Uitbarstingskolom

Een uitbarstingskolom bestaat uit hete vulkanische as die tijdens een explosieve vulkanische uitbarsting wordt uitgestoten.

Uitbarstingskolom boven de Mount Pinatubo in de Filippijnen in 1991

De as vormt een kolom die vele kilometers opstijgt boven de piek van de vulkaan. In de explosiefste uitbarstingen, kan de uitbarstingskolom opstijgen tot een hoogte van meer dan 40 km. Deze stratosferische injectie van aerosols door vulkanen is een belangrijke oorzaak van klimaatverandering op korte termijn.

Het gebeurt dikwijls dat deze explosieve uitbarsting ineenzakt onder zijn eigen gewicht. De kolom wordt niet hoog genoeg opgeduwd door de luchtstroming en valt neer langs de flanken van de vulkaan. Hierbij ontstaat de gevreesde pyroclastische stroom

Vorming

Een uitbarstingskolom wordt gevormd bij een explosieve vulkanische activiteit. Wanneer opstijgend magma een hoge concentratie aan vluchtige stoffen bevat, wordt dit omgezet in fijne vulkanische as en tefra. Deze as as en tefra worden explosief uitgestoten met een snelheid van verschillende honderden meters per sekonde tot een hoogte die vlug verschillende kilometers kan bereiken, meegezogen door enorme convectiestromen.

Een uitbarstingskolom kan een voorbijgaand fenomeen zijn indien slechts een enkele explosie eraan voorafging. Het kan ook van langere duur zijn als het ondersteund wordt door continue erupties of door kort opeenvolgende explosies.

Structuur

De vaste of vloeibare stoffen in een uitbarstingskolom worden opgestuwd door ontwikkelingen die afhangen van de hoogte.

• Onderaan de rookpluim wordt het materiaal de lucht ingeslingerd door de druk van het expanderend gas, in hoofdzaak stoom. Het gas zet uit omdat de druk van het gesteente erboven snel afneemt naarmate het oppervlak nadert.Dit stuwgebied van het gas reikt over het algemeen een tot twee kilometers boven de krater.
• Het grootste gedeelte van de uitbarstingskolom wordt echter omhoog gestuwd door convectie veroorzaakt door de turbulenties in het stuwgebied van het gas. De lucht uit de omgeving wordt erin gemengd en opgewarmd. Hierdoor zet de lucht uit, vermindert zijn dichtheid en stijgt op. Deze opstuwing brengt de vaste en vloeibare stoffen uit de eruptie tot grote hoogte.
• Naarmate de rookpluim opstijgt naar ijlere luchtlagen, wordt er uiteindelijk een hoogte bereikt waarbij de warme, stijgende lucht dezelfde dichtheid bereikt als de omgevende koelere luchtlagen. In dit gebied met neutrale opwaartse druk kan de vulkanische as niet langer stijgen via convectie. Het stijgvermogen komt dan uitsluitend van het eigen opwaartse impuls (product van massa en snelheid). In dit gebied begint de kolom zich zijwaarts te verspreiden met vorming van de typische paraplu. Onderaan in dit gebied hebben het eruptieve materiaal en de omgevende koelere lucht dezelfde dichtheid. De top van dit gebied wordt bekomen wanneer de eruptieve gesteenten door hun impuls de maximum hoogte hebben bereikt. Doordat de snelheid van de as in dit gebied zeer laag is of zelfs te verwaarlozen, wordt dit gebied vervormd door de stratosferische winden.

Hoogte

De maximumhoogte van een uitbarstingskolom wordt bepaald door verschillende factoren.

Uitbarstingskolom boven de Redoubt vulkaan in Alaska

• Intrinsieke factoren : de diameter van de eruptiekrater, het gasgehalte van het magma en de snelheid waarmee de gesteenten uitgestoten worden.
• Uitwendige factoren kunnen ook een rol spelen, zoals de plaatselijke temperatuursverandering of wanneer de wind de hoogte van de kolom beperkt. De temperatuur in de troposfeer neemt normaal af met 10K/km. Maar kleine wijzingen in dit verloop kunnen een groot effect hebben op de uiteindelijke hoogte van de kolom. Deze kan theoretisch 55 km bereiken, maar in de praktijk blijft de hoogte beperkt tussen 2 tot 45 km.

Een uitbarstingskolom die hoger reikt dan 10 tot 15 km, stoot zijn as en aerosols uit in de stratosfeer. De aspluim en de aerosols in de troposfeer worden relatief snel verwijderd door regen en andere neerslag. Maar het materiaal in de stratosfeer wordt veel trager verspreid door het ontbreken van een weersysteem. Grote hoeveelheden van deze fijne as in de stratosfeer kan een wereldomvattend effect hebben. Na de eruptie van de Mount Pinatubo in 1991 daalde over de hele wereld de temperatuur met ongeveer 0,5 C. Men neemt aan dat de allergrootste uitbarstingen de temperatuur met verschillende graden kunnen doen zakken en dus mogelijk de oorzaak zijn van het massaal uitsterven van levensvormen in de loop van de geschiedenis.

De hoogte van een uitbarstingskolom is een nuttige methode om de intensiteit van een uitbarsting te meten bij een gegeven atmosferische temperatuur. Deze hoogte is proportioneel tot de vierde macht van de hoeveelheid gesteente dat uitbarst per sekonde. Dus, om de hoogte te verdubbelen, moet er zestien maal meer gesteente uitgestoten worden per sekonde. Kon men de kolomhoogte niet rechtstreeks meten, dan kan men deze toch nog schatten aan de hand van de maximum afstand bereikt door pyroclastisch gesteente van verschillende grootte. Hoe hoger de kolom, hoe groter de bereikte afstand in functie van de massa (en dus de grootte) van het gesteente.