Tulivuori

Tulivuorten muodostuminen laattojen alityöntövyöhekkeillä.

Maan tulivuoritoiminnan ja vulkanismin lähde on sen vaipassa, joka on ohuen kuoren ja raskaan rautapitoisen ytimen välissä. Vaikka vaippa on kiinteää, se on niin kuumaa, että se virtaa hiljalleen. Avaruus on kylmä, minkä takia lämmin maapallo ei ole lämpötasapainossa ympäröivän avaruuden takia. Maa menettää siksi koko ajan lämpöänsä, ja samalla Maan sisäinen lämpö kulkeutuu ytimestä pinnalle.[6]

Maan vaipan yläosassa astenosfäärissä on sopivat olosuhteet magman muodostumiselle. Siellä lämpötila on tarpeeksi korkea ja paine matala, jotta kiviaines voi sulaa osittain. Syvemmällä Maan sisällä on kuumempaa, mutta painekin on suurempi, mikä hillitsee sulamisprosessia.[7] Lämmön epätasainen jakautuminen puolestaan synnyttää niin sanotun konvektiokierron, jossa kuumaa vaippa-ainesta liikkuu ylöspäin ja viileää materiaalia alaspäin. Vaipan yläosassa magmaa tihkuu kuoreen, mitä tapahtuu erityisesti litosfäärilaattojen reuna-alueilla, missä maankuori on rikkonaista.[8]

Vulkanismiin liittyy tulivuorten lisäksi monia muitakin ilmiöitä, kuten geysirejä ja kuumia lähteitä, jotka muodostuvat, kun magma tai kiinteä mutta edelleen kuuma magmakivi kohtaavat pohjavettä.[9]

Litosfäärilaattojen erkanemisvyöhykkeet ja maailman tulivuoret.

Tulivuoria tavataan usein litosfäärilaattojen saumakohdissa, ja laattatektoniikka selittääkin suurimman osan tulivuorista.[10] Tulivuoria on sekä lähenevien laattojen alityöntövyöhekkeillä että erkanevien laattojen hautavajoamissa. Sen sijaan toisiansa sivuuttavien laattojen reunavyöhykkeellä tulivuoria ei yleensä ole. Encyclopædia Britannican mukaan maailmassa on noin 1 450 aktiivista tulivuorta, ja niistä noin 80 prosenttia on alityöntövyöhykkeillä ja 15 prosenttia hautavajoamissa. Prosentit ovat kuitenkin harhaanjohtavia, sillä suurin osa merten hautavajoamista eli keskiselänteistä on 2–3 kilometrin syvyydessä, missä tulivuorten purkauksia on hyvin vaikea havaita. Islannissa on noin 70 tulivuorta. Jos muissakin osissa keskiselänteitä tulivuoria on yhtä paljon, niitä voi meressä olla useita tuhansia.[11] Joidenkin arvioiden mukaan merenalaisia tulivuoria on yli miljoona.[12]

Koska tulivuoret seuraavat litosfäärilaattojen saumakohtia, tulivuoret ovat siksi usein ketjuissa, jotka kiertävät maapalloa. Hyvä esimerkki on Tyyntämerta kiertävä tulirengas, johon kuuluu saarikaaria ja vuoristoja.[10] Se seuraa useiden litösfäärilaattojen reunaa, ja sen pituus on noin 40 000 kilometriä. Tyynenmeren tulirenkaan alueella on noin 75 prosenttia tunnetuista aktiivista tulivuorista, ja siellä tapahtuu 90 prosenttia maanjäristyksistä.[13]

Alityöntövyöhykkeillä merellistä maankuorta painuu vaippaan, mutta työntyvä kiila ei silti sula korkean paineen ansiosta. Kiilasta erittyy kuitenkin vettä, joka puolestaan pienentää sen yläpuolella olevan kiven sulamispistettä.[14] Kiilan yläpuolelta alkaa eriytyyn sulaa silikaattista kiviainetta, joka puolestaan muodostaa magmapesäkkeitä tunkeutuessaan maankuoreen. Kuuma aines kohoaa edelleen sulattessaan maankuorta. Pesäkkeeseen pääsee myös sulavasta kuoresta muodostuvia kaasuja, jotka kasvattavat kammion painetta. Lopulta kuumuus ja paine tekevät magmalle purkausaukon.[8]

Amerikan puolella Tyyntämerta merellinen laatta työntyy mantereisen laatan alle, ja tämän seurauksena on syntynyt pitkä vuoristoketju ja useita tulivuoria. Tulivuoria on Andeilla, Keski-Amerikan vulkaanisen kaaren ja Meksikon vulkaanisen vyöhykkeen alueella sekä Kaskadeilla ja Alaskassa. Tyynenmeren länsirannalla puolestaan merellinen laatta työntyy toisen merellisen laatan alle, minkä takia merta reunustaa monia saarikaaria, kuten Aleutit, Kuriilit, Japani, Filippiinit, Mariaanit, Uusi-Seelanti ja Indonesia.[15]

Valtamerten keskiselänteillä konvektio työntää hiljalleen kuumaa vaippaa ylöspäin. Paine on pienentynyt noin 60 kilometrin syvyydessä niin, että vaipan kivet sulavat osittain. Noin 10 prosenttia ultramafisista kivistä muuttuu mafiseksi magmaksi, joka täyttää litosfäärilaattojen erkaantumisesta aiheutuneet halkeamat, joista magma pääsee merenpohjalle. Mantereiden hautavajoamissa tapahtuu samanlaista ultramafisten kivien kohoamista ja sulamista. Mantereella myös maan kuori sulaa, jos sen sulamispiste on tarpeeksi alhainen.[14] Merten keskiselänteet yltävät hyvin harvoin merenpinnan yläpuolelle, mutta Islannin tulivuoret ovat yksi poikkeus. Mantereiden hautavajoamista tunnetuin esimerkki on Itä-Afrikan hautavajoama, jonka reunalla on useita tulivuoria.[15]

Tulivuoria esiintyy myös niin sanottujen kuumien pisteiden kohdalla. Tällaisia tulivuoria on noin viisi prosenttia tunnetuista tulivuorista. Kuumat pisteet liittyvät syvältä Maan vaipasta ylöspäin nouseviin konvektiovirtauksiin, pluumeihin. Kun kuuma piste pysyy paikallaan ja litosfäärilaatta sen päällä liikkuu, syntyy tulivuoriketjuja. Vanhemmat tulivuoret sammuvat niiden siirtyessä kauemmaksi magmalähteestä, ja samalla kuuman pisteen päälle muodostuu uusi nuorempi ja aktiivinen tulivuori. Tällainen tulivuoriketju on esimerkiksi Havaijin saaristo. Saaristo vanhenee luoteeseen mentäessä, kun taas Kīlauea ja Mauna Loa ovat Maan aktiivisimpia tulivuoria.[16] Yellowstonen kaldera puolestaan on mantereisen kuuman pisteen päällä, ja sen paikka muuttuu Pohjois-Amerikan laatan liikkuessa sen päällä lounaaseen.[15]

Pieniä yksittäisiä tulivuoria voi syntyä myös syvien maankuoren halkeamien kohdalle. Niiden kautta magmataskuista on mahdollista nousta magmaa myös maanpinnalle. Tällaisia taskuja on niin sanotulla alhaisen seismisen nopeuden vyöhykeellä, joka alkaa 50–150 kilometrin syvyydestä ja jatkuu noin 300 kilometrin syvyyteen. Jos sinne kerääntyy tarpeeksi magmaa, se alkaa jo oman nosteensa seurauksena nousta pinnalle. Maankuoren halkeamat nopeuttavat prosessia.[16]

Tulivuoreksi sanotaan paikkaa, josta Maan sisuksista pääsee purkautumaan sulia ja kaasumaisia aineksia.[2] Osa purkauksista tapahtuu vuorilla, mutta osa tulivuorista on kilometrien pituisia maankuoren halkeamia.[17]

Tulivuorista voidaan erottaa tiettyjä peruspiirteitä, jotka yhdistävät kaikkia tyyppejä. Tulivuoren alla on magmasäiliö, josta purkautuva magma nousee maanpinnalle kanavaa pitkin ja purkautuu lopulta kraatterista. Keskuskanavan lisäksi magma voi purkautua myös sivukanavia pitkin esimerkiksi vuoren rinteestä. Vuorityyppisissä tulivuorissa purkausmateriaali kasautuu purkausaukon ympärille ja muodostaa vuoren. Materiaali voi koostua jähmettyneestä laavasta, mutta siinä voi olla mukana myös erikokoisia kappaleita, joita tulivuoresta on lentänyt purkauksen yhteydessä.[17]

Meksikon Popocatépetl on kerrostulivuori.

Mauna Loa on kilpitulivuori.

Tulivuoret jaetaan rakenteensa puolesta kahteen päätyyppiin, keskustulivuoriin ja purkaushalkeamiin. Keskustulivuoret voivat olla jyrkkärinteisiä kerrostulivuoria tai loivarinteisiä kilpitulivuoria.[18] Tulivuoren keilan rakenne riippuu magman koostumuksesta. Emäksinen basalttilaava voi virrata kraatterista pitkällekin, ennen kuin se jähmettyy, ja siitä muodostuu laakeita kilpitulivuoria. Happamat lipariittiset ja puolihappamat andesiittiset laavat ovat sitkaampia, ja pääasiassa niistä koostuneet tulivuoret ovatkin jyrkkärinteisiä ja kartiomaisia.[5]

Kerrostulivuori muistuttaa rakenteelta perinteistä vuorta. Niiden huiput kohoavat jyrkästi ja alarinteet ovat loivempia.[19] Kerrostulivuoria löytyy kaikilta alityöntövyöhykkeiltä. Niitä syntyy, kun sulava litosfäärilaatta sukeltaa toisen alle ja vie samalla mukanaan merivettä ja merenpohjan sedimenttejä. Tulivuoren synnyttävä magma on sitkasta ja runsaasti kaasua sisältävää. Kerrostulivuorten purkaukset ovat räjähdysmäisiä, ja laavavirtojen lisäksi niissä sinkoutuu ilmaan tuhkaa ja kiven kappaleita. Jyrkkärinteinen ja usein symmetrinen purkauskartio syntyy, kun tefralaskeumat ja laavavirrat kasaantuvat päällekkäin.[20] Kerrostulivuoresta voi tulla pyöreälakinen, jos sen magma on hyvin sitkeää. Se jähmettyy nopeasti ja muodostaa kraatteriin purkauskanavan tukkivan laavatapin tai -kupolin. Seuraavan kerran purkautuessaan magma räjäyttää laavatapin ja muuttaa huipun muodon.[19]

Kerrostulivuorten yleisin kivilaji on Andien mukaan nimetty andesiitti, mutta niistä voi purkautua myös useita muita kivilajeja basaltista ryoliittiin.[21] Kerrostulivuoret eivät koostuu tasaisesti kerrostuneesta tuhkasta ja laavasta, vaan kerroksissa on paljon erilaisia kielekkeitä ja epäsäännöllisyyksiä.[22]

Kilpitulivuoret ovat loivarinteisiä ja kupolin muotoisia laajoja vuoria. Niiden rinteiden kaltevuus ylittää harvoin kuutta astetta.[22] Niitä syntyy erityisesti niin sanottujen ”kuumien kohtien” päälle. Niissä maankuori on niin hauras, että basalttinen laava pääsee virtaamaan maan pinnalle. Muutamassa miljoonassa vuodessa laavavirta ehtii muodostaa laajan ja laakean vulkaanisen muodostuman.[23] Pienemmät kilpitulivuoret voivat syntyä lyhytkestoisempienkin purkausten seurauksena. Kilpitulivuorten huipulla on tyypillisesti jyrkkäreunainen kraatteri tai kaldera.[22]

Tuffikeilat ovat melko pieniä ja jyrkkärinteisiä tulivuoria, jotka ovat rakentuneet pyroklastisesta materiaalista. Kartiomaisen rakennelman keskellä on kraatteri.[22] Useimmat tuffikeilat ovat alle 200 metriä korkeita, ja ne ovat muodostuneet pääosin varsin irtonaisesta aineesta. Tällaiset tulivuoret eivät ole siis kovinkaan kestäviä, ja ne rapautuvat varsin nopeasti.[24]

Crater Laken järvi Oregonissa on muodostunut kalderaan.

Kaldera on suuri pyöreähkö painanne, jonka halkaisija on yli kilometrin. Termejä kraatteri ja kaldera käytetään joskus synonyymeinä, mutta kalderat ovat selvästi kraattereita suurempia. Kalderan sisällä voi kyllä olla myös kraatteri, kuten esimerkiksi Taaljärvellä Filippiineillä. Kalderoita esiintyy sekä kerros- että kilpitulivuorten yhteydessä.[22]

Kerrostulivuoren kaldera muodostuu, kun tulivuoren purkauksen jälkeen sen huipulle jäänyt rakennelma romahtaa tulivuoren sisäosaa kohti. Kilpitulivuoren kalderan uskotaan syntyvän, kun rakotulivuori tai sivuttaissuuntainen intruusio tyhjentää huipun alla olleet magmakammiot. Tämän seurauksena huippu romahtaa, kun se jää ilman tukea.[22] Monet kalderat, kuten Yellowstonen kaldera ovat jättimäisiä, ja moniin kalderoihin syntyy kraatterijärviä.[25]

Pääartikkeli: Merenalainen tulivuori

Merenalaiset tulivuoret ovat usein kartiomaisia, vaikka ne ovat muodoltaan moninaisia. Jotkin entiset saaret saattavat olla painuneet merenpinnan alapuolelle, kun niitä tukenut maankuori on jäähtynyt ja tullut tiheämmäksi. Tällaisten tulivuorten huiput ovat voineet rapautua tasaisiksi, tai sitten niiden huipulla on korallimuodostelma. Suurin osa tunnetuista merenalaisista tulivuorista ovat matalassa vedessä, mutta muutaman tuhannen metrin syvyydessä olevat vuoret ovat todennäköisesti yleisiä. Syvässä meressä olevia vuoria lienee erityisesti merten keskiselänteillä. Matalassa vedessä olevat vuoret tunnetaan, koska niiden räjähdysmäiset purkaukset havaitaan helposti. Syvemmällä olevat tulivuoret eivät purkaudu samalla tavalla, sillä vedenpaine vähentää räjähdysmaista kiehumista.[22]

Lakagigar-tulivuoren keskushalkeamaa.

Purkaushalkeamat ovat tulivuoria, joiden purkaus tapahtuu jopa kymmenien kilometrien mittaisista maan kuoren halkeamista.[18] Niistä suuri osa sijaitsee valtamerten loittonemisvyöhykkeillä. Kuivalla maalla tällaisia tulivuoria on vain muutamissa paikoissa, kuten Islannissa, missä Atlantin keskiselänne halkaisee saaren kahtia.[20]

Suurin osa purkaushalkeamista on 0,5–2 metriä leveitä ja useita kilometriä pitkiä. Magmaa täynnä olevat maanalaiset juonet voivat olla muutaman kilometrin syviä. Islannissa purkaushalkeamat ovat usein samansuuntaisia kuin litosfäärilaattojen siirrosvyöhyke. Uusi purkaushalkeama syntyy usein pari sataa metriä aiemmasta halkeamasta. Tällaiset tulivuoret eivät yleensä synnytä vuorimaista rakennelmaa, vaan basalttisesta laavasta rakentuu paksu laavatasanko.[22]

Laakiobasaltit ovat maailman suurimpien laavapurkausten jäänteitä, mutta ne eivät suoraan vaikuttaisi istuvan laattatektoniseen teoriaan. Tällaiset suurpurkaukset voivat tapahtua keskellä isoa mannerta ja saattavat jopa aiheuttaa uuden litosfäärilaattarajan synnyn.[26] Laakiobasalttien muodostuminen on edelleen keskustelunalainen kysymys, mutta ne näyttävät liittyvän suurimassaisiin mutta melko lyhytkestoisiin magmapurkauksiin.[14]

Mahdollisesti laakiobasalttien taustalla voi olla useita erilaisia tekijöitä, sillä mikään esitetyistä tekijöistä ei selitä jokaisen tunnetun laakiobasalttiprovinssin syntymistä. Laakiobasalttipurkauksia voi esiintyä esimerkiksi alueilla, joissa vaipan lämpötila on epätavallisen korkea, tai jos vaipassa on jotain helposti sulavaa ainetta tai erilaisten maan pintaosiin vaikuttavien tapahtumien seurauksena. Viimeksi mainittuihin voivat kuulua esimerkiksi maankuoren passiivinen repeäminen, litosfäärin osittainen romahtaminen tai asteroiditörmäys.[26]

Kimberliitit ovat poikkeuksellisia tulivuoria, siellä niistä purkautuva aines on peräisin syvemmältä maan vaipasta kuin muiden purkausten. Kimberliittien magma nousee 150–450 kilometrin syvyydestä. Magma nousee myös todella nopeasti, tunneissa tai päivissä, eikä se juurikaan vuorovaikuta muun kiviaineksen takia. Siksi kimberliittien purkaustuotteet ovat ultramafisia ja vastaavat hyvin vaipan materiaalia.[27]

Kimberliittipurkauksia ei tunneta historialliselta ajalta. Nuorin kimberliitti on Tansanian Igwisi, joka on vain 10 000 vuotta vanha. Seuraavaksi nuorin on 30 miljoonan vuoden ikäinen.[27]

Stromboli purkautuu. Stromboli-tyypin purkauksissa tapahtuu pieniä räjähdyksiä, joissa sinkoutuu ilmaan nestemäistä laavaa.[31]

Karkeasti ajateltuna tulivuorenpurkaukset voidaan jakaa rauhallisiin laavavirtauksiin ja räjähdysmaisiin purkauksiin. Laavavirtauksessa tulivuoresta syöksyy basalttista magmaa, jonka viskositeetti ja kaasupitoisuus ovat suhteellisen matalia. Räjähdysmäisissä purkauksissa magman viskositeetti ja kaasupitoisuus ovat selvästi suurempia. Viskositeetin ja kaasupitoisuuden lisäksi purkauksen voimakkuuteen vaikuttaa magman paineen alentuminen sen noustessa pintaan ja nukleaatioytimet, joita tarvitaan, jotta kaasu alkaa muodostaa kuplia.[32]

Magman viskositeettiin vaikuttaa erityisesti piidioksidi, joka sitoo magmaa yhteen. Basalttisessa laavassa piidioksidin määrä on noin 50 prosenttia, kun andasiittisessa magmassa se on noin 60 prosenttia. Kaikista voimakkaimmissa purkauksissa on ryoliittista magmaa, jonka piidioksidipitoisuus on yli 70 prosenttia.[33]

Magmaattiset purkaukset jaetaan useisiin tyyppeihin, joista tärkeimpiä ovat voimakkuusjärjestyksessä Islanti-, Havaiji-, Stromboli-, Vulcano-, Pélee- ja Plinius-tyypin purkaus.[34][32] Havaiji-purkaukset ovat rauhallisia basalttipurkauksia, joissa laava on kuumaa ja liikkuvaa.[34] Tällaisissa purkauksissa on vähän piidioksidia sekä matala viskositetti ja vähän kaasuja, jotka myös pääsevät vapautumaan helposti.[33] Stromboli-purkaukset ovat puolestaan kaasupurkauksia, joissa kaasu ryöpyttää punahehkuista laavaa ilmaan ja rinteille. Pélee-purkauksille tyypillistä ovat pyroklastiset pilvet, jotka ovat muodostuneet kuumista kokoonpuristuneista kaasuista ja osittain sulasta kiviaineksesta.[34]

Kun magman viskositeetti on suuri ja siinä on paljon kaasuja, kaasukuplat eivät pääse vapautumaan magmasta. Magman sisäinen paine voi vastata useita satoja normaali-ilmakehää.[35] Voimakkaimpia purkauksia ovat Plinius-tyypin purkaukset, joissa kaasu kuohahtaa magmassa ja saattaa repäistä koko magmakanavan rikki. Räjähdysmäisesti nousevat kaasut aiheuttavat valtaisan purkauspilven, joka voi nousta jopa stratosfääriin asti. Tuhkapilvissä voi esiintyä myös salamoita, jotka syntyvät staattisesta sähköstä.[32] Räjähdyspurkausten magma on sitkasta ja myös tukkii helposti purkausaukon. Tällainen purkaus voi jopa tuhota koko vuoren.[34]

Freatomagmaattiseksi purkaukseksi kutsutaan räjähdyspurkausta, jossa magma syöksyy pinnalle veden läpi.[36] Tulivuoren freaattinen purkaus puolestaan syntyy, kun maanpinnan alla oleva neste kuumenee magman, laavan, kuuman kiviaineksen tai vulkaanisen materiaalin seurauksena ja lopulta aiheuttaa räjähdyksen.[37]

10 metriä korkea laavasyöksy Havaijilla.

Laavajärvi Nyiragongossa.

Tulivuorista purkautuu muun muassa hehkuvansulaa magmaa, jota sen poistuttua kraatterista sanotaan myös laavaksi.[5] Laava on tulivuorten yleisin purkaustuote, kun mukaan lasketaan valtamerten keskiselänteiden purkaukset.[38] Maanpinnalla laava muodostaa jäähtyessään joko köysi- tai lohkarelaavaa, joille on annettu havaijinkieliset nimet pahoehoe- ja aa-laava.[39] Kemiallisesti niiden koostumus on sama, mutta niiden käyttäytymisen ero vaikuttaa johtuvan purkauslämpötilasta ja laavavirran nopeudesta.[38] Merenpohjalla purkautunut köysilaava tunnetaan tyynylaavana.[39]

Laavavirran nopeuteen vaikuttaa laavan tyyppi ja sen viskositeetti sekä maanpinnan kaltevuus. Lisäksi laavavirta voi virrata sekä laajana mattona että nopeammin kapeassa kanavassa tai laavatunnelissa. Basalttinen laava on juoksevaa, ja se voi edetä kymmenien kilometrin päähän purkauspaikasta, kun taas viskoosimpi andasiittinen laava yltää harvoin yli kahdeksaan kilometriin. Basalttisen laavan etureuna kulkee jyrkillä rinteillä 10 km/h, mutta ohuissa kanavissa ja laavatunneleissa nopeus voi ylittää jopa 30 km/h. Andasiittisen laavan nopeus puolestaan on vain muutamia kilometrejä tunnissa.[40] Todella viskoosinen laava ei välttämättä valu kovinkaan kauaksi, vaan se voi kerääntyä purkausaukon ympärille laavakupoliksi.[41]

Kuuma laava peittää, ympäröi, kaataa tai sytyttää kaiken, joka sen eteen tulee, mutta laavaan kuolee vain harvoin ihmisiä sen hitauden takia. Ihmisiä loukkaantuu lähinnä siksi, koska ne menevät liian lähelle katselemaan kuumaa laavaa. Laava voi kuitenkin muuttaa radikaalisti ympäristöä, sillä esimerkiksi asunnot voivat peittyä kymmenien metrien paksuisella mustalla kivikerroksella.[40]

Mies lakaisee tuhkaa kadulta Keludin purkautumisen aikaan 2014.

Tulivuoren purkauksen yhteydessä tapahtuvat räjähdykset tuottavat paljon kiinteää materiaalia pölystä suuriin kiviin. Vulkaaninen pöly on pienintä materiaalia, ja siitä hieman suurempaa materiaalia on vulkaaninen tuhka, jonka koko vastaa suurimmillaan riisin jyvää. Lapillit ovat puolestaan 2–64 millimetrin suuruisia kiviä. Sitä suurempia kappaleita kutsutaan joko vulkaanisiksi lohkareiksi tai pommeiksi. Lohkareet ovat usein vanha kiveä, kun taas pommit ovat hehkuvaa ja pehmeää materiaalia.[42]

Lapillit voivat muotoutua purkauksissa erilaisiin muotoihin. Hyvin nopeasti viilentyneitä kappaleita kutsutaan Pelen kyyneleiksi. Ne voivat puolestaan venyä liikkuessaan nopeasti ilman halki, jolloin syntyy Pelen hiuksia. Kaasu voi aiheuttaa myös kappaleille erilaisia muotoja. Hohkakivi on esimerkiksi sisältänyt paljon ilmaa, ja se on hyvin huokoista. Ilmaa on jäänyt myös kiven sisälle, minkä takia hohkakivi kelluu. Hohkakiveä syntyy felsisestä laavasta, mutta mafisesta laavasta syntyy vulkaanista kuonaa ja retikuliittia. Jälkimmäinen on hyvin harvinaista ja herkkää kiveä, joka on käytännössä lasiverkostoa.[41]

Tuhkalaskeuma on selvästi yleisin tulivuorenpurkauksen aiheuttama seuraus. Pieni materiaali voi helposti kulkeutua pitkien matkojen päähän purkauspaikasta, ja laskeuma voi vaikuttaa yhteisöihin jopa tuhansien neliökilometrien alueella.[43] Hienojakoinen tuhka ei yleensä aiheuta suoria vaurioita, mutta muutaman senttimetrin kerros tuhkaa voi vaurioittaa rakennusten kattoja ja aiheuttaa satojen tuhoutumisia.[44]

