Joidenkin mielestä tulivuorenpurkaukset johtuvat kohtalosta. Toiset uskovat, että tulivuorenpurkaus on merkki siitä, että vuori on järkyttynyt, koska lähellä asuvat asukkaat ovat tehneet syntiä.

Mutta tieteellä on toinenkin selitys.

Tulivuoret ovat kanavia, jotka siirtävät maan alla sulaa kiveä, jota kutsutaan magmaksi, maankuoresta ylös maan pinnalle. Nämä kanavat ovat muodoltaan kartion, kilven tai kalderan kaltaisia. Tulivuoren alla on magmakammio, joka on yhden suuren sulan kiviaineksen varasto.

Purkauksen aiheuttaa magman lisääntynyt liike tulivuoren sisällä. Nämä liikkeet käynnistyvät erilaisista prosesseista, jotka tapahtuvat magmakammion alla, sisällä ja yläpuolella.

Magmakammion alapuolella

Tulivuoret, jotka sijaitsevat subduktiovyöhykkeillä – joissa maapallon liikkuvat mannerlaatat törmäävät toisiinsa, jolloin toinen mannerlaatta vajoaa toisen alapuolelle – saavat jatkuvasti uutta sulaa kiveä magmakammioonsa.

Magmakammion alla Maan ytimen lämpö sulattaa osittain olemassa olevat kivet uudeksi magmaksi. Tämä tuore sula kivi pääsee lopulta magmakammioon. Kun kammio, joka on jo täyttynyt tietyllä tilavuudella, ei pysty pidättämään uutta magmaa, ylimääräinen magma purkautuu purkauksina.

Tämä prosessi tapahtuu yleensä sykleissä, joten sen aiheuttamia purkauksia on mahdollista ennustaa. Länsi-Jaavan Papandayan-vuorella, joka sijaitsee Euraasian ja Indo-Australian laattojen kohtaamispaikalla, on 20 vuoden sykli, ja se saattaa purkautua seuraavan kerran vuonna 2022. Viimeksi se purkautui vuonna 2002.

Purkausten välinen aika riippuu siitä, kuinka nopeasti kallio sulaa, mihin vaikuttaa uppoavan laatan nopeus. Maapallolla on useita subduktiovyöhykkeitä, ja subduktoituvat laatat liikkuvat yleensä vakionopeudella, joka on jopa 10 senttimetriä vuodessa. Papandayan kohdalla Euraasian laatan alle subduktoituvan Indo-Australian laatan nopeus on noin 7 senttimetriä vuodessa.

Magmakammion sisällä

Magmakammion sisällä tapahtuva toiminta voi myös aiheuttaa purkauksia. Kammion sisällä magma kiteytyy lämpötilan laskiessa. Kiteytynyt magma, joka on painavampaa kuin puoliksi nestemäiset sulat kivet, laskeutuu kammion pohjalle. Tämä työntää loput magmasta ylöspäin, mikä lisää painetta kammion kanteen. Purkaus tapahtuu, kun kansi ei enää pysty pitämään painetta. Tämäkin tapahtuu sykleissä, ja se voidaan ennustaa.

Toinen tärkeä prosessi magmakammion sisällä on, kun magmaseos sekoittuu ympäröiviin kiviin. Tätä prosessia kutsutaan assimilaatioksi. Kun magma liikkuu, se on vuorovaikutuksessa kammion vuorauksessa olevien kivien kanssa.

Joskus tulivuorissa on väyliä, joiden kautta magma pääsee virtaamaan pinnalle. Mutta jos reittiä ei ole, magma pakottaa itsensä alueelle, jossa on pienempi paine. Tämä voi aiheuttaa kammiota ympäröivien seinien sortumisen.

Kuvittele, että pudotat tiilen vettä täynnä olevaan ämpäriin. Ensimmäiseksi ämpäristä roiskuu vettä.

Kammion seinämän sortumisen aiheuttama magman roiskuminen aiheuttaa purkauksen. Tästä prosessista johtuvia purkauksia on vaikea ennustaa.

Magmakammion yläpuolella

Purkauksia voi tapahtua myös magmakammion yläpuolella tapahtuvan paineenmenetyksen vuoksi. Tämä voi johtua eri syistä, kuten kammion yläpuolella olevien kivien tiheyden vähenemisestä tai jään sulamisesta tulivuoren päällä. Myös taifuuni, joka ohittaa tulivuoren kriittisessä tilassa, voi pahentaa purkauksen voimakkuutta.

Magmakammiota peittävät kivet voivat pehmentyä vähitellen mineraalikoostumuksen muutosten vuoksi. Peittävien kivien tiheyden lasku tekee niistä lopulta kyvyttömiä pitämään magman aiheuttamaa painetta.

Mikä aiheuttaa tämän mineralogisen muutoksen? Joskus tulivuorissa on pinnalla halkeamia, joista vesi pääsee tunkeutumaan sisään ja olemaan vuorovaikutuksessa magman kanssa. Kun näin tapahtuu, kivissä tapahtuu hydrotermisiä muutoksia, jotka johtavat purkauksiin.

Missä magma poistuu tulivuoresta, on myös tärkeää. Jos laavaa tai pyroklastisia kiviä tulee ulos tulivuoren kyljestä, painovoima voi saada kyseisen tulivuoren osan romahtamaan, mikä aiheuttaa äkillisen peittävän paineen menetyksen. Suuret purkaukset tapahtuvat yleensä hetki sektorin romahtamisen jälkeen.

Jäätiköiden sulaminen

Maailman lämpeneminen voi aiheuttaa lisää purkauksia, koska se saa tulivuorten päällä olevat jäätiköt sulamaan. Kun tulivuorten päällä olevat suuret jäämäärät sulavat, magmakammion yläpuolella oleva paine laskee. Magma nousee ylös löytääkseen uuden tasapainotilan ja aiheuttaa purkauksen.

Tutkimus on osoittanut, että Islannissa vuonna 2010 tapahtunut valtava Eyjafjallajökullin purkaus laukaisi tämän. Islanti menettää arviolta 11 miljardia tonnia jäätä vuosittain, joten sitä saattaa tulla vielä lisää.

Vuonna 1991 Filippiineillä sijaitseva Pinatubo-vuori sai aikaan suuren purkauksen, kun taifuuni Yunya iski tulivuoreen ja sen ympäristöön. Pinatubo jyrisi jo ennestään, mutta taifuuni pahensi räjähdyksen voimakkuutta.

Taifuunin suuri nopeus aiheutti sen ympärillä olevan alueen huomattavan paineenmenetyksen. Tämän seurauksena tulivuoren yläpuolella oleva ilmapatsas pyyhkäistiin taifuunin tielle. Pinatubo-vuori koki paineenmuutoksen ja suuri purkaus oli väistämätön.

Koska magmalla on tärkeä rooli tulivuorenpurkausten laukaisemisessa, magman tarkempi tutkiminen voi auttaa ennustamaan näitä näyttäviä luonnontapahtumia.