Jak działają wulkany?

W danej chwili na świecie aktywnych jest najprawdopodobniej około 20-50 wulkanów, które wyrzucają właśnie w powietrze rozgrzaną lawę. W całej naszej spisanej historii są jednak informacje o nawet 560 miejscach erupcji na świecie, a zdaniem naukowców w ciągu ostatnich 10 tysięcy lat liczba ta osiągnęła nawet 1500! Mimo to nie każdy wie jak działają wulkany i czego można się po nich jeszcze spodziewać.



Erupcja wulkanu Anak Krakatau w Indonezji. Źródło: shutterstockErupcja wulkanu Anak Krakatau w Indonezji. Źródło: shutterstock
  1. Jak powstały wulkany?
  2. Rodzaje wulkanów
  3. Jak działa wulkan?
  4. Czy można przewidzieć wybuch wulkanu?
  5. Najsłynniejsze wulkany świata
  6. Niszczycielska siła wulkanów
W najprostszym ujęciu wulkany to ujścia w skorupie ziemskiej, przez które wydostaje się na powierzchnię lawa, stała materia (tzw. materiał piroklastyczny) oraz gazy. Ta definicja jest jednak zdaniem wielu ekspertów niedoskonała, gdyż nie obejmuje wszystkich geologicznych manifestacji aktywności wulkanicznej, które tak naprawdę mogą być pojedynczymi lub mnogimi szczelinami bądź kominami. Na wstępie warto też wytłumaczyć różnicę między lawą a magmą, bowiem, choć pojęcia te są zbliżone, nie powinny być używane jako synonimy. Otóż magma jest gorącą masą powstałą ze stopionych skał krzemiennych zmieszanych z wodą i gazami – gdy wydostanie się jednak na powierzchnię za pośrednictwem wulkanu jest już lawą, o tyle zubożałą, że nie zawiera składników lotnych.

Jak powstały wulkany?

Ogromna większość wulkanów powstała na granicy płyt tektonicznych, czyli ogromnych połaci materiału skalnego, który tworzy zewnętrzną warstwę Ziemi. Mimo swojej masy i sztywności odsuwają się one od siebie, ocierają i zderzają, prowokując tym samym ogromne zmiany na naszej planecie. W wyniku kolizji jedna płyta jest wpychana lub wciągana pod powierzchnię drugiej, a proces ten fachowo nazywamy subdukcją. Wyobraźmy sobie teraz, że olbrzymia masa zaczyna tonąć i obniżać się daleko pod powierzchnię – oczywistym jest, że w rezultacie musi zwiększać się nacisk i temperatura. W efekcie ze skał wydobywa się woda, która obniża temperaturę topnienia samej skały, co prowadzi do powstania magmy. Ta – gorąca i dynamiczna -  szukać będzie ujścia „pchając” się możliwymi szczelinami na powierzchnię. Za każdym razem, gdy nastąpi erupcja, a lawa spłynie lądem, zastygając stworzy nową skałę, którą nazwiemy magmową. Gdy proces ten będzie się powtarzać regularnie, wokół ujść magmy powstaną stożkowate góry, czyli tak dobrze znane nam wulkany. Szacuje się, że większość współczesnych wulkanów powstała od 10 do 100 tysięcy lat temu!

Ciekawostka: Nie wszystkie wulkany powstają w wyniku subdukcji. Te na Hawajach czy Reunionie są na przykład konsekwencją istnienia tzw. plam gorących, położnych z dala od krawędzi płyt, a charakteryzujących się wyjątkowo wysoką temperaturą, która topi skorupę ziemską i generuje ogniska magmy.

Rodzaje wulkanów

Jak się łatwo domyśleć z powyższego opisu, wulkany bywają bardzo różne. Podstawowa klasyfikacja dzieli je na aktywne, drzemiące i wygasłe – to ostatnie to po prostu magmowe stożki, z których kraterów nie wydobywa się już lawa ani gazy.  W przypadku wulkanów drzemiących długie wieki nieaktywności spowodowały znaczne spłaszczenie struktury, ale mimo to z krateru wydobywają się jeszcze wyziewy, czyli lotne składniki magmy. Zdaniem geologów, wulkany takie mogą jeszcze na nowo przebudzić się do aktywności.

To jednak nie koniec różnic między wulkanami. Geolodzy ze względu na kształt wyróżniają też wulkany stożkowe, najłatwiej rozpoznawalne, wulkany tarczowe – szerokie, ale dość płaskie, wulkany szczelinowe (inaczej linijne), położone często na dnie oceanu. Te dwa pierwsze, gdy się znacznie rozrosną, ulegają często zapadnięciu tworząc z kolei tzw. kaldery, obserwowane na przykład w Indonezji. Jeszcze inna klasyfikacja dzieli wulkany na wylewne (inaczej efuzywne), czyli takie, które opróżniają się w sposób spokojny i równomierny; eksplozywne, czyli te najbardziej widowiskowe oraz mieszane, zwane również stratowulkanami.

Wreszcie, wulkanolodzy poszli tak daleko, że określili nawet typy wybuchów wulkanów przyporządkowane dobrze znanym geograficznym lokalizacjom. Mamy więc erupcje typu islandzkiego, o rzadkiej lawie rozpływającej się na ogromne odległości; typu hawajskiego, gdzie lawa wylewa się ruchliwie, ale gazy unikają spokojnie; a także bardziej eksplozywne typy: strombolijski, Vulcano, wezuwiański i peleeański – każdy ma nieco inny sposób wydobywania się gazów, materiału piroklastycznego i lawy, która na dodatek może mieć różny poziom gęstości i lepkości.

Ciekawostka: Na świecie spotyka się również wulkany błotne wyrzucające z siebie mieszaninę piasku, iły i wody. Zjawisko to może, ale nie musi być jednak związane z wulkanizmem.
Wyciek lawy. Źródło: shutterstock

Jak działa wulkan?

Wulkany ukształtowały się nawet przed setkami tysięcy lat – jak to możliwe, że wciąż wybuchają? Czemu niektóre z nich wygasają, a inne nie? Odpowiedzi na te pytania znajdziemy oczywiście głęboko pod powierzchnią Ziemi.

Choć bowiem nasza planeta wydaje się stara i finalnie ukształtowana, w jej wnętrzu nieustannie przebiegają złożone procesy geologiczne, a jądro utrzymuje temperaturę 5500-6500 stopni C. Dziesiątki kilometrów pod powierzchnią temperatura jest jeszcze na tyle wysoka, że prowadzi do topienia krzemianów, glikokrzemianów, rozmaitych tlenków i siarczków. Wystarczy, że dojdzie do wzrostu temperatury, zmiany ciśnienia lub uwolnienia składników lotnych, a lżejsza niż stałe skały gorąca magma zaczyna szukać ujścia. Dzieje się to w ściśle określonych miejscach, takich jak wspomniane wyżej strefy subdukcji, plam gorąca czy pęknięć w skorupie ziemskiej zwanych ryftami.

W zależności od składu magmy, rodzaju jej ujścia, a przede wszystkim stopnia jego zamknięcia, erupcja może mieć drastycznie różny przebieg. Gdy wulkan długi czas nie wykazuje aktywności, jego komin ulega zaczopowaniu starą lawą, co z kolei prowadzi do wzrostu ciśnienia. Gdy takim kominem zacznie znów wzbierać rozgrzana magma, dochodzi do gwałtownej eksplozji, która może nawet rozerwać ukształtowany wcześnie stożek wulkaniczny!

Czy można przewidzieć wybuch wulkanu?

Naukowcy stosują dziś szereg technik służących monitorowaniu zidentyfikowanych wulkanów i potencjalnego zagrożenia związanego z ich wybuchem. Ważnym wskaźnikiem w tym zakresie są trzęsienia i drżenia ziemi zazwyczaj poprzedzające erupcje. Mierzy się również stopień deformacji lądu często związany z podwyższaniem poziomu magmy, a także zmiany w grawitacji i działaniu pól magnetycznych. Dzięki tak szeroko zakrojonemu monitoringowi możliwe jest przepowiedzenie większości wybuchów. Niestety, choć niektóre wulkany wykazują w swej aktywności pewną regularność, z upływem czasu wszystkie cykle zmieniają się, a wulkanologów czekają wciąż nowe niespodzianki. Patrząc z perspektywy ostatnich kilkuset lat Globalny Program Wulkanizmu nie stwierdza jednak zwiększania aktywności wulkanicznej na Ziemi.
Tabela przedstawiająca najsłynniejsze erupcje wulkanów w historii; opracowanie własne na podst. https://www.usgs.gov/

Najsłynniejsze wulkany świata

W 2020 r. odnotowano erupcję 68 wulkanów na świecie. Najstarszym z nich jest wulkan Yasur w Vanuatu, który jest nieprzerwanie aktywny od 1774 r. Najwyższym stożkiem na Ziemi jest natomiast Mauna Loa na Hawajach, która, mierząc od podstawy znajdującej się pod powierzchnią morza, sięga 9170 m, a więc więcej niż Mount Everest – ponad połowa wysokości znajduje się jednak pod wodą. Do najsłynniejszych wulkanów świata zaliczyć można także:
  • Ojos del Salado – najwyżej sięgający wulkan o wysokości 6893 m n.p.m. położony na granicy Argentyny i Chile;
  • Mount Fuji – aktywny wulkan i najwyższa góra Japonii (3776 m n.p.m.);
  • Mount St. Helens – najaktywniejszy i najbardziej niszczycielski stratowulkan Ameryki Północnej (2550 m n.p.m.)
  • Popocatépetl – meksykański wulkan (5452 m n.p.m.), który od XIV w. wybuchał 19 raz z ogromną siłą i prowokuje liczne trzęsienia ziemi;
  • Kilimandżaro – drzemiący wulkan będący jednocześnie najwyższą górą Afryki (5895 m n.p.m.)
  • Etna – najwyższy wulkan Europy (3357 m n.p.m.), który zaczął powstawać 500 tys. lat temu i zajmuje powierzchnię 1250 m2;
  • Eyjafjallajökull – islandzki wulkan znajdujący się pod lodowcem.

Lawowe jezioro etiopskiego wulkanu Ertale. Źródło: shutterstock

Niszczycielska siła wulkanów

Uważa się, że nawet 80% obecnej powierzchni ziemi ukształtowane zostało przez wulkany – sporo im więc zawdzięczamy! Ponadto energia geotermalna generowana w obszarach zbierania się magmy to potencjał w zakresie odnawialnych źródeł energii. Nie zapominajmy też, że lawa wydