De gevaren van een uitbarsting van de Vesuvius

Transcriptie

1 De gevaren van een uitbarsting van de Vesuvius Bron: (Mount Vesuvius) Naam: Jochem Veerman Klas: 5H1 Inleverdatum: 3 maart 2015 Vak: Aardrijkskunde Begeleidster: Mevrouw Schuitemaker 1

2 Inhoud Inhoud... 2 Voorwoord... 3 Inleiding De fysische kenmerken van de Vesuvius De ligging Type vulkaan Ontstaan van de Vesuvius Soorten erupties Vroegere uitbarstingen De huidige krater De gevaren voor Napels en omgeving De kracht van de Vesuvius Vroegere lavastromen Vroegere pyroclastische gloedwolken Vroegere afzettingen van asregens Mogelijke toekomstige uitbarsting Voorspellen van een uitbarsting Mogelijke uitbarstingen in Erupt Onderzoek: University Roma and Civil Protection De gevaren Verandering van soorten magma en de gevolgen daarvan op het soort eruptie Soorten magma Het veranderen van de chemische samenstelling van magma Verschillende soorten erupties door magmatische differentiatie Gevolgen van de chemische samenstelling voor een uitbarsting van de Vesuvius Conclusie Bibliografie Logboek

3 Voorwoord Het kiezen van het onderwerp van mijn profielwerkstuk was best lastig. Ik kwam als eerste op het onderwerp gletsjers, mede door een vakantie naar Noorwegen. Tijdens deze vakantie ben ik veel over gletsjers te weten gekomen. Een ander onderwerp dat mij aansprak was vulkanisme. Ik ben al lange tijd geïnteresseerd in vulkanische activiteiten. Na informatie te hebben opgezocht sprak vulkanisme me uiteindelijk meer aan dan gletsjers en heb ik daarvoor gekozen. Ik ben op zoek gegaan naar actieve vulkanen binnen en buiten Europa. Bij deze zoektocht kwam ik uit op De Vesuvius (Italië), De Arenal (Costa Rica) en de Krakatau (Indonesië). Voor het schrijven van mijn profielwerkstuk heb ik ontzettend veel moeite gehad met het vinden van betrouwbare bronnen. De meeste informatie die ik kon vinden, waren (Engelstalige) onderzoeksverslagen waarvoor je moet betalen. Gelukkig ben ik in contact gekomen met Maddalena De Lucia. Zij werkt bij het Observatório do Vesúvio, het observatorium dat de Vesuvius in de gaten houdt. Zij heeft mij een onderzoeksverslag g d met daarin bruikbare informatie. Daarbij kreeg ik nog links van haar naar andere verslagen. Ik wil haar bedanken voor al deze verslagen. Verder wil ik Rina van Schie bedanken. Zij heeft mijn profielwerkstuk op spellingsfouten en leesbaarheid gecontroleerd. Bij dit profielwerkstuk vond ik het interessant om informatie, die ik tijdens de les heb geleerd, zo te gebruiken om daarmee een verslag te kunnen schijven. Ik heb ook geleerd hoe je meerdere soorten bronnen samen kan voegen en daaruit iets te kunnen concluderen. Verder heb ik mezelf nog meer kunnen verdiepen in vulkanisme in het algemeen. Het moeilijkste van het maken van mijn profielwerkstuk was het zoeken van bronnen en informatie. Zoals eerder al was vermeld, waren heel veel (betrouwbare) bronnen betaald. Ook heb ik een programma gebruikt om een uitbarsting te simuleren. Mede door het maken van dit profielwerkstuk ben ik zekerder geworden van mijn studiekeuze. Ik begon de informatie die ik heb opgezocht steeds interessanter te vinden, vooral de informatie uit hoofdstuk 5. Ondanks dat het maken van dit profielwerkstuk een verplichting is, voelde het niet meer zo. 3

4 Inleiding Mijn profielwerkstuk gaat over de mogelijke gevolgen van een uitbarsting van de Vesuvius. Van de drie actieve vulkanen, genoemd in mijn voorwoord, heb ik uiteindelijk voor de Vesuvius gekozen, vanwege de omgeving rondom. In de directe omgeving wonen bijna drie miljoen mensen, die allemaal gevaar kunnen lopen bij een uitbarsting. Wat de Vesuvius ook een interessant onderwerp maakt is dat er ongeveer iedere 2000 jaar een zeer grote uitbarsting plaats vindt. De laatste grote uitbarsting was bijna 1950 jaar geleden. De dreiging van de Vesuvius is hierom ook heel reëel. Dit profielwerkstuk dient als risicoanalyse van het mogelijke gevaar dat de Vesuvius heeft op haar omgeving. Mijn onderzoeksvraag luidt: Wat zijn de gevaren voor de mensen in de directe omgeving van de Vesuvius als deze uitbarst? Ik heb deze onderzoeksvraag onderverdeeld in vijf deelvragen: Wat zijn de fysische kenmerken van de Vesuvius? Hoe zijn de afzettingen van vroegere uitbarstingen verspreid? Hoe kan een toekomstige uitbarsting eruit zien? Wat is het gevaar van een toekomstige uitbarsting? Wat is de invloed van de chemische samenstelling van het magma op het gevaar? Ik heb in het eerste hoofdstuk vooral gekeken naar de feiten over de Vesuvius. Bijvoorbeeld de ligging, magmakamers en vroegere uitbarstingen. In mijn tweede hoofdstuk heb ik gekeken naar een onderzoek over de Vesuvius. Dit is een verslag over enkele vroegere uitbarstingen en hoe de afzettingen zich toen hadden verspreid. Dit onderzoek is gemaakt door het Observatório do Vesúvio. In mijn derde hoofdstuk heb ik een eigen onderzoek gedaan in het simulatieprogramma Erupt3.0. In dit programma is het mogelijk uitbarstingen te simuleren. Ook heb ik in dit hoofdstuk naar een onderzoek van de University of Roma samen met de The Department of Civil Protection gekeken. Zij hebben ook een voorspelling gedaan voor een toekomstige uitbarsting. In mijn vierde hoofdstuk neem ik mijn tweede en derde hoofdstuk samen en ga ik kijken naar het gevaar dat de Vesuvius betekent voor haar omgeving. In het laatste hoofdstuk heb ik de theorie beschreven over de veranderende samenstelling van het magma. Daarbij heb ik opgenomen wat het soort magma doet voor het gevaar voor de omgeving. 4

5 1 De fysische kenmerken van de Vesuvius 1.1 De ligging De Vesuvius ligt in het zuidelijke deel van Italië in de Campania regio (afbeelding 1). In deze regio zijn ook andere vulkanische gebieden te vinden zoals de Campi Flegrei en de Ischia. De Vesuvius ligt ongeveer 14 kilometer van het centrum van Napels af en vier kilometer van het dichtstbijzijnde dorp (afbeelding 2). (GoogleEarth) Afbeelding 1: Campania Regio: Vesuvio = De Vesuvius vulkaan Napoli = Napels Bron: (Kaarten van italië) Afbeelding 2: Omgeving Vesuvius Bron: (Stedentipsvoortrips, 2014) De absolute ligging van de Vesuvius is: 40 49'17,50" graden noorderbreedte en 14 25'43.81" graden oosterlengte. De Vesuvius heeft een hoogte van ongeveer 1250 meter. De Vesuvius is onderdeel van de subductiezone van de Afrikaanse en de Euraziatische plaat. Bij deze zone horen andere actieve vulkanen, zoals de Stromboli en de Etna (afbeelding 3). (GoogleEarth) Afbeelding 3: Subductiezone van de Vesuvius en de andere actieve vulkanen van Italië Bron: (Ball, Stromboli-Italy, 2005) 5

6 1.2 Type vulkaan De Vesuvius is een somma-stratovulkaan: Een sommavulkaan is een vulkaan die bestaat uit een caldera (oude vulkaan) en een nieuwe vulkaan, die is ontstaan in die caldera. Bij een caldera is de magmakamer tijdens een zeer heftige eruptie ingestort. Wanneer na het instorten van de magmakamer toch weer druk wordt opgebouwd door nieuw aangevoerd magma, is er kans dat een nieuwe vulkaan ontstaat. Een stratovulkaan bestaat uit lagen vulkanisch materiaal en heeft een kleine doorsnede en steile hellingen. Dit type vulkanen heeft de vorm van een afgeknotte kegel. Ook heeft het zeer explosieve erupties. Hierdoor is de Vesuvius ook een stratovulkaan, ook wel samengestelde vulkaan genoemd. Over het ontstaan van de Vesuvius meer in paragraaf 1.3. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) (Bunder, 2006) De caldera waaruit de Vesuvius is ontstaan heet Somma. De krater van de caldera Somma is een ellips met een diameter, van oost naar west, van ongeveer vijf kilometer. Hij heeft deze vorm gekregen door meerdere instortingen van de krater na meerdere zeer heftige erupties. Aan de noordzijde van de Vesuvius is nog een deel van de rand van caldera Somma te zien (afbeelding 4). Deze is circa 300 meter hoog. Bij de caldera Somma met de vulkaan Vesuvius werd dit als eerste beschreven, daarom is deze categorie vulkanen naar de caldera Somma vernoemd. Aan de voet van deze rand is een lichtbruine afzetting te zien. Deze afzetting komt van lavastromen die langs die rand naar beneden stroomden. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeelding 4: Op deze afbeelding is de Vesuvius te zien. Aan de linkerkant van de vulkaan staat een restant van de rand van caldera Somma. Bron: (GoogleEarth) 1.3 Ontstaan van de Vesuvius Een stratovulkaan zoals de Vesuvius, ontstaat door het naar elkaar toe bewegen van twee platen op aarde; dit wordt convergentie genoemd. In de jaren 80 werd gedacht dat de platen bewegen door de stroming van magma in de aarde. De platen ''drijven'' mee op die stroming, dit wordt ook wel ''continental drift'' genoemd. Later bleek echter dat de platen niet op het magma meedrijven, maar dat ze door het magma uit elkaar worden getrokken. Als magma door de korst is gekomen stolt deze snel, zet een klein beetje uit en wordt steen. Door het steeds opnieuw aanvoeren van magma op dezelfde plek, worden door het vormen van nieuw 6

7 gesteente, beide platen steeds meer uit elkaar geduwd. De magmastroming ontstaat doordat magma dichtbij de aardkern wordt opgewarmd en gaat stijgen. Als het magma bij de korst is, is deze kouder dan bij de kern. Doordat het magma kouder is, heeft deze en hogere dichtheid en stroomt het aan twee kanten naar beneden. Dichterbij de kern wordt het magma weer opgewarmd en stijgt op. Hierdoor bewegen de platen van elkaar vandaan; dit wordt divergentie genoemd. Als op twee plekken de platen uit elkaar worden gedreven, dan vindt er tussen deze twee plekken convergentie plaats en dan botsen de platen met elkaar. Als een van deze platen een oceanische plaat is en de andere een continentale plaat, dan duikt de oceanische plaat onder de continentale plaat. Dit komt omdat de oceanische plaat zwaarder is dan de continentale plaat. De oceanische plaat is gemaakt van basalt; dit heeft een hogere soortelijke massa dan graniet waar de continentale plaat uit bestaat. De diktes van de platen verschillen: de continentale plaat is gemiddeld 30 kilometer dik en de oceanische plaat is gemiddeld 5 kilometer dik. Ondanks dit verschil in dikte is de massa van de oceanische plaat hoger dan die van de continentale plaat. Hierdoor ligt de oceanische plaat dieper dan de continentale plaat, daardoor duikt de oceanische plaat makkelijker onder. Het onderduiken van een plaat onder een andere plaat heet subductie, zie afbeelding 5. (Bunder, 2006) Afbeelding 5: De subductie van de Afrikaanse en de Euraziatische plaat. Bron: (Ball, Mount Vesuvius - Italy, 2005) In het geval van de Vesuvius is er botsing tussen de Euraziatische plaat en de Afrikaanse plaat. De Afrikaanse plaat duikt onder de Euraziatische plaat omlaag. De plaat begint te smelten tot magma doordat deze dichterbij de hete aardkern komt. Ook smelt de plaat tot magma door de hitte die ontstaat door de frictie tussen de twee platen. Het smelten gebeurt in de mantel 1 van de aarde. Doordat de dichtheid van magma lager is dan de rest van het gesteente stijgt dit op richting de aardkorst. In deze aardkorst zit of ontstaat een ''ruimte'', die als magmakamer kan gaan dienen. In deze ''ruimte'' is het te koud voor het magma om gesmolten te blijven, maar doordat er water en koolstofdioxide in het magma zit blijft het gesteente toch gesmolten. Door het steeds aanvoeren van nieuw magma kan er uiteindelijk een uitbarsting plaatsvinden. Na het instorten van de Somma (zie paragraaf 1.2) bleef het magma opstijgen en werd de druk in de magmakamer steeds hoger. Uiteindelijk werd de druk zo hoog dat er weer een uitbarsting kwam: het ontstaan van de Vesuvius. Bij latere uitbarstingen stapelden de vulkanische materialen zich op elkaar waardoor de karakteristieke kegelvormige vulkaan ontstond, zie afbeelding 4. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) (Ball, Mount Vesuvius - Italy, 2005) 1 De aarde bestaat uit drie delen: de kern, de mantel en de aardkorst. De mantel is het gedeelte dat de vulkanen voedt en waar de platen op liggen. 7

8 Het vulkanisch systeem van de Vesuvius bestaat vermoedelijk uit drie magmakamers: een ondiepe magmakamer en 2 diepe magmakamers (zie afbeelding 6). De ondiepe magmakamer zit ongeveer drie kilometer onder de grond en herbergde het magma tijdens de heftige plinische en sub-plinische erupties van de Vesuvius, zie ook paragraaf 5.4. De diepe magmakamers zitten op 10 tot 20 kilometer diepte, deze produceerden de andere minder heftige erupties van de Vesuvius. Het magma in de kamers heeft gemiddeld een temperatuur tussen de 727 en de 1227 graden Celsius ( graden Kelvin 2 ). Het heeft een WT% (massapercentage) van water (H 2 O) en koolstofdioxide (CO 2 ) van 2,5 tot 6. Dit betekent dat van de totale massa van het magma, 2,5 tot 6 procent uit water en koolstofdioxide bestaat. Andere vulkanen in de buurt van de Vesuvius hebben een of twee magmakamers: de Etna (2 magmakamers), de Stromboli (1 magmakamer), de Campi Flegrei (1 magmakamer) en de Ischia (1 magmakamer). De Vesuvius heeft van de vijf (actieve) vulkanen waarschijnlijk de meeste magmakamers. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeelding 6: Een schets van het vulkanisch systeem van de Vesuvius, tijdens de uitbarsting van Bron: (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) 1.4 Soorten erupties Er zijn meerdere soorten erupties: effusieve erupties, dit zijn rustige vulkaanuitbarstingen waarbij weinig kracht vrij komt en explosieve erupties, hierbij komt veel kracht vrij. Wanneer welke eruptie plaats vindt hangt af van de hoeveelheid druk die wordt opgebouwd in de magmakamer. De druk hangt af van de hoeveelheid water en koolstofdioxide die in het magma zit. Hoe meer er van deze stoffen in zit, hoe hoger de druk is. Het water is namelijk verdampt, hierdoor neemt het volume van het water toe en zo komt er extra druk in de magmakamer bij. Ook speelt het massapercentage silica of siliciumdioxide (SiO 2 ) een rol. Als het massapercentage silica hoger is dan 65 procent, dan is het magma stroperig/taai. De temperatuur speelt ook een rol in de taaiheid van het magma. Door het stroperige magma raakt de kraterpijp snel verstopt. Hierdoor bouwt zich ook druk op en wordt de eruptie explosiever. (Bunder, 2006) (Nelson, Magmatic Differentiation, 2012) Effusieve erupties vinden plaats bij twee andere soorten vulkanen: spleetvulkanen en schildvulkanen. Het magma van deze vulkanen is veel vloeibaarder dan bij stratovulkanen. Hierdoor wordt er weinig druk opgebouwd en is de uitbarsting rustig. Ook wordt er weinig as en puin uitgestoten. Dit type eruptie komt niet voor bij de Vesuvius, omdat het magma van de Vesuvius te stroperig is. (Norden, 2011) 2 0 graden Kelvin= -273 graden Celsius 8

9 Explosieve erupties komen voor bij stratovulkanen, want daarbij is het magma het taaist Bij explosieve erupties wordt er onderscheid gemaakt in meerdere soorten erupties: de Strombolische eruptie, de Vulkanische eruptie, de Vesuvian eruptie, Pelée eruptie en de Plinische eruptie (afbeelding 7). Van deze soorten eruptie heeft de Vesuvius ze allemaal gehad, behalve de Pelée eruptie. (Ball, Types of Volcanic Eruptions, 2005) (Cliff, 1988) De Strombolische eruptie is een van de minst heftige uitbarstingen. Toch kan hij gevaarlijk zijn doordat materiaal zoals stenen, lava en schuimend lava tientallen meters ver worden uitgestoten. Het magma is taai-vloeibaar. De uitbarstingen vinden plaats met intervallen van enkele minuten. De lava kan een hoogte van enkele honderden meters bereiken. De naam van dit soort eruptie komt van de Italiaanse vulkaan Stromboli. (Ball, Types of Volcanic Eruptions, 2005) (Cliff, 1988) De Vulkanische eruptie zijn korte, krachtige en relatief kleine uitbarstingen van een vulkaan. Deze eruptie ontstaat wanneer het magma relatief taai is en snel stolt. Tussen de uitbarstingen zitten intervallen van enkele minuten tot uren. Er wordt veel materiaal uitgestoten, dat soms snelheden van 350 meter per seconde kan bereiken. De wolk heeft de vorm van een bloemkool, is zeer donker van kleur en wordt enkele kilometers hoog. Ook ontstaan er asregens en een pyroclastische gloedwolk. Dit is een wolk van gloeiend heet as, gas en stenen die zich met enorme snelheid voortbeweegt. Vulkanische erupties kunnen dagen, soms maanden duren. De naam komt van de Italiaanse vulkaan Vulcano. (Ball, Types of Volcanic Eruptions, 2005) (Cliff, 1988) De Vesuvian eruptie is een combinatie van de Vulkanische en de Strombolische eruptie, maar is veel krachtiger. De wolk van as wordt uitgestoten tot grotere hoogte dan bij de Vulkanische eruptie. Deze eruptie heeft zijn naam te danken aan de Vesuvius vulkaan. Een voorbeeld van een Vesuvian eruptie, was de uitbarsting van de Vesuvius in Dit type eruptie wordt niet genoemd in het simulatieprogramma en andere onderzoeksverslagen, daarom neem ik dit type eruptie ook niet mee in mijn onderzoek. (Ball, Types of Volcanic Eruptions, 2005) (Cliff, 1988) De Plinische eruptie bestaat uit één zeer krachtige uitbarsting. Deze wordt veroorzaakt door zeer taai magma waar veel gas en water in zit. Hierdoor is er heel veel druk in de magmakamer aanwezig. Hoe meer druk, hoe heftiger de eruptie. Bij deze uitbarsting kan een eruptiekolom ontstaan van dertig tot vijftig kilometer hoog. De eruptiekolom ziet er uit als een paraplu of een paddenstoel. De asdeeltjes kunnen honderden tot soms duizenden kilometers worden meegenomen door de wind. Als de eruptiekolom instort ontstaat er een pyroclastische gloedwolk. De magmakamer van de vulkaan is na de uitbarsting meestal helemaal leeg, hierdoor is een vulkaan na een plinische eruptie vaak een tijd lang inactief. Bekende plinische erupties zijn de uitbarsting van de Mount St. Helena in de Verenigde Staten in 1980 en van de Vesuvius in 97 na Christus. De naam van de eruptie komt van de schrijver Plinius de Jongere. Hij beschreef als eerste de kenmerken van deze eruptie, tijdens de uitbarsting van de Vesuvius in 79 na Christus. Een Plinsiche eruptie die minder heftig is, wordt ook wel een Sub-plinische eruptie genoemd. (Ball, Types of Volcanic Eruptions, 2005) (Cliff, 1988) 9

10 Afbeelding 7: De soorten erupties. Van links naar rechts: Strombolische eruptie, Vulkanische eruptie, Vesuvian eruptie, Pelée eruptie en de Plinische eruptie. Bron: (Cliff, 1988) 1.5 Vroegere uitbarstingen In de geschiedenis van de Vesuvius zijn meerdere grote uitbarstingen bekend, waaronder de uitbarsting van 79 na Christus en die van 1944: de uitbarsting van 79 na Christus doordat deze enorm veel levens heeft geëist en de uitbarsting van 1944 omdat dit de laatste uitbarsting tot op heden was. (Ball, Mount Vesuvius - Italy, 2005) (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) De uitbarsting van 79 na Christus legde meerdere dorpen rond de Vesuvius, waaronder Pompeii en Herculaneum, onder een dikke laag vulkanisch as. Deze aslaag bestaat niet uit een laag maar uit drie op elkaar gestapelde lagen. De uitbarsting bestond uit 3 fases: de Freatomagmatische uitbarsting, de hoofd eruptie en het vormen van de caldera Somma. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeelding 8: Door het as zijn inwoners van Pompeii zeer goed bewaard gebleven na de eruptie Bron: (Geographic, 2010) De Freatomagmatische uitbarsting is een eruptie waarbij waterdamp ontstaat dat afkomstig is uit de verdamping van grond- en oppervlaktewater. Bij deze uitbarsting komen ook vulkanisch materiaal en gassen vrij. Deze eruptie ontstaat als grondwater in contact komt met magma. Het grondwater verdampt direct, hierdoor wordt het volume groter. Door de druk die daardoor 10

11 ontstaat komt er een uitbarsting. Deze uitbarsting vormde de eerste laag afzettingen van de totale uitbarsting. Hierna kwam de hoofduitbarsting waarbij een eruptiekolom van circa dertig kilometer hoog ontstond. Deze eruptiekolom had de vorm van een paraplu die boven de krater hing; er was sprake van een plinische eruptie. Vanuit deze eruptiekolom ontstonden asregens over het gebied rond de Vesuvius (afbeelding 9). Deze aslaag werd 20 tot 30 centimeter dik en vormde de volgende laag as. Hierna stortte de eruptiekolom in en ontstond een pyroclastische gloedwolk. Deze gloedwolk bereikte een snelheid van soms honderden kilometers per uur. De afzettingen van de pyroclastische gloedwolk vormden de derde aslaag. Tijdens de hele uitbarsting is er meer dan drie kubieke kilometer vulkanische materiaal uitgestoten. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Dorpen zoals Pompeii en Herculaneum werden begraven door de dikke aslagen. De meeste inwoners van Pompeii waren hiervoor al gevlucht. De mensen die echter bleven of terug gingen werden levend begraven (afbeelding 8). (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Het vormen van de caldera Somma is gebeurd door meerdere instortingen bij meerdere zeer heftige uitbarstingen. De uitbarsting van 79 na Christus was er hier één van. Andere uitbarstingen waren van v. Chr, 8800 v. Chr en 3800 v. Chr. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeelding 9: Op deze afbeelding staan de afzettingen van de uitbarsting van 79 na Christus. De donkergrijs gekleurde vlakken zijn de afzettingen van asregens, waarbij onderscheid is gemaakt in 10 en 30 cm dikte. De stippellijnen geven de afzettingen van de pyroclastische gloedwolk aan. Bron: (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) De uitbarsting van 1944 was de laatste uitbarsting van de Vesuvius tot op heden. Door de eruptie werd ook de laatste periode van activiteit beëindigd. Deze periode begon rond In die tijd is ongeveer miljoen kubieke meter lava en pyroclastisch materiaal uit de vulkaan gestoten. De eruptie van 1944 begon met strombolische erupties, waarbij lava van de noordelijke en zuidelijke helling afstroomde (afbeelding 10). De zuidelijke lavastroom 11

12 stopte op ongeveer 300 meter boven zeeniveau en bracht geen gevaar met zich mee. De noordelijke lavastroom bereikte de dorpen S. Sebastiano al Vesuvio and Massa di Somma. Hierna begon een nieuwe fase van de uitbarsting waarbij in totaal acht lavafonteinen ontstonden, waarbij sommige een hoogte van 1000 meter bereikten. Hierbij ontstond een eruptiekolom van ongeveer vijf tot zes kilometer hoog, die in zuidoostelijke richting waaide. Deze eruptiekolom zorgde voor asregens. Uiteindelijke stortte deze eruptiekolom in en zorgde voor een kleine pyroclastische gloedwolk. Deze gloedwolk bleef op de vulkaan zelf en vormde geen gevaar. Tijdens deze tweede gedeelte van de uitbarsting was er sprake van een Vesuvian eruptie. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeelding 10: Op deze afbeelding staan de afzettingen van de eruptie uit De rode lijnen zijn de lavastromen. De donkerbruine lijnen zijn de afzettingen van de pyroclastische gloedwolk. Het lichtbruin gekleurde deel is de afzetting van de asregens. Bron: (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) 1.6 De huidige krater De huidige vulkanische activiteit van de Vesuvius is vrij laag. De laatste hevige uitbarstingen waren in de periode van 1904 tot Er worden nu wel kleine aardbevingen geregistreerd diep onder de Vesuvius en er zijn gassen te vinden die wijzen op vulkanische activiteit. Vulkanen hebben in en rond de krater kleine openingen die tot diep in de vulkaan gaan. Deze openingen heten fumarolen. Als de vulkaan actief is ontsnappen er gassen uit de fumarolen. Voorbeelden van deze gassen zijn koolstofdioxide (CO 2 ), waterstofgas (H 2 ), methaan (CH 4 ) en waterstofsulfide (H 2 S). Deze fumarolen zijn één van de indicatoren dat de Vesuvius nog steeds actief is. Ook ontsnapt er CO 2 uit de krater en is er CO 2 -rijk grondwater te vinden aan de zuidkant van de Vesuvius. Hoe vulkanologen dit onderzoeken zal ik uitleggen in paragraaf 3.1. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) (Bianco, Carilo, & Tammaro) 12

