koralen. En op het land worden suikerriet, ananas, tropische vruchten en orchideeën verbouwd. Het koraal en de lava zelf worden gebruikt voor constructie doeleinden. Hieronder is te zien hoe lava de zee in stroomt en het eiland groter maakt. (Bij de rookpluim gaat de lava de zee in) Conclusie Ons antwoord op de onderzoeksvraag, Hoe is Hawaï ontstaan?, luidt: Hawaï is ontstaan, door een hotspot die eronder ligt en eens in de zoveel tijd uitbarst. Door de vele erupties, ontstaat er een ophoping van lava, en komt de vulkaan boven de zeespiegel uit. Er ontstaat dus een eiland. We weten dat Hawaï op een hotspot ligt doordat Hawaï niet in de buurt van plaatranden of in de buurt van ander land ligt. Ook bestaat er al een heel lint van eilanden in de Grote Oceaan. Hawaï is het jongste eiland in deze rij, en er zullen er waarschijnlijk nog meer bij komen. De pacifische plaat beweegt namelijk langzaam over de hotspot heen en dus zullen er steeds nieuwe vulkanen ontstaan. Of die vulkanen ook steeds zorgen voor een nieuw eiland is niet zeker, als de hotspot namelijk al verder schuift voordat de lava boven de zeespiegel uitgekomen is, dan ligt er alleen een onderzeese vulkaan en geen nieuw eiland. Hieronder kun je zien hoe Hawaï en de andere eilanden in de rij ontstaan zijn. Onze hypothese was dus juist en verder onderzoek is niet nodig. Voor een eventueel ander onderzoek op het gebied van vulkanen zouden we eventueel nog de vulkanen in Europa kunnen onderzoeken. De Auvergne in Frankrijk is een vulkanisch gebied en iedereen kent de Etna wel, een nog actieve vulkaan in Italië. Ook zouden we bijvoorbeeld nog kunnen kijken naar vroegere uitbarstingen. Zo zijn er nog vele andere onderzoeken te bedenken die met vulkanen te maken hebben. Pagina 7 van 7