Kasveille jo senttimetrin tuhkakerros voi olla vaarallista, ja muutama senttimetri tuhkaa voi tuhota viljelysmaan sukupolvien ajaksi. Karjalle puolestaan on vaarallista tuhkassa oleva fluori. Tulivuorenpurkaus voi aiheuttaa tuhansille naudoille ja lampaille fluoroosin. Ihmisellekin tilanne voi olla vaarallinen, jos fluoria päätyy juomavesijärjestelmään.[45]

Tuhkalaskeuma on kuitenkin myös varsin ravinnepitoista, joten sen päälle syntyy erityisen hedelmällistä maaperää.[44] Säännöllinen tuhkakerros tuottaa maaperään paljon rikkiä ja seleeniä, millä on suotuisia vaikutuksia maanviljelyyn. Merissä tuhka puolestaan lisää makroravinteita ja bioaktiivista metallia, jota ilman kasviplankton ei pysty kasvamaan pinnan läheisyydessä.[45]

Ijentulivuoresta purkautuu rikkipitoisia kaasuja.

Tulivuorenpurkauksissa vapautuvista kaasuista yleisimpiä ovat vesihöyry, hiilidioksidi, rikkidioksidi ja rikkivety. Lisäksi kaasuna voi tulla esimerkiksi vetyä, heliumia, typpeä, vetykoloridia ja elohopeaa.[46] Vesihöyryn osuus kaikista purkauskaasuista on yli 90 prosenttia. Vesihöyry on pääosin syntynyt pohjavedestä.[47]

Magmasta vapautuvan kaasun koostumukseen vaikuttavat lämpötila, paine sekä räjähdysherkän materiaalin yleiskoostumus. Hapen määrällä on erityisen suuri vaikutus, sillä sen seurauksena tietyt aineet ovat vakaampia kuin toiset. Jos vulkaaniset kaasut sekoittuvat ilmakehän kaasuihin, vesihöyry, hiilidioksidi ja rikkidioksidi ovat vakaassa tilassa. Jos puolestaan happea on vain vähän saatavilla, metaani, typpi ja rikkivety ovat vakaita.[46]

Pääsääntöisesti purkauksessa erittyvä hiilidioksidi laimenee ympäröivään ilmaan, mutta sopivissa olosuhteissa se voi valua ilmaa raskaampana alaville alueille. Hiilidioksidipitoisuuden nouseminen noin 15 prosenttia on ihmiselle hengenvaarallista.[48] Rikkidioksidi puolestaan ärsyttää ihoa, kudoksia ja silmien, nenän ja kurkun limakalvoja. Rikkidioksidipäästöt voi aiheuttaa myös happosateita ja ilman saastumista. Rikkivety on hajutonta korkeina pitoisuuksina ja myös erittäin myrkyllistä. Tuhkapartikkelien pinnalla on usein vetyhalideita, jotka voivat myös synnyttää happosateita ja tuhkan mukana myrkyttää vesijärjestelmiä, viljelmiä ja laitumia.[48]

Tulivuorista voi vapautua kaasuja purkausten lisäksi fumaroleista. Kaasut voivat myös vapautua maaperään tai pohjaveteen.[41]

Niin sanotut pyroklastiset virrat ovat tulivuortenpurkausten vaarallisimpia ilmiöitä.[49] Ne ovat eräänlaisia kuumien kappaleiden ja kaasujen sekä ilman seoksia, jotka liikkuvat huomattavan nopeasti maapinnan tasossa. Pilvimäisessä virtauksessa vulkaanisten kaasujen lämpötila voi kohota 700 asteeseen, ja virran nopeus voi olla usein yli 100 kilometriä tunnissa ja jopa 160 kilometriä tunnissa. Niiden vaarallisuuden takia niitä ei ole kovin usein päästy tutkimaan, ja monia tyyppejä määritellään nimenomaan kerrostumien mukaan. Sen takia ilmiön nimityskin vaihtelee, ja joskus puhutaan pyroklastisesta virrasta, ”hehkuvasta pilvestä” tai pyroklastisesta hyöystä.[50]

Yleisesti pyroklastinen virtaus voi muodostua, kun laavaa, tuhkaa ja kaasuja sisältävä purkauspilvi menettää liike-energiansa ja romahtaa takaisin maanpinnalle.[51] Romahtamiseen vaikuttaa se, että ilmakehään kohoava purkauspilvi alkaa viiletä, jolloin siitä tulee myös tiheämpää eikä se enää säilytä liikettänsä.[49]

Pyroklastinen virta voi kaataa, tuhota, haudata tai viedä mukanaan lähes kaiken sen tielle osuvan. Samalla huomattavan kuumat kivet ja kaasut sytyttävät tulipaloja sekä sulattavat lunta ja jäätä. Virta voi peittää laaksot jopa 200 metrin syvyisen kerrostuman alle, ja pieni virtaus voi jo tuhota rakennuksia, metsiä ja viljelysmaita. Pyroklastiseen virtaukseen voi kuolla tuhansia ihmisiä, ja uhrit kuolevat yleensä kuumuuden aiheuttamaan šokkiin, asfyksiaan, keuhkojen lämpövammoihin tai palovammoihin. Pyroklastinen virta hautasi alleen muun muassa ensimmäisellä vuosisadalla Pompeijin ja Herculaneumin kaupungit sekä tappoi vuonna 1902 Mont Peléen vaatimaton purkauksen jälkeen Martiniquen saarella muutamissa minuuteissa noin 29 000 ihmistä.[52]

Armeron kaupunki vuoden 1985 laharin jäljiltä.

Tulivuorten rinteillä esiintyy yleisesti erilaisia irtoainesvyöryjä, sillä rinteillä on usein paljon tuhkaa, kiviä ja muuta irtoainesta. Vyörymä voi syntyä magmaintruusion, purkauksesta aiheutuneen räjähdyksen, paikallisten maanjäristyksen tai vesisateen seurauksena. Suuri mutta myös varsin harvinainen tapahtuma on irtoainesvyöry, jossa jopa kokonainen osa tulivuoren rinnettä sortuu ja vyöryy kymmenien kilometrien matkan.[53] Jos liikkuva aines on veden kyllästämää tai se päätyy jokiuomaan, se muuttuu irtoainesvirtaukseksi. Lahariksi puolestaan kutsutaan virtausta, jossa materiaalissa on merkittäviä määriä savea.[54]

Erilaisten maanvyöryjen vaikutus asutuilla alueilla voi olla valtaisa.[54] Nevado del Ruizin purkautuminen Kolumbiassa vuonna 1985 sai aikaan suuren mutavyöryn. Itse purkaus oli voimakkuudeltaan varsin maltillinen, mutta se aiheutti kraatterin ympäristössä ollen lumen nopean sulamisen. Puolessatoista tunnissa mutavyöry ehti 60 kilometrin päässä sijaitsevaan Armeron kaupunkiin, missä kuoli arviolta 22 800 ihmistä.[55]

Osittain veden alla sijaitsevan kalderan romahtaminen tai vyörymän syöksyminen voimalla mereen voi aiheuttaa tsunamin eli valtavan hyökyaallon.[56] Tsunameita voi syntyä myös, kun vedenalainen kaldera romahtaa tai kun vedenalainen purkausaukko räjähtää meriveden päästyä purkauskanavaan.[57]

Tsunamit voivat pahimmillaan vaatia tuhansia ihmishenkiä, sillä asutustiheys on usein tiheimmillään rannikkoalueilla.[57] Historiallisen ajan tunnetuin tulivuoren aiheuttama tsunami syntyi Krakataun purkauksessa 1883. Suurin osa Krakataun noin 36 000 kuolonuhrista johtui lähisaarille iskeneestä tsunamista.[58] Jos tulivuori on valtameren rannalla, se voi aiheuttaa megatsunamin. Tämä vaatisi sen että tulivuoresta romahtaisi pala suoraan mereen. Tällainen mahdollisuus saattaa tiedemiesten mukaan olla esimerkiksi La Palman saarella.[59]

Eyjafjallajökullin vuoden 2010 purkauksen tuhkapilven leviäminen 14–25.4. Purkaus pysäytti lentoliikenteen isossa osassa Eurooppaa.

Tulivuorenpurkauksesta ilmaan noussut aines on vakava vaara lentoliikenteelle. Tuhkapilviä ja aerosoleja ei voi havaita tutkalla, eikä lentäjät välttämättä pysty erottamaan sellaista tavallisesta pilvestä.[60] Kivituhka naarmuttaa koneen etuosaa, jolloin siipien etureunan ja moottorien vahingoittuminen voi aiheuttaa vakavia vaaratilanteita. Ohjaamon ikkunat voivat myös naarmuuntuma läpinäkymättömiksi.[61] Mekaanisen naarmutuksen lisäksi purkauspilven happamat aineosat voivat aiheuttaa metallin syöpymistä, ja lasimaiset osat voivat sulaa ja takertua moottorin sisäosiin. Moottoreihin ajautuva tuhka voi myös tukkia niiden ilmanoton ja sammuttaa ne.[62]

Kansainvälinen siviili-ilmailujärjestö (ICAO) on perustanu yhdeksän tiedotuskeskusta tiedottamaan lentoliikenteelle vaarallisista purkauksista ja ennustaa tuhkapilvien leviämistä.[63] Järjestö on myös kehittänyt purkauksista kertovan värikoodeihin perustuvan varoitusjärjestelmän.[64]

Pääartikkeli: Tulivuorenpurkauksen vaikutukset ilmastoon

Tulivuorten ilmastovaikutukset liittyvät erityisesti korkealle ilmakehään kohoaviin tuhkapilviin.[65] Troposfääriin päätyvät purkaustuotteet päätyvät parissa viikossa sateen mukana takaisin maanpinnalle, mutta stratosfäärissä ollaan jo säätapahtumien yläpuolella. Siellä ne pystyvät vähentämään Auringon säteilyn pääsyä Maahan, mikä puolestaan viilentää ilmastoa.[66] Rikkidioksidi vaikuttaa viilentävästi, mutta kasvihuonekaasuihin kuuluva hiilidioksidi lämmittävästi.[65] Hiilidioksidia syntyy tulivuorenpurkauksissa kuitenkin niin vähän, ettei sillä ole juurikaan vaikutusta ilmaston lämpenemiseen.[67] Rikkidioksidi muuttuu stratosfäärissä rikkihapoksi, joka puolestaan tiivistyy nopeasti sulfaattiaerosoliksi. Auringon säteily heijastuu niistä osin takaisin avaruuteen, mikä puolestaan viilentää Maan ilmakehän alaosaa eli troposfääriä.[65]

Tunnetuista tulivuorenpurkauksista esimerkiksi 1900-luvulla El Chichónin vuoden 1982 ja Pinatubon vuoden 1991 viilensivät ilmakehää noin 0,5 astetta.[68] Ilmastovaikutukset kuitenkin myös vaihtelevat, sillä esimerkiksi Pinatubon purkauksen jälkeen pohjoisten leveysasteiden talvet leutonivat selvästi. Tämä johtui länsituulten voimistumisesta, mikä toi mantereelle lauhaa merellistä ilmaa.[67] Historiallisesti moniin purkauksiin on myös liitetty kylmiä aikakausia.[68] Esimerkiksi kesätöntä vuotta 1816 edelsi Tamboran purkaus. Tambora syöksi ilmaan 150 kuutiokilometriä vulkaanista ainetta ja noin 200 miljoonaa tonnia rikkipitoisia kaasuja. Ne levisivät nopeasti ympäri maapallon ja viilensi säätä maailmanlaajuisesti.[69]Toban purkauksen 75 000 vuotta sitten arvellaan aiheuttaneet maapallon pintalämpötilan laskemisen 3–5 asteella. Purkaus oli suurin, jota maapallolla on tapahtunut kahteen miljoonaan vuoteen.[70]

Mittauspiste Vesuviuksen kraatterilla.

Purkauksia pyritään ennustamaan aiempia historiallisia tapauksia sekä esihistoriallisia kerrostumia tutkimalla. Tulivuorilla on myös tulivuoriobservaorioita, jotka tarkkailevat paikallisia maanjäristyksiä ja pinnan epämuodostumia, jotka voivat ennustaa tulevasta purkauksesta.[71] Ennen tulivuoren purkautumista, magman paine kasvaa vuorensisäisissä magmataskuissa, mikä aiheuttaa maan tärähtelyä. Mittausten avulla ei saada selville purkauksen tarkkaa paikkaa tai ajankohtaa, mutta pitkäaikainen seuranta ja tietojenkeruu säästää ihmishenkiä.[64]

Seurantajärjestelmien tehokkuus sai näyttöä St. Helensin purkauksessa vuonna 1980. Purkauksen ennustusmerkkejä saatiin hyvissä ajoin, jolloin tiedeyhteisöjen ja viranomaisten hyvän tiedonkulun ansiosta alue saatiin nopeasti tyhjennettyä.[64]

Tulivuorenpurkauksen voimakkuuden mittaamiseen voidaan käyttää useita eri luokittelutapoja. Purkauksesta voidaan mitata esimerkiksi sen purkauspilven korkeutta, purkautuvan aineksen määrää, sinkoutuvien kappaleiden koon ja niiden sinkoutumisetäisyyden välistä suhdetta, hienojakoisen tuhkan määrää tai sen kestoa. Purkauksen räjähtävyyden arvioimiseen on kehitetty VEI-indeksi,[64] joka voi saada arvon väliltä 0–8. Purkaukseen ei liity lainkaan räjähdyksiä, jos VEI-arvo on 0. Sieltä valuu laavaa, mutta siihen ei liity räjähdyksiä. VEI-arvolla 5 purkauksen yhteydessä tapahtuu jo huomattavan suuri räjähdys. Tällaisia tapahtuu keskimäärin 20 vuoden välein. Maapallolla on vuoden 1500 jälkeen tapahtunut viisitoista VEI 5-, neljä VEI 6- ja yksi VEI 7 -luokan purkaus. Voimakkaimmassa luokassa on vain Tamboran vuoden 1815 purkaus.[64]

VEI-arvo on määritelty yli 5 000 purkaukselle viimeisen 10 000 vuoden ajalta. Mikään niistä ei ole lähelläkään VEI 8 -luokan teoreettista purkausta. Tällainen purkaus olisi erittäin tuhovoimainen, ja siinä vapautuisi yli tuhat kuutiokilometriä vulkaanista ainetta, se kestäisi yli 12 tuntia ja sen savupatsas kohoisi yli 25 kilometriin. Näin massiivisessa purkauksessa ovat syntyneet jättiläiskalderat, kuten Yellowstonen kaldera.[64]

VEI 8 -luokkaan liitetään myös termi supertulivuori, jolla tarkoitetaan tulivuorta, joka historiansa aikana jossain vaiheessa purkautunut niin voimakkaasti, että siitä on levinnyt yli tuhat kuutiokilometriä purkausmateriaalia.[72] Supertulivuori syntyi terminä jo vuonna 1925, mutta sen alkuperäinen merkitys oli hieman erilainen. Sanan käyttö vakiintui 2000-luvun alussa, kun ensin vuonna 2000 BBC:n Horizon-televisio-ohjelman jaksossa käsiteltiin supertulivuoria ja vuonna 2005 BBC ja Discovery Channel tekivät aiheesta dokudraaman.[73] Viimeisin supertulivuoren purkaus tapahtui 22 600 vuotta sitten, kun Taupon purkautuessa vapautui 1 130 kuutiokilometriä ainesta. Muita viimeisen 2 miljoonan vuoden aikana purkautuneita supertulivuoria ovat Long Valley, Valles ja Toba.[72]

Tulivuoriin ja tulivuorenpurkauksiin liittyy paljon myyttejä ja kansanperinnettä ympäri maailmaa. Osa niistä pyrkii selittämään ylipäänsä tiettyjen tulivuorten olemassaoloa, mutta osa myyteistä liittyy esimerkiksi tulivuorenpurkausten syihin. Tulivuorimyyteillä on voitu myös hakea selitystä sille, miksi tietyt tulivuoret ovat epäaktiivisia ja toisaalta sille, mikä on saanut tulivuoret aktivoitumaan uudestaan. Monissa esihistoriallisissa myyteissä tulivuorten purkaukset on yhdistetty jumaliin tai muihin yliluonnollisiin olentoihin.[74]

Monien kielten tulivuorta tarkoittava sana on peräisin Sisilian rannikon tuntumassa olevalta Vulcanon saarelta, jossa roomalaisen mytologian tulen jumalan Vulkanuksen paja oli. Vulkanus tai kreikkalaisittain Hefaistos teki haarniskoja jumalille, ja Vulcanon tulivuoresta tuleva savu viittasi Vulkanuksen olevan työssänsä. Tulivuoritoimintaan liittyneet järistykset johtuivat puolestaan siitä, että Vulkanus takoi suurella lekallansa.[74]

Tyynenmeren saarilla tulivuorimyytit ovat yleisiä.[75] Havaijilla saarten synty on yhdistetty Pele-jumalattareen. Pele oli tulen jumalatar, kun tämän sisko Nāmaka oli puolestaan veden hengetär. Pelen ja Nāmakan välillä vallitsi sovittamaton ristiriita, ja Pele pakeni sisartansa, joka sammutti jokaisen tämän maahan iskeneen tulivuoren kraatterin. Pele kulki Havaijisaaria kaakkoon ja päätyi lopulta Havaijisaaren Mauna Loalle. Nāmaka ymmärsi, ettei hän pystyisi tuhoamaan sisartansa, joten hän jätti tämän lopulta rauhaan.[76] Maorien mytologiassa on myös paljon viittauksia tulivuoriin. Uuden-Seelannin tulivuorista Ngauruhoe alkoi erään tarun mukaan purkautua vasta, kun Ngātoro-i-rangi-niminen noita oli asettunut sen laelle. Eräänä kylmänä yönä noita pyysi jumalilta lämpöä ja sai vastauksen, jonka seurauksena vuoresta syöksähti tulivirta.[77] Maorien tulivuorten jumala on puolestaan Rūaumoko.[78]

Japanin tunnetuin tulivuori on Fuji, joka on jumalatar Konohanasakuyahime koti.[79] Fuji on ollut myös huomattavan merkittävä japanilaisessa kulttuurissa, perinteissä ja mytologiassa, ja sitä on pidetty pyhänä.[80] Šintolaisia pyhäkköjä Fujin rinteille on rakennettu jo 700-luvulla, ja synkretistisen shugendōn harjoittajien keskuudessa siitä tuli 1100-luvulla pyhiinvaelluskohde. Fujin uskotaan olevan myös kuolleiden esi-isien henkien kokoontumispaikka. Vuorta ja henkiä rukoillaan turvallisuuden ja toisaalta Konohanasakuyahime erityisroolin synnytyksen takia. Ympäri Japania on yli 13 000 Fujille omistettua pyhäkköä.[81]

