In 2020 barstte er in La Palma een vulkaan uit die bijna het hele eiland heeft vernietigd. Stromend lava verwoestte alles wat het aanraakte. Het gebeurt niet vaak dat er een vulkaan uitbarst. Maar als het gebeurt, heeft het vaak grote gevolgen zoals ook op La Palma. Maar hoe ontstaat een vulkaan?

Een vulkaan ontstaat wanneer vloeibaar magma onder de aardkorst het oppervlak bereikt. Door subductie van tektonische platen is er ruimte voor het magma om een vulkaan te vormen. Ook is het mogelijk dat het naar boven stromende magma door de aardkorst naar buiten treedt en een vulkaan vormt.

Wat zorgt ervoor dat de binnenste lagen van de aarde vloeibaar zijn? Hoe ontstaat een vulkanen precies? En is er vulkanisme op andere planeten en manen binnen ons zonnestelsel? Die vragen ga ik zo helder mogelijk proberen te beantwoorden.

Hoe ontstaat er een vulkaan?

Het kan wel 10-100 duizenden jaren duren voordat er een vulkaan ontstaat. Maar om te weten hoe vulkanen precies ontstaan, moeten we eerst begrijpen hoe warmtetransport in de Aarde plaatsvindt. Er zijn twee manieren waarop er warmte in de Aarde wordt verplaatst.

De eerste manier is door simpele geleiding van warmte. Een deeltje met veel energie geeft een deel van zijn warmte af aan het deeltje waar het mee in botsing komt. Dit is ook waarom een pan op het gasfornuis heel heet aanvoelt. Het hete ijzer dat je aanraakt geeft warmte af aan je hand. Hierdoor verbrandt je je. Dit proces vindt voornamelijk in de aardkorst plaats. Dit type transport van warmte is echter niet heel erg efficiënt. Daarom geeft het gesmolten magma onder het oppervlak zijn warmte op een andere manier af.

Het magma dat dichter bij de kern van de Aarde zit is een stuk warmer dan het magma dat aan het oppervlakte zit. Hierdoor stijgt het hetere magma naar boven. Als het gesmolten gesteente de koudere gesmolten lagen bereikt, geeft het een deel van zijn warmte af aan het koudere magma. Hierdoor zakt het nu weer kouder geworden magma naar beneden richting de kern. Hier wordt het weer wordt opgewarmd totdat het vervolgens weer naar boven stijgt. Dit proces heet convectie en zorgt tevens voor de beweging van de tektonische platen.

Afhankelijk van de plek kan een vulkaan op verschillende manier ontstaan.

Hoe ontstaat een vulkaan door te langzame convectie?

Het warmtetransport via convectie zoals hierboven beschreven kan ook ´fout´ gaan. Het hete magma dat naar boven komt koelt dan niet genoeg af. Hierdoor blijft het magma stijgen tot het de gestolde aardkorst tegenkomt. Hier kan het magma de aardkorst opzij en naar boven duwen totdat er een berg met een vulkaan ontstaat. De plekken waarop dit gebeurt heten hotspots.

Meestal gebeurt dit op plekken waar de aardkorst net wat dunner is. Het hete gesmolten gesteente kan makkelijk door deze dunne laag heen branden. Als het het oppervlakte bereikt kan het een vulkaan worden of een berg maken. Omdat de aardplaten bewegen terwijl de hotspot op dezelfde plek blijft liggen, zie je een keten aan kleine eilandjes/vulkanen ontstaan.

De Hawaii eilandketen is hier een voorbeeld van. Dit is een rij aan eilanden die op een lijn liggen. Je kan hier ook aan zien in welke richting de onderliggende aardplaat beweegt.

hoe een vulkaan ontstaat
In deze afbeelding is te zien hoe een rij vulkanen en gebergte ontstaat door een hotspot. De tektonische plaat beweegt terwijl de hotspot op dezelfde plek blijft. Bron: ©Galapagos Conservation Trust

Een vulkaan ontstaat door subductie

Subductie is het proces waarbij een tektonische plaat onder een andere aardplaat schuift. Hier komt veel energie bij vrij waardoor de plaat die onder de andere plaat door gaat, kan gaan smelten. Er is nu een opening naar het oppervlakte toe.

Heet magma maakt hiervan gebruik om het oppervlakte te bereiken. Er ontstaat nu een vulkaan. Dit soort vulkanen zijn daarom aan de randen van tektonische platen te vinden waar twee platen onder elkaar door schuiven. De plekken waar dit gebeurt heten subductiezones.

Op dezelfde manier kan er ook een vulkaan ontstaan wanneer twee aardplaten van elkaar af bewegen. Er komt dan een lege ruimte vrij. Gesmolten magma gebruikt deze ruimte om een vulkaan te creëren. Een voorbeeld van een eiland dat op deze manier tot stand is gekomen is IJsland. Dit verklaart waarom er op IJsland in totaal wel 130 vulkanen heeft. Hiervan zijn er nog 30 actief.

Waarom heeft de aarde vloeibare lagen?

Zoals je in bovenstaande tekst hebt gelezen is vloeibaar magma in de aarde cruciaal voor het ontstaan van vulkanen. Maar waarom heeft de Aarde deze vloeibare lagen?

De Aarde was tijdens zijn vorming een grote gesmolten hoop gesteente. Volgens natuurkundige processen zou deze gesmolten bol na ongeveer 40 miljoen jaar gestold moeten zijn. Maar dit is niet het geval. Na 4,5 miljard jaar heeft de Aarde nog steeds gesmolten magma. Er is dus een bron van warmte nodig om deze lagen gesmolten te houden. Er zijn hier een paar kandidaten voor.

Vormingswarmte Aarde

Als aller eerste kunnen we kijken naar de vorming van de Aarde. De Aarde is tegelijkertijd met het zonnestelsel ontstaan. Je kan je misschien wel voorstellen dat er toentertijd heel veel energie en warmte aanwezig was. De hele Aarde was destijds zelfs helemaal gesmolten. Doordat de Aarde gesmolten was kregen zware stoffen de kans om door middel van differentiatie naar de kern te zakken.

De hitte die hierbij vrijkwam is echter niet genoeg om de nu gesmolten lagen magma te kunnen verklaren. De Aarde zou deze warmte namelijk al miljarden jaren geleden kwijt moeten zijn geraakt. En dus is de vorming van de Aarde is niet de bron voor de gesmolten lagen magma nu voor vulkanen zorgen.

Meer weten over de vorming van de Aarde en het zonnestelsel? Lees dan het volgende artikel:

Hoe ontstaan sterren?

Getijdenwerking

Een tweede mogelijkheid is de getijde werking met de Zon en de maan. Dit is een vorm van energie die nog steeds aanwezig is. Elke keer als de maan om de Aarde en de Aarde rond de Zon draait, ondervindt het op sommige plekken meer en op sommige plekken minder zwaartekracht. Dit komt omdat de Aarde niet een egale gewichtsverdeling heeft.

Je kan je het als volgt voorstellen. De Aarde is een grote appeltaart. Als je die taart in even grote stukken snijdt heeft niet elk stuk hetzelfde gewicht. Sommige stukken hebben net wat meer appel terwijl andere stukken weer meer beslag hebben.

Het gevolg hiervan is dat de binnenkant van de Aarde wordt gekneed. Hierbij wordt het interne van onze planeet opgewarmd. Deze opwarming is echter niet genoeg om het gesmolten magma te veroorzaken. 

Radioactieve stoffen

De laatst mogelijke verklaring is radioactiviteit. Radioactieve stoffen zijn zware elementen die vooral in de aardkorst te vinden zijn. Dit klinkt gek aangezien ik eerder nog zei dat zware stoffen tijdens de vorming van de Aarde naar de kern zijn gezakt. Dit is echter niet het geval voor radioactieve stoffen.

Radioactieve elementen worden ook wel lithofiele or ‘houdend van steen’ genoemd. Dit soort elementen binden graag met en aan zuurstof. Nu is het zo dat de aardkorst voor ongeveer 50% uit zuurstof bestaat. Dit zuurstof is dus perfect om aan te binden. Hierdoor zijn radioactieve elementen vooral in de aardkorst te vinden. Door de zuurstof kregen ze tijdens de vorming van de Aarde niet te kans om naar de kern te zakken.

Als deze radioactieve stoffen eenmaal vervallen, geven ze veel warmte af. In de aardkorst geeft dit proces zoveel warmte af, dat het als een warme deken rond de onderliggende gesmolten magma heen ligt. Kernreactoren werken op hetzelfde principe. Uranium, of een andere radioactieve stof, vervalt in twee lichtere deeltjes. Hierbij komt energie vrij dat wordt omgezet in warmte dat in elektriciteit wordt omgezet.

Langzamerhand koelt de Aarde wel af. Maar door de radioactiviteit in de aardkorst duurt dit dus veel langer. Dit is de energiebron die voor genoeg warmte zorgt om aardlagen gesmolten te houden.

Wat beïnvloedt vulkanisme?

Niet elke vulkaan barst op dezelfde manier uit. Ook hangt het van de lokale omstandigheden af hoe ver het lava dat uit de vulkaan komt kan stromen.

De eerste factor is zwaartekracht. Hoe groter de zwaartekracht, hoe sneller het magma naar het oppervlakte stijgt en hoe verder dit kan stromen nadat het de vulkaan is uitgespuwd. Op de Aarde is de zwaartekracht nagenoeg overal gelijk. Dus wat dat betreft heeft de zwaartekracht overal evenveel invloed op vulkanen.

De tweede factor is de dichtheid van de atmosfeer. Hoe lager de dichtheid, hoe hoger de as en rookpluim kan komen. Er is immers minder lucht om het as tegen te houden. In tegenstelling tot de zwaartekracht is de dichtheid van de atmosfeer niet overal gelijk. De dichtheid van de lucht op bepaalde plekken heeft dus wel invloed op hoe het as zich door de atmosfeer kan verplaatsen.

Als laatste speelt ook de temperatuur een rol. Hoe hoger de temperatuur, hoe langer het duurt voordat het lava is afgekoeld. Het gevolg is dat lava in warme gebieden verder kan stromen dan in koude gebieden.

Vulkanisme in ons zonnestelsel

Je kan je wellicht voorstellen dat de Aarde niet het enige hemellichaam in ons zonnestelsel is waar vulkanen te vinden zijn. Zo zijn er ook vulkanen te vinden op Mars. Het verschil met de Aarde is dat de vulkanen om Mars niet meer actief zijn. Dit komt doordat, in tegenstelling tot de Aarde, Mars geen gesmolten lagen onder het oppervlak meer heeft.

Maar Mars is niet de enige plek in ons zonnestelsel waar vulkanisme is. Zo heeft ook Io, een maan van Jupiter, veel vulkanische activiteit. Ik bespreek nu een paar plekken in het zonnestelsel waar vulkanen aanwezig zijn.

Vulkanisme op Mars

Omdat Mars een stuk kleiner is dan de Aarde, kan de planeet sneller afkoelen. De warme deken veroorzaakt door radioactiviteit was op Mars te zwak om het gesmolten magma gesmolten te houden. In plaats daarvan is Mars nu een grote gestolde steen. Alleen de kern in Mars is nog gesmolten. Maar dit zit zo ver onder het oppervlakte dat het niet meer voor vulkanisme kan zorgen.

De laatste vulkanen op Mars zouden circa 1 miljard jaar geleden zijn uitgebarsten. Vroeger had de rode planeet echter veel meer vulkanisme. Ook de allergrootste vulkaan in ons zonnestelsel is op Mars te vinden. Olympus Mons is met 25 km de grootste vulkaan in ons zonnestelsel. In vergelijking is de hoogste berg op Aarde, Mount Everest, nog geen 10 km hoog. Verder heeft Olympus Mons een diameter van 625 km en staat deze op een verhoging van 6 km boven het omringende gebied.

Wil je meer lezen over vulkanisme op Mars? Lees dan het volgende bericht:

Vulkaanuitbarstingen op Mars door grootste vulkanen

Vulkanisme in de buurt van de Aarde

Aan de hoeveelheid kraters kunnen astronomen zien hoe oud een bepaald oppervlakte is. Als een planeet of maan veel kraters heeft, is het waarschijnlijk heel oud. Heeft deze weinig kraters, dan is het relatief nieuw.

Venus heeft heel weinig kraters terwijl deze planeet tegelijkertijd met de Aarde is ontstaan. Dit betekent dat er een proces is waardoor het oppervlakte is vernieuwd. Waarschijnlijk hebben vulkanen ervoor gezorgd en/of zorgen die er nog steeds voor dat er een nieuwe gladde laag boven het oude oppervlakte wordt gelegd.

Astronomen hebben ook aanwijzingen gevonden dat de Maan vulkanen heeft gehad. Ze hebben namelijk bepaald dat sommige delen van de Maan maar 800 miljoen jaar oud zijn terwijl andere stukken oppervlak wel 3,5 miljard jaar oud zijn. Vulkanisme zou dit kunnen verklaren. Als een vulkaan uitstort, zorgt de nieuwe laag magma voor een nieuw, schoon en gladgestreken oppervlak zoals we dat zien op de Maan.

Hoe ontstaat er een vulkaan op manen van andere planeten?

Ook Io, een van de grootste manen van Jupiter, heeft vulkanen. Deze maan is tevens het meest vulkanisch actieve object in het zonnestelsel. De vulkanen op deze maan bedekken maar liefst 5% van het totale oppervlakte. Een vulkaan op Io ontstaat op dezelfde manier als hoe een vulkaan op de Aarde ontstaat. Echter is de oorzaak dat het magma onder het oppervlak gesmolten is niet hetzelfde als voor de Aarde.

Zoals eerder besproken zorgt radioactiviteit in de aardkorst voor de gesmolten lagen. Op Io speelt radioactiviteit echter maar een hele kleine rol. De maan heeft namelijk maar amper radioactieve stoffen. Dit heeft te maken met hoe het zonnestelsel is gevormd.

De getijdenwerking van Io met Jupiter zorgt ervoor dat het interne van van de maan wordt samen gekneden. Bij deze getijdenwerking van komt veel energie vrij. Het binnenste van de maan wordt zelfs zo hevig gekneden dat het gaat smelten. En dit gesmolten gesteente zoekt zijn weg naar het oppervlak net zoals dat op de Aarde gebeurt. De getijde werking zorgt op Io voor 100x zoveel warmte als de radioactiviteit. Op de maan van Jupiter zorgt de getijdenwerking dus voor vulkanisme.

Cryovulkanisme

Bij vulkanen denk je al snel aan lava dat uit de grond spuwend naar buiten wordt geworpen. In plaats van lava kan ook water naar buiten wordt gebracht. Je spreekt dan van cryo(koude)vulkanisme.

Dit soort vulkanisme is niet op de Aarde te vinden. Maar wel op de manen Triton (maan van Neptunus) en Enceladus (maan van Saturnus). Deze manen bestaan voornamelijk ook waterstof, helium, stikstof en water. Deze stoffen vallen allemaal onder de term ijs.

Doordat de manen zo ver van de Zon afstaan, zijn hun binnenkanten en oppervlakten helemaal bevroren. Maar door de getijdenwerkingen met hun planeten worden de binnenste delen opgewarmd. Dit is hetzelfde proces dat op Io voor gesmolten magma zorgt. Het ´ijs´ wordt door de getijden nu vloeibaar.

Dit water wordt op dezelfde manier als het lava in de Aarde naar het oppervlakte gebracht. Hier wordt het op eenzelfde manier naar buiten gespuwd. Je hebt nu enorme geisers die als vulkanen werken.