13 2 De gevaren voor Napels en omgeving 2.1 De kracht van de Vesuvius De kracht van een uitbarsting van een vulkaan wordt aangegeven met de VEI (Vulkanische Explosiviteits Index), zie afbeelding 11. Door deze index kan men uitbarstingen van verschillende vulkanen met elkaar vergelijken op basis van het volume vulkanische materiaal (de grijze kolom) dat is uitgestoten. De duur van de eruptie speelt ook een rol, want over het algemeen geldt dat hoe langer een uitbarsting duurt hoe meer vulkanisch materiaal er wordt uitgestoten. Ook wordt de hoogte van de eruptiekolom (de paarse kolom) meegewogen en hoe vaak een uitbarsting met die VEI voor komt. Elk eruptietype bestrijkt meerdere VEI s en eruptietypes kunnen elkaar ook overlappen (goudbruine kolom). het is echter niet terecht om een eruptietype te koppelen aan de VEI, want met eruptietype worden andere kenmerken van een uitbarsting bedoeld, zoals kracht en vorm. Het is wel zo dat in bijna alle gevallen het eruptietype overeenkomt met de VEI. (King, 2005) (Young, 2014) Afbeelding 11: Op deze diagram is de VEI schaal te zien. Bron: (King, 2005) De index bestaat uit negen niveaus, van VEI 0 tot en met VEI 8. Bij elke stap wordt de uitbarsting 10 keer heftiger. VEI 5 is 10 keer zo heftig als VEI 4. Als er twee stappen worden gemaakt is de uitbarsting dus 100 keer zo heftig. Bij een eruptie met een kracht van 4 wordt tussen de 0,1 en 1,0 km 3 vulkanisch materiaal uitgestoten en is de eruptiekolom 3 tot 25 kilometer hoog. De eruptie kan zowel plinisch als vulkanisch zijn. (King, 2005) (Young, 2014) De gemiddelde kracht van vroegere erupties van de Vesuvius ligt rond de VEI 4. De uitbarsting van 79 na Christus had een kracht van VEI 5. Bij de uitbarsting van 1944 was de eruptiekolom toen vijf tot zes kilometer hoog. In de diagram is te zien dat de kracht ongeveer VEI 3-4 moet zijn geweest. (King, 2005) (Young, 2014) 13

14 2.2 Vroegere lavastromen Afzettingen van lavastromen van vroegere uitbarstingen geven een beeld van hoe lavastromen zich verspreidden. Op de onderstaande afbeelding (12) zijn de afzettingen te zien van de afgelopen jaar. Op de volgende bladzijde staat een afbeelding van de huidige omgeving van de Vesuvius (afbeelding 13). (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeelding 12: Afzettingen van de Vesuvius van de afgelopen jaar. Het blauw gearceerde deel is nu dichtbebouwd gebied. Bron: (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) 14

15 De rand van caldera Somma (nr. 14) aan de noordzijde van de Vesuvius hield de meeste lava tegen; hierdoor stroomde de lava vooral naar het zuiden en naar het westen. De dorpen op afbeelding 12 waren de dorpen uit de oudheid. De meeste van deze bestaan nu niet meer. Andere dorpen zijn nu echter steden geworden, dit zijn: Portici, San Giorgio a Cremano, Somma Vesuviana, Torre Del Greco, Torre Anmunziata en Pompeii. Zoals te zien is in afbeelding 12 zijn er in de afgelopen jaar veel lavastromen geweest. De buitenwijken van Napels beginnen staan op de plekken waar vroeger de dorpen Portici, S. Giorgio a Cremano en Cercola stonden. Geen van deze lavastromen bereikten echter deze dorpen en dus zouden de lavastromen ook niet de huidige buitenwijken van Napels bereiken. Langs het gehele kustgebied is het nu dichtbebouwd (afbeelding 13). Het kustgebied ligt ten zuiden en zuidwesten van de Vesuvius, tussen de dorpen Portici en Torre Annunziata. De meeste afzettingen komen van de donkerpaarse kleur (nummer 13). Deze afzettingen komen van lavastromen uit de tijd tussen 79 en 1631 na Christus. Deze lavastromen stroomde langs de zuid- en zuidwestkant van de Vesuvius richting de kust. Deze lavastromen eindigde bij de steden Portici en Torre Anmunziata. Dezelfde lavastroom heeft tussen deze twee steden nog verdere vertakkingen richting de kust gehad. Deze vertakkingen zouden nu ook door dichtbebouwd gebied zijn gestroomd. Ook liggen de roze en donkerroze afzettingen (nummer 9 en 10) binnen het blauw gearceerde gebied. De lavastromen die bij deze afzettingen horen hebben alle twee de kust bereikt. Zoals op afbeelding 12 is te zien was lavastroom nummer 9 door het dorpje Torre del Greco gestroomd. Lavastroom nummer 10 is tussen de dorpen Portici en Torre del Greco gebleven. De drie bovengenoemde lavastromen waren van de afgelopen jaar de drie grootste. De andere lavastromen gingen ook door, wat nu, dichtbevolkt gebied is maar waren minder groot dan deze drie. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeelding 13: De huidige omgeving van de Vesuvius. Bron: (GoogleEarth) 15

16 2.3 Vroegere pyroclastische gloedwolken Een pyroclastische gloedwolk wordt onderverdeeld in drie categorieën. Deze onderverdeling is gebaseerd op het volume van de gloedwolk. De lichtste variant is de dichte gloedwolk, deze heeft een volume van 0,001 tot 0,3 kubieke kilometer. Hierop volgt de tussen-gloedwolk, deze heeft een volume van 0,05 tot 1,0 km 3. De zwaarste variant is de blaas-gloedwolk. Deze gloedwolk heeft een volume van 0,1 tot 90 km 3. De pyroclastische gloedwolken van de Vesuvius hebben meestal een volume van 0,25 tot 1,0 km 3 en heeft dus het type: tussengloedwolk. De kracht van de eruptie heeft invloed op hoe ver een pyroclastische gloedwolk reikt. Op de onderstaande afbeelding (14) staan de afzettingen van enkele pyroclastische gloedwolken van vroegere uitbarstingen van de Vesuvius. De pyroclastische gloedwolken zijn voorgekomen uit plinische erupties en de iets lichtere sub-plinische eruptie. De gloedwolken als gevolg van een plinische erupties bereikte een afstand van ruim 20 kilometer van de vulkaan. De afzettingen van de Pomici di Avellino uitbarsting (donkerblauw, nummer 1) zijn zeer ver gekomen en hebben, waar nu Napels ligt bereikt. Ook heeft deze gloedwolk een groot deel van het kustgebied ten zuiden van de Vesuvius getroffen. De pyroclastische gloedwolk van de Pomici di Pompei uitbarsting, dit is de uitbarsting uit 79 na Christus, (roze, nummer 7) heeft, het huidige Napels voor een deel getroffen. De oostkant van de stad zou getroffen zijn door de gloedwolk. Ook heeft deze gloedwolk het gehele kustgebied ten zuiden van Napels kustgebied getroffen. De andere twee aangegeven gloedwolken uit 472 en 1631 na christus hebben alle twee Napels niet bereikt, maar vormde wel een gevaar voor het kustgebied. (Cliff, 1988) (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeelding 14: De afzettingen van pyroclastische gloedwolken van grote uitbarstingen uit de geschiedenis van de Vesuvius. 1. Pomici di Avellino: Plinische eruptie van 3800 jaar geleden 7. Pomici di Pompei (79): Plinische eruptie uit 79 Na Christus 8. Pollena (472): Sub-plinische eruptie : Sub-plinische eruptie Bron: (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) 16

17 Op de afbeeldingen 9 en 10 uit paragraaf 1.5 zijn de pyroclastische afzettingen te zien van de uitbarstingen van 79 en Bij de uitbarsting van 1944 bleef de pyroclastische gloedwolk op de Vesuvius zelf en was er geen gevaar voor het bebouwde gebied. De uitbarsting van 79 heeft wel een pyroclastische gloedwolk tot gevolg die bebouwd gebied heeft bereikt. De gloedwolk heeft de gehele kustlijn van Napoli Bay getroffen. Deze gloedwolk zou ook de stad Napels hebben bereikt. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) 2.4 Vroegere afzettingen van asregens Bij alle soorten eruptie die de Vesuvius heeft gehad, behalve de strombolische eruptie, zijn er vanuit de eruptiekolom asregens ontstaan. Waar deze asregens terecht komen hangt af van de richting en kracht van de wind en de kracht van de uitbarsting zelf. Zoals in afbeelding 15 is te zien zijn de meeste afzettingen ten oosten van de Vesuvius gevonden. Eén van de heftigste erupties van de Vesuvius was de Plinische eruptie: Pomici di Avellino. De asregens van deze uitbarsting verspreidden zich over een veel grote gebied en ook meer richting het binnenland van Italië. Een andere heftige uitbarsting was de Pomici di Pompei. Tijdens deze uitbarsting verspreidden de asregens zich ook veel verder en ook meer zuidwaards dan bij de andere erupties. De uitbarsting met het nummer 2 t/m 6, 8 en 9 waren lichtere Sub-plinische erupties. De asregens van deze eruptie gingen meer naar het oosten en verspreidden zich ook minder ver. Geen van deze asregens hebben Napels getroffen. Wel waren er veel dorpen in het oosten, zuidoosten en noordoosten getroffen, zoals Pompeii in 79. (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) Afbeeldingen 15: De afzettingen van de asregens afkomstig van uitbarstingen van de Vesuvius 1. Pomici di Avellino: Plinische eruptie van 3800 jaar geleden 2-6: AP 1 t/m 5: Sub-plinische erupties 7. Pomici di Pompei (79): Plinische eruptie uit 79 na Christus 8. Pollena (472): Sub-plinische eruptie : Sub-plinische eruptie Bron: (Piochi, Di Vito, Mormone, & Tramelli, 2011) 17

18 3 Mogelijke toekomstige uitbarsting 3.1 Voorspellen van een uitbarsting Aan de hand van de informatie uit het vorige hoofdstuk is deels te voorspellen hoe de verspreiding van afzettingen bij een toekomstige uitbarsting eruit zouden kunnen zien. Een uitbarsting in het verleden geeft alleen informatie. Voor de verspreiding van vulkanisch materiaal speelt de windkracht en windrichting een grote rol. Ook speelt de kracht van een uitbarsting een rol in hoe afzettingen zich zullen verspreiden. Verder is het belangrijk om te weten wanneer een uitbarsting plaats zal vinden. Ongeveer 65 vulkanen over de hele wereld hebben, net zoals de Vesuvius, een observatorium dat de vulkaan bestudeert. Voor het bestuderen van een vulkaan worden meerdere technieken/methodes gebruikt; Bij de Vesuvius wordt onderzocht door de seismische golven, vervorming van de grond, vulkanische gassen en de stroming van water (hydrologie), zie afbeelding 16. Het bestuderen van de stroming van water wordt als enige van deze drie bovengenoemde niet gebruikt door de onderzoekers bij de Vesuvius. (Bianco, Carilo, & Tammaro) (Spark, 2003) (USGS, Monitoring Volcanoes) Afbeelding 16: alle methodes om een vulkaan te bestuderen Bron: (USGS, Monitoring Volcanoes) Een veel gebruikte methode is om door middel van een seismometer een aardbeving onder de vulkaan te detecteren. Een seismometer is een apparaat die seismische golven, ontstaan door een aardbeving, meet. Vlak voor een uitbarsting is er veel activiteit onder de vulkaan. De meeste van deze activiteiten zorgen voor seismische golven. Door variaties in type en kracht van een aardbeving kan worden gekeken wanneer de vulkaan uit gaat barsten. Onder de Vesuvius vinden tegenwoordig kleine aardbevingen plaats rond één op de schaal van Richter. (Bianco, Carilo, & Tammaro) (Spark, 2003) (USGS, Monitoring Volcanoes) Een andere methode is het bestuderen van vervormingen van de grond of van de vulkaan. Deze vervormingen zijn niet te zien met het blote oog. Er zijn verschillende methodes om dit te kunnen onderzoeken: Een van de manieren is het gebruik van GPS. Er worden meerdere GPS-ontvangers op verschillende punten op de vulkaan geplaatst. Elk van deze ontvangers heeft een eigen coördinaat, die bestaat uit een lengtegraad, een breedtegraad en een hoogte. Als een coördinaat van een ontvanger verandert, dan moet de grond van de vulkaan bewogen worden. Dit kan betekenen dat er magma omhoog komt door de kraterpijp en dat de Vesuvius kan gaan uitbarsten. 18

19 Een andere manier is het gebruik van een tiltmeter. Door middel van een tiltmeter kan je kleine veranderingen meten in de hoek van de helling van de vulkaan. Als magma omhoog komt door de kraterpijp, dan zet de vulkaan een klein beetje uit. Dit is niet te zien met het blote oog, maar wel met een tiltmeter. Mocht de vulkaan uitzetten, dan kan dit een aanwijzing zijn voor een uitbarsting. Ook wordt er gebruikt gemaakt van EDM om de vervorming op de grond te bekijken. EDM betekent: ''Electronic Distance Meter''. Het magma dat omhoog komt kan rotsen omhoog of opzij duwen. Door steeds de afstand te meten tussen twee punten op de vulkaan, is het mogelijk om te kijken of de twee punten ten opzichte van elkaar bewegen. Mocht dit het geval worden, dan kan dit een aanwijzing zijn voor een uitbarsting. Bij de Vesuvius zijn er nog geen bewijzen gevonden dat er vervorming van de grond of de krater plaats vindt. (Bianco, Carilo, & Tammaro) (Spark, 2003) (USGS, Monitoring Volcanoes) Zoals in paragraaf 1.6 is gezegd ontsnappen er enkele vulkanische gassen uit de krater van de Vesuvius. Zonder dat we het zien ontsnappen er gassen als zwaveldioxide door fumarolen. Door het bestuderen van de gasuitstoot kan men een uitbarsting voorspellen. Dit wordt gedaan door het bestuderen van veranderingen in de gasuitstoot van de vulkaan. (Bianco, Carilo, & Tammaro) (Spark, 2003) (USGS, Monitoring Volcanoes) 3.2 Mogelijke uitbarstingen in Erupt3.0 Voor ieder type eruptie heb ik onderzocht hoe de uitbarsting eruit kan zien en hoe de afzettingen zich kunnen verspreiden. Ik heb dit onderzoek gedaan met het simulatieprogramma Erupt3.0. Met dit programma is het mogelijk een strombolische, vulkanische of plinische eruptie na te bootsen. Tevens geeft het programma de kracht (VEI) aan en de hoeveelheid vulkanisch materiaal dat zou zijn vrij gekomen. Bij de meeste erupties worden de VEI, volume en de duur aangegeven. In dit programma heb ik een afstand van ongeveer 20 kilometer genomen. Dit is van de krater van de Vesuvius tot ongeveer de westkant van Napels. Tussen deze twee punten is de bevolkingsdichtheid het hoogst, waardoor daar het gevaar het grootst zou zijn. De strombolische eruptie Afbeelding 17: VEI: 0 Tijd: 6 dagen Volume: 0,0001 miljoen m 3 Op deze afbeelding is de strombolische eruptie net begonnen. Er is nog vrijwel geen vulkanisch materiaal uitgestoten. 19

20 Afbeelding 18: VEI: 3-4 Tijd: 15,6 dagen Volume: 0,143 miljoen m 3 De strombolische eruptie duurt nu twee weken. Er ontstaat een kleine aswolk boven de krater. Afbeelding 19: VEI: 4 Tijd: 54,7 dagen Volume: 0,647 miljoen m 3 De strombolische eruptie is nu bijna 2 maanden aan de gang. Door het veel uitgestoten materiaal is de VEI voor een strombolische eruptie hoog. De aswolk boven de krater is een stuk hoger geworden en heeft een hoogte van circa 5 kilometer boven de vulkaan bereikt. 20

21 Afbeelding 20: VEI: 4 Tijd: 133 dagen Volume: 0,99 miljoen m 3 De strombolische eruptie duurt nu ruim 4 maanden. De eruptiekolom heeft een hoogte van ruim 7 kilometer boven de krater bereikt. Het as begint nu aan weerszijde weg te waaien door de lucht. Afbeelding 21: VEI: 5 Tijd: 505 dagen Volume: 5,219 miljoen m 3 Door het hoge volume heeft de strombolische eruptie een kracht van 5 gekregen. De eruptiekolom heeft zich over het gehele gebied verspreid. De eruptie is nu 1,5 jaar bezig. De bovenstaande afbeeldingen van de strombolische eruptie geven een beeld weer hoe een strombolische eruptie zich steeds verder ontwikkelt. De duur van de eruptie op afbeelding 17 is nog realistisch, de duur op die van afbeelding 18 is al een stuk onwaarschijnlijker. De duur van de eruptie zal nooit meer dan dagen zijn en een duur van vijftig dagen is niet realistisch. In deze simulatie is dus te zien dat tijdens een strombolische eruptie de omgeving van de Vesuvius nooit gevaar zal lopen. De afzettingen blijven op de Vesuvius zelf en er zal geen hoge 21

22 eruptiekolom ontstaan. Pas na 133 dagen (afbeelding 20) zal een aswolk voorbij de hellingen van de Vesuvius komen en lopen de dorpen aan de voet van de vulkaan misschien gevaar. De plinische eruptie Afbeelding 22 Op deze afbeelding zijn de eerste paar seconden te zien van een plinische eruptie. Doordat deze nog zo kort bezig is, is er nog geen kracht en volume aangegeven. Afbeelding 23: VEI: 5 Tijd: 16 uur Volume: 1,185 miljoen m 3 De plinische eruptie is nu 16 uur bezig. Na meerdere keren vulkanische materiaal te hebben uitgestoten is er ruim 1,185 miljoen m 3 uitgestoten. De kracht is opgelopen tot VEI 5. Bij de eruptie zelf is veel meer vulkanisch materiaal uitgestoten, maar door het kleiner maken van de afbeelding is dit nauwelijks meer te zien. 22

23 Afbeelding 24: VEI: 5-6 Tijd: 25,5 uur Volume: 4,748 miljoen m 3 Na 25,5 uur is de kracht VEI 5-6 geworden. Het totaal uitgestoten volume is ongeveer 4,748 miljoen m 3. Ook op deze afbeelding zijn door het kleiner maken, niet al het vulkanische as en de asregen te zien. Op deze afbeeldingen is het verloop van een plinische eruptie te zien. In een zeer korte tijd (afbeelding 22) ontstaat er een enorme eruptiekolom. Vanuit deze eruptiekolom ontstaan er asregens over een zeer groot gebied. Deze asregens bereiken de gebieden rond de Vesuvius, waaronder Napels. Het nadelige van deze simulatie is dat hij geen pyroclastische gloedwolk laat zien. De kans op schade bij Napels is groot. De omvang van de schade hangt af van hoe ver de pyroclastische gloedwolk komt en of de asregens boven Napels komen te liggen. Wel zullen veel dorpen rond de Vesuvius veel schade oplopen door de asregens. De plinische eruptie is een korte en krachtige uitbarsting. De eruptie van afbeelding (24) is daarom niet realistisch. 23

24 Vulkanische eruptie Afbeelding 25 Op deze afbeelding staan de eerste seconden van de vulkanische uitbarsting. Zoals te zien is ontstaat er al een pyroclastische gloedwolk en een eruptiekolom. Net zoals bij de plinische eruptie is de uitbarsting nog maar een paar seconden bezig, waardoor er geen VEI, tijd en volume wordt aangegeven. Afbeelding 26 Op deze afbeelding is de vulkanische eruptie na enkele seconden te zien. De pyroclastische gloedwolk kan snelheden bereiken van ruim 66 meter per seconde. Na enkele seconden bereikt deze gloedwolk al de dorpen aan de voet van de Vesuvius. De eruptiekolom die er zal ontstaan kan een hoogte bereiken van ruim 10 kilometer. Net zoals bij de eerste afbeelding is de eruptie nog maar zeer kort bezig en daardoor worden volume, VEI en tijd niet aangegeven. 24

25 Afbeelding 27: VEI: 4-5 Tijd: 14 uur Volume: 0,112 miljoen m 3 Deze afbeelding komt van een 14 uur na de eruptie. De pyroclastisch gloedwolk heeft een afstand van ruim 13 kilometer van de krater bereikt. Dit is ongeveer het centrum van Napels. Uit de eruptiekolom ontstaan er meerdere aswolken boven de omgeving. Op de bovenstaande afbeeldingen is het verloop van een vulkanische eruptie te zien. In zeer korte tijd ontstaat een hoge eruptiekolom en een pyroclastische gloedwolk. De grootte van de pyroclastische gloedwolk en de eruptiekolom hangt sterk af van de kracht van de uitbarsting. Net zoals bij de plinische eruptie hangt de schade erg af van de windkracht en windrichting. De asregens kunnen, bij de juiste windrichting, Napels treffen. De dominante wind in dat gebied is echter oostenwind; de kans dat er dorpen ten oosten van de Vesuvius getroffen worden is waarschijnlijker. Schade die wordt veroorzaakt door de pyroclastische gloedwolk, zal volgens het laatste plaatje heel groot zijn. De pyroclastische gloedwolk zou een grote afstand kunnen bereiken en daardoor veel dorpen beschadigen. Napels wordt waarschijnlijk alleen in haar buitenwijken getroffen, het centrum waarschijnlijk niet. Het simulatieprogramma sprong in een keer van 0 seconde naar 14 uur. Dit komt doordat het programma alle informatie geeft over één eruptie, maar geen informatie over een eruptie die eventueel bezig is. Hierdoor is de de realistische tijd van deze eruptie moeilijk te bepalen, maar één eruptie zal dus ergens tussen de 0 en de 14 uur duren. Het is echter niet reëel dat een eruptie waaruit een pyroclastische gloedwolk ontstaat 14 uur zal duren. In de onderstaande tabel staat kort alles wat er in de bovenstaande paragraaf is genoemd. Type Eruptie Realaistisch tijd Maximale volume Kracht(VEI) Strombolisch 0-16 dagen 0,143 miljoen m Plinisch 0-16 uur 1,185 miljoen m 3 5 Vulkanisch 0-14 uur 0,112 miljoen m

26 3.3 Onderzoek: University Roma and Civil Protection Een aantal jaar geleden hebben de Universiteit van Rome en het ministerie van Burgerbescherming een onderzoek gestart naar de mogelijke gevolgen van een uitbarsting van de Vesuvius. Tijdens dit onderzoek zijn ze ervan uitgegaan dat de uitbarsting een sub-plinische eruptie zal worden met een kracht van VEI 4. Tijdens deze uitbarsting zou er 5x10 11 kilogram vulkanisch materiaal worden uitgestoten en er zou een eruptiekolom van 18 kilometer hoog ontstaan. Er is onderzoek gedaan naar de aswolken en asregens, en een mogelijke aardbeving vóór de uitbarsting. Bij dit onderzoek is men uitgegaan van winddata van de afgelopen 20 jaar. Men heeft tijdens het onderzoek het gebied rond de Vesuvius opgedeeld in 16 sectoren. Dit is gedaan met ieder een gelijke hoek, dus 360/16=22,5 graden per hoek. Het gevarengebied rond de Vesuvius is opgedeeld in 2 zones: de Red Zone en de Yellow Zone. In de Red Zone is het meeste gevaar. Mocht er een uitbarsting komen, dan moeten alle mensen binnen de Red Zone al vóór de uitbarsting geëvacueerd zijn om geen gevaar te lopen. De Yellow Zone is een groot gebied rond de Vesuvius. Dit gebied zal alleen getroffen worden door asregens en de mensen kunnen later geëvacueerd worden. (Baberi, 2011) (Protection, 2007) Afbeelding 28: Beoordeling van de gevaren als de wind naar het oosten waait. Bron: (Baberi, 2011) Legenda: 1 kg/m 2-0,1 cm dik 5 kg/m 2-0,5 cm dik 10 kg/m 2-1 cm dik 15 kg/m 2-1,5 cm dik 20 kg/m 2-2 cm dik 30 kg/m 2-3 cm dik >40 kg/m 2-4 cm dik 26

27 Op de bovenstaande foto (afbeelding 28) staat hoe de asregens en aswolken zich verspreiden over sector 5 als de wind pal naar het oosten waait. Deze westenwind komt het meest (17,16%) voor. De kans dat de wind waait naar oostnoordoost tot zuidoost is zelfs 60 procent, dus er is een zeer grote kans dat het gebied ten oosten van de Vesuvius wordt getroffen door asregens. Als de data van de bovenstaande afbeelding (28) wordt vergeleken met vroegere afzettingen van asregens en aswolken is te zien dat dit scenario overeen komt met vroegere uitbarstingen. Op de afbeelding is er in de lijnen van de asregen een ovaal te zien. Deze ovaal strekt zich ruim 30 kilometer landinwaarts uit en in dat gebied zullen de asregens nog veel schade aanrichten. (Baberi, 2011) (Protection, 2007) Afbeelding 29: Beoordeling van de gevaren als de wind naar het noordwesten waait. Bron: (Baberi, 2011) Legenda: 1 kg/m 2-0,1 cm dik 5 kg/m 2-0,5 cm dik 10 kg/m 2-1 cm dik 15 kg/m 2-1,5 cm dik 20 kg/m 2-2 cm dik 30 kg/m 2-3 cm dik >40 kg/m 2-4 cm dik Het andere scenario dat is gekozen is bij een wind uit zuidoostelijke richting (afbeelding 29), dus de wind waait naar het noordwesten. De kans dat de wind uit deze richting komt is slechts 0,93 procent. Uit deze afbeelding is wel te zien, dat mocht de wind uit deze richting komen en Napels wordt getroffen, dat de kans zeer groot is dat er ook asregens neerkomen in Rome, ongeveer 180 kilometer verderop. (Baberi, 2011) Er bestaat een kans dat er een aardbeving plaats vindt vóór de uitbarsting. Er wordt verwacht dat deze aardbeving op ongeveer 4-5 kilometer diepte onder de vulkaan zal plaatsvinden en dat deze 4,5-5,5 op de schaal van Richter zal zijn. De schaal van Richter is gebaseerd op de hoeveelheid energie die vrijkomt bij een aardbeving. Een andere schaal die soms wordt gebruikt voor aardbevingen is de schaal van Mercalli. Deze schaal geeft de intensiteit van een aardbeving aan in Romeinse cijfers en is gebaseerd op de hoeveelheid beweging bij gebouwen, mensen en meubels. Bij een mogelijke aardbeving is men uitgegaan van een intensiteit van VII- IX. In afbeelding 30 staat de omrekentabel van de schaal van Richter naar de schaal van 27

28 Mercalli. De verhouding tussen de twee schalen kan een beetje veranderen per gebied. (Baberi, 2011) Afbeelding 30: Links de schaal van Richter en rechts de schaal van Mercalli. Bron: (USGS, Magnitude / Intensity Comparison, 2014) Op de onderstaande afbeeldingen (31 en 32) staat de verwachte schade veroorzaakt door een aardbeving. In deze afbeeldingen is de omgeving rond Napels ingedeeld in cellen. Iedere cel is even groot. Als er schade wordt voorspeld in een cel is deze ingekleurd. Hoe donkerder de kleur is, des te meer huizen zullen er instorten. Op de eerste afbeelding (31) is de schade te zien van een aardbeving met vier op de schaal van Richter. In de Red Zone zal de meeste schade plaatsvinden. In sommige cellen is dit ingestorte huizen per cel. De schade buiten de Red Zone zal beperkt blijven. Wel zal er een beetje schade zijn in het oude centrum van Napels. Op de tweede afbeelding (32) is de schade te zien van een aardbeving van 5,5 op de schaal van Richter. Bij deze aardbeving zal er ook veel schade zijn buiten de Red zone. Zoals in de afbeelding te zien is, is een groot deel van het centrum van Napels rood gekleurd. Er zullen hier gemiddeld gezien 5-25 huizen instorten. Ook bij dorpen ten oosten van de Vesuvius zal er veel schade zijn. (Baberi, 2011) Afbeelding 31: Aardbeving met een intensiteit van 8 Bron: (Baberi, 2011) Legenda zie afbeelding 32 28

29 Afbeelding 32: Aardbeving met een intensiteit van 9 Bron: (Baberi, 2011) Legenda: <1 instortingen 1-2 instortingen 2-5 instortingen 5-10 instortingen instortingen instortingen 29

30 4 De gevaren Voor de Vesuvius moet er rekening worden gehouden met drie mogelijke erupties: vulkanische eruptie, plinische eruptie en de strombolische eruptie. Ook kan er gevaar komen van een mogelijke aardbeving die voor de uitbarsting plaats vindt en de wind die asdeeltjes over een groot oppervlakte verspreidt. Als de Vesuvius een Strombolische eruptie krijgt, zal het gevaar voor de omgeving minimaal zijn. Dit wordt ook onderbouwd door de simulaties. Om een gevaar te vormen voor de omgeving zou de eruptie minimaal 133 dagen achter elkaar moeten aanhouden. De kans dat dit gebeurt is minimaal. De aswolk brengt ook geen gevaar met zich mee. Als de Vesuvius een Plinische eruptie krijgt, zal het gevaar afhangen van de kracht. Pas vanaf een VEI 4 tot en met 5 zal dit een gevaar vormen voor de omgeving en zullen de gevolgen enorm zijn. Uit afbeelding 14 is te zien dat bij vroegere (sub-)plinische erupties het gehele gebied ten zuiden van Napels door een pyroclastisch gloedwolk werd getroffen. In sommige gevallen werd (een deel van) Napels ook getroffen. Het is dus waarschijnlijk dat de pyroclastische gloedwolk van een toekomstige plinische eruptie, een gevaar vormt voor het kustgebied en Napels. Vanuit de eruptiekolom zullen er ook aswolken ontstaan. Vanuit deze aswolken zullen er asregens plaatsvinden over een groot gebied rondom de Vesuvius (afbeelding 15). Doordat de wind vaak van west naar oost waait, zal Napels geen gevaar lopen voor deze aswolken. Bij een Vulkanische eruptie is het moeilijk te voorspellen hoe de afzettingen er uit komen te zien. Dit komt omdat dit type niet wordt meegenomen in het onderzoek over de vroegere afzettingen van het Observatorium Vesuvius en ook niet in het onderzoek over het toekomstig gevaar van University of Roma and The Department of Civil Protection. De uitbarsting van 1944 was een vulkanische eruptie (afbeelding 10). Tijdens deze uitbarsting is de pyroclastische gloedwolk niet voorbij de Vesuvius gekomen. Deze eruptie was een relatief lichte vulkanische eruptie: VEI 3-4. Mocht de kracht van een eruptie ruim 4-5 worden, dan is de kans dat de pyroclastische gloedwolk wel voorbij de Vesuvius gaat groot, waardoor de omgeving wel gevaar loopt. Vanuit zowel de uitbarsting van 1944 en de simulatie is een aswolk ontstaan, die ten oosten van de Vesuvius asregens veroorzaakt. Het gevaar hiervan hangt af van de hoeveelheid as die omlaag komt. De lavastromen kunnen ook een gevaar vormen voor het kustgebied ten zuiden van Napels. Uit afbeelding 12 is te zien dat er vroeger veel verschillende lavastromen door het kustgebied zijn gestroomd. Mocht er tijdens een toekomstige eruptie lavastromen ontstaan die tot de kust reiken, dan vormt dit een gevaar voor het huidige bebouwd gebied. Vóór een uitbarsting is er een grote kans dat er onder de vulkaan een aardbeving plaats vindt. Het onderzoek van the University of Roma and The Department of Civil Protection is ervan uitgegaan dat deze een kracht van 4,5-5,5 op de schaal van Richter en een intensiteit van VII- IX heeft en dat de aardbeving ongeveer 4-5 kilometer onder de vulkaan plaats vindt. Bij een kracht van 4,5 en een intensiteit van VIII ontstaat er al veel schade. Vooral binnen de Red Zone zullen er veel daken instorten, waarschijnlijk rond de 300 huizen, zie afbeelding 33. De aardbeving brengt ook schade toe aan dichtbevolkte gebieden buiten de Red Zone. In de andere gebieden zullen waarschijnlijk ongeveer 2400 daken instorten. Voor een aardbeving van 5,5 op de schaal van Richter en een intensiteit van IX zullen de gevaren nog een stuk groter zijn. 30

31 Er wordt verwacht dat er dan ongeveer 2000 huizen binnen de Red Zone zullen instorten en ongeveer 5300 huizen buiten de Red Zone. De andere mogelijke schade van zowel de aardbevingen met een intensiteit van VIII en IX, staat in de onderstaande tabel (afbeelding 33). Afbeelding 33: In deze tabel staan de gevolgen van aardbevingen met een intensiteit van VIII en van IX. Van links naar rechts worden genoemd: de totale instortingen, de onbruikbare gebouwen, de doden, de gewonden en de daklozen. Bron: (Baberi, 2011) De wind speelt ook een rol bij het gevaar. Hierbij dan vooral de windrichting en windkracht. De wind neemt tijdens en na een uitbarsting asdeeltjes mee en verspreidt deze over een groot gebied. Deze asdeeltjes zullen weer asregens gaan vormen. Door zo'n asregen kan er een aslaag ontstaan van een paar centimeter tot soms 1 meter dik. Als deze laag te dik wordt kunnen daken van huizen hierdoor instorten. Bij hetzelfde onderzoek van University of Roma and The Department of Civil Protection zijn er ook twee simulaties geweest met het mogelijk aantal instorting door asregens. Er zullen in totaal daken instorten en er zullen bijna mensen bij betrokken zijn. Afbeelding 34: Ingestorte daken bij westenwind. Bron: (Baberi, 2011) Legenda: zie de legenda van afbeelding 35 31

32 Bovenstaande afbeelding gaat uit van de wind als op afbeelding 28. Zoals te zien is, is er direct naast de Vesuvius enorm veel donker rood en zwart te zien. Er zullen hier per cel ongeveer instortingen zijn. Ook is te zien dat ver landinwaarts (20-30 kilometer) er nog steeds daken instorten. Pas na ruim 30 kilometer is er geen instortingsgevaar meer. Afbeelding 35: Bron: (Baberi, 2011) Legenda: < In afbeelding 35 is de simulatie te zien als de wind naar het noordwesten waait. In deze afbeelding is ook een ovaal te zien boven Napels. In deze ovaal zullen er daken instorten. Door asregens zullen er op sommige plaatsen daken instorten. In andere grote steden ten noorden van Napels, zoals Rome, zullen er geen daken instorten, maar er zullen wel kleine asregens plaatsvinden. Bij dit scenario zullen er ruim daken instorten en zullen er ruim mensen getroffen worden. 32

33 5. Verandering van soorten magma en de gevolgen daarvan op het soort eruptie De chemische samenstelling van magma bepaalt sommige kenmerken van het magma, zoals de viscositeit. De samenstelling van het magma zorgt hierdoor ook voor het soort eruptie en dus voor de gevolgen voor de omgeving van de Vesuvius. 5.1 Soorten magma Magma wordt onderverdeeld op basis van de chemische samenstelling. De chemische samenstelling van magma is gebaseerd op het massapercentage van de oxides in het magma. Een oxide is een verbinding 3 tussen zuurstof en een ander atoom. Magma bestaat uit tien elementen: silicium (Si), titanium (Ti), aluminium (Al), ijzer (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), natrium (Na), kalium (K), waterstof (H) en zuurstof (O). In het magma zijn deze elementen elektrisch geladen, ze heten dan ionen. De eerste negen elementen zijn positief geladen van +1 t/m +4. Zuurstof, het laatste element is als enige negatief geladen en is altijd -2. Door de elektrische aantrekkingskracht tussen positieve en negatieve ionen vormen deze samen een molecuul, in dit geval heet dit molecuul dus een oxide. De lading van een oxide moet altijd nul zijn, dus als je een ion hebt, die +1 geladen is, moet je er daar twee van hebben om met het zuurstof-ion te reageren. Een dergelijk reactie kan zijn: 2Na + +O -2 =Na 2 O of Ca +2 +O -2 =CaO. (Brophy) (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013) Magma wordt onderscheiden in drie hoofdcategorieën: Basaltisch magma, Andesite magma en Rhyolitische magma. Basaltisch magma heeft de laagste viscositeit van deze drie en is dus het vloeibaarst. Dit soort magma heeft dus ook een laag massapercentage silica (minder dan 50 procent). Verder bevat dit soort magma een hoog massapercentage ijzer-, magnesium- en calciumoxides en een laag massapercentage kalium- en natriumoxides. Door de lage viscositeit heeft dit soort magma bijna geen gassen. Dit komt doordat de gassen makkelijker uit het magma kunnen ontsnappen dan bij magma met een hoge viscositeit. Verder is basaltisch magma het heetst van de drie magma s, ongeveer graden Celsius. Door de lage viscositeit en de lage hoeveelheid gassen wordt er weinig druk opgebouwd, waardoor de eruptie effusief is. (Brophy) (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013) Andesite magma heeft een massapercentage silica van 55 tot 65 procent. Dit soort magma bevat een lager massapercentage ijzer-, magnesium- en calciumoxides dan basaltisch magma. Het massapercentage kalium- en natriumoxides is hoger dan bij basaltisch magma. Verder bevat dit soort magma een hogere concentratie aan gassen. De temperatuur ligt tussen de 800 en de 1000 graden Celsius. De viscositeit van dit magma ligt tussen de andere twee soorten in. Bij dit soort magma wordt veel druk opgebouwd, waardoor er explosieve erupties ontstaan; stratovulkanen Mount Saint Helena (VS, Montana) en de Vesuvius zijn hier goede voorbeelden van. (Brophy) (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013) Het soort magma waarbij de zwaarste eruptie ontstaat is het rhyolitische magma. Deze magmasoort heeft een hoog massapercentage silica (65-75 procent). Verder bevat deze een laag massapercentage ijzer-, magnesium- en calciumoxide en een hoog massapercentage kalium- en natriumoxide. Ook is de concentratie gassen hoog en is de viscositeit hoog. (Brophy) (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013) 3 Een stof die bestaat uit twee of meerdere elementen 33

34 De viscositeit wordt, zoals eerder genoemd, bepaald door het massapercentage SiO 2. Vanuit silica ontstaan vervolgens SiO 4-4 ionen. Deze ionen gaan elkaar vast zitten en delen steeds één zuurstofatoom met elkaar; zie afbeelding 36. (Brophy) (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013) Afbeelding 36: aan elkaar 'plakken' van SiO 4-4 ionen. Bron: (USGS, Graduate School of Oceanography University of Rhode Island, 2006). Zoals te zien is, is er een 'plekje' aan het bovenste siliciumatoom vrij, hier reageert weer een nieuw SiO 4-4 ion op en dit gaat zo door. Hierdoor ontstaan er hele lange ketens met veel SiO 4-4 ionen aan elkaar. Deze ketens zijn erg sterk en zorgen ervoor dat het magma taaier wordt, dus een hogere viscositeit. Hoe langer en hoe meer ketens, des te hoger de viscositeit wordt. Het vormen van deze ketens kan echter verhinderd worden doordat een positief ion met het vrije plekje op het siliciumatoom reageert. Dan heeft het gehele molecuul geen lading meer en kunnen er geen verdere bindingen meer ontstaan. Dit verklaart dan ook de verschillen in viscositeit tussen de soorten magma. In afbeelding 37 staat dat basaltisch magma een lager massapercentage SiO 2 bevat dan rhyolitsich en andesite magma; bij basaltisch magma kunnen er dus minder lange ketens ontstaan. Ook bevat basaltisch magma meer positieve ionen dan rhyolitisch magma en andesite magma, dus in basaltisch magma wordt het maken van ketens sneller verhinderd door een positief ion, waardoor er minder lange ketens ontstaan. Deze twee reactie s in het magma bepalen de viscositeit ervan. Basaltisch magma heeft dus een lagere viscositeit dan rhyolitisch magma, doordat deze een lager massapercentage silica bevat. Ook heeft basaltisch magma meer positieve ionen, waardoor het maken van ketens sneller wordt verhinderd. (Brophy) (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013) Samenvattingstabel Soort Magma Gestold gesteente Chemische samenstelling (oxide) Temperatuur Viscositeit Gassen Basaltisch Basalt SiO 2 %, hoog Fe, Mg, Ca, laag K, Na o C Laag Laag Andesite Andesite SiO 2 %, gem. Fe, Mg, Ca, Na, K o C Tussen Tussen Rhyolitisch Rhyolite SiO 2 %, laag Fe, Mg, Ca, hoog K, Na o C Hoog Hoog Afbeelding 37: Alle kenmerken van de drie hoofdsoorten magma in een samenvattingstabel. Bron: (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013). 34

35 5.2 Het veranderen van de chemische samenstelling van magma De primaire samenstelling van het magma kan niet worden gemeten en kan alleen maar worden ingeschat. Het magma komt uit de mantel van de aarde, dus men verwacht dat de primaire samenstelling zal lijken op de samenstelling van de mantel, zie onderstaande afbeelding (38). Afbeelding 38: chemische samenstelling van de mantel. Bron: (Jackson, 1998) Deze samenstelling verandert echter terwijl het magma naar de oppervlakte stijgt. Dit wordt magmatische differentiatie genoemd. Er worden door onderzoekers meerdere theorieën gesuggereerd die laten zien hoe de chemische samenstelling verandert, de drie bekendste zijn: assimilatie, mixen van magma en kristalfractionatie. Assimilatie is het proces waarbij de chemische samenstelling verandert, doordat het in contact komt met kouder gesteente op het moment dat het magma naar de oppervlakte stijgt. Door het contact smelt dit kouder gesteente en voegt zich bij het magma. Als het net gesmolten gesteente een andere samenstelling heeft dan het magma, dan verandert de samenstelling van het magma enigszins door de oxides die erbij komen. Assimilatie kan alleen gebeuren als de temperatuur van het magma hoog genoeg is om het gesteente te doen smelten. Door assimilatie koelt het magma af, want warmte van het magma wordt overgedragen aan het gesteente om te smelten. De gevolgen hiervan zijn te lezen onder kristalfractionatie. (Brophy) (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013) (Norden, 2011) Het mixen van magma spreekt voor zich; twee magma's met ieder een verschillende samenstelling voegen zich samen en vormen zo een nieuw soort magma met een samenstelling van de vorige twee gecombineerd. Als twee soorten magma die sterk van elkaar verschillen qua samenstelling (basaltische en rhyolite) met elkaar mengen, dan ontstaat er een soort magma die tussen deze twee in zit (andesite magma) (Brophy) (Nelson, Volcanoes, Magma, and Volcanic Eruptions, 2013) (Norden, 2011) Kristalfractionatie ontstaat wanneer magma afkoelt. De oxides in magma, elk met een eigen smelt- en kookpunt, zullen ieder bij een eigen temperatuur kristalliseren 4. Deze oxides bevinden zich daarna in de vaste fase. Als deze gevormde kristallen uit het magma verdwijnen, verandert de samenstelling van dit magma, omdat er bepaalde oxides weg zijn of in mindere mate aanwezig zijn. Als het gevormde kristal een hogere dichtheid heeft dan het magma, zal deze naar de bodem zinken. Als er vervolgens nieuwe oxides kristalliseren en deze naar de bodem zakken, zorgen deze ervoor dat de eerder gevormde kristallen niet meer in contact staan 4 een vloeibare stof of gas gaat over in de vaste fase waarbij de moleculen zich in een vaste ordening bevinden 35