Islantilainen Hekla on purkautunut historiallisella ajalla useita kertoja. Ensimmäisen kerran vuonna 1104.[82] Keskiajalla Heklan uskottiin olevan toinen porteista Helvettiin, toinen oli Italian Stromboli.[83]

Geomytologiassa geologit ovat yhdistäneet myyttien tuntemusta geologisiin tutkimuksiin ja näin saaneet uutta tietoa maanjäristyksistä, tulivuortenpurkauksista ja tsunameista.[84] Ihmiset ovat yhdistäneet tulivuorenpurkaukset usein jumaliin, mutta perimätieto voi silti tarjota paljon puuttuvaa tietoa satoja tai tuhansia vuosia sitten tapahtuneista purkauksista.[85]

Myytit ovat auttaneet tunnistamaan muun muassa Fidžiin kuuluvan Kadavulla sijaitsevan Nabukelevun aktiivisuuden. Paikallisissa tarinoissa oli tekijöitä, jotka viittasivat selvästi historiallisiin purkauksiin, vaikka Nabukelevun uskottiin purkautuneen viimeksi 50 000 vuotta sitten, mutta sitten alueelta löydettiin vanhaa keramiikkaa tulivuorikerrosten alta.[85]

Tulivuorenpurkaus Conrad Lycosthenesin teoksessa.

Tulivuoret ovat inspiroineet taiteilijoita jo vuosituhansien ajan. Monet tulivuoret, kuten Japanin Fuji, ovat symmetrisiä vuoria ja luovat ympärilleen kauniina pidettyjä maisemia. Lisäksi tulivuorenpurkaukset ovat todennäköisesti eniten huomiota herättäviä luonnonilmiöitä. Ne synnyttävät pelkoa, ihailua ihmetystä sekä ovat samaan aikaan visuaalisesti näyttäviä.[86] Mahdollisesti vanhin tunnettu kuvaus tulivuorenpurkauksesta on Turkissa sijaitsevasta Çatal Hüyükistä. Seinämaalauksessa esitetään Hasan Dağın purkautumista. Maalauksen tulkinnasta ei kuitenkaan ole yksimielisyyttä.[87][88]

Länsimaisessa taiteessa Vesuviuksesta tuli erityisen tunnettu 1700-luvun puolivälissä. Vuori oli aktiivinen 1700-luvun jälkimmäisellä puoliskolla, ja monet Grand Tour’lla olleet saivat todistaa sen purkausta.[89] Yksi Vesuviuksen purkauksen nähneistä taiteilijoista oli englantilainen Joseph Wright, joka maalasi elinaikanaan yli 30 maalausta tulivuorenpurkauksista.[90] Wright edusti klassismia, mutta hänen maalauksissansa oli jo selvästi esiromanttisia piirteitä. Romantiikan aikana maisemamaalauksen ei tarvinnut enää esittää luontoa sellaisenaan, vaan taiteilijan tuntemusta luonnosta. Wrightin Vesuvius-maalauksissa on jo subliimeja piirteitä.[91]

Länsimaisen taidehistorian tunnetuin tulivuorenpurkausten maalaja on ollut englantilainen William Turner.[92] Hänen ensimmäinen tulivuorimaalaus esitti Karibian La Soufrièrea, jonka hän oli tehnyt plantaasinomistaja Hugh Perry Keanen hahmotelmasta. Turner vieraili vuonna 1819 Napolissa, mutta tuolloin Vesuvius ei purkautunut. Hän maalasi lopulta kaikki tulivuorimaalauksensa toisten kuvausten perusteella.[90] Turnerin aikalainen oli japanilainen Hokusai, joka teki vuosina 1823–1829 teossarjan 36 näkymää Fujivuorelle. Hänen lisäkseen Fujia ovat maalanneet muun muassa Minsetsu ja Hiroshige.[92]

Havaijin tulivuorten ympärille kehittyi oma koulukuntansa 1800-luvun lopulla. Sen edustajat maalasivat Havaijin vuoria dramaattisen synkästi. Sen keskeisimpiä hahmoja oli ranskalainen Jules Tavernier, josta tuli paikallinen kuuluisuus. Havaijin kuningas Kalākaua nimitti hänet jopa hovitaiteilijaksi. Useimmat tulivuorikoulukunnan taiteilijat eivät olleet kotoisin Havaijilta, mutta D. Howard Hitchcock oli syntyjään havaijilainen.[93]

Tulivuorten purkauksilla on saattanut olla taiteen väreihin laajempikin merkitys. Tieteilijät ovat tutkineet auringonlaskuissa punaisen ja vihreän tasapainoa, joka vaikuttaisi viittaavan tulivuorenpurkauksissa ilmakehään kulkeutuneisiin partikkeleihin. Turnerin maalauksia tutkineet taiteilijat esimerkiksi havaitsivat vuonna 2014, että pian purkausten jälkeen maalatuissa tauluissa auringonlaskun värit olivat erilaiset kuin muina aikoina tehdyissä tauluissa. Ennen Turner-tutkimusta tähtitieteilijä Donald Olson oli jo huomauttanut Edvard Munchin Huuto-maalauksen väreistä ja ehdottanut, että taivaan värit olivat seurausta Krakatoan purkauksesta, joka tapahtui toisella puolella maapalloa mutta joka väritti taivasta myös Norjassa.[94][95]

• 
  Joseph Wright, Vesuvius Porticista, öljy kankaalle, n. 1774–1776.
• 
  William Turner, Vesuviuksen purkaus, vesiväri paperille, 1817–1820.
• 
  Turner, Järvi, Petworth, auringonlasku, taistelevat pukit, öljy kankaalle, 1829. Teoksen värityksen uskotaan johtuvan tulivuorenpurkauksen aiheuttamasta väristä auringonlaskussa.[95]
• 
  Hokusai, Etelätuuli, kirkas taivas tai Punainen-Fuji, puupiirros, n. 1830.
• 
  D. Howard Hitchcock, Halemaumau, tulijärvi, öljy levylle, 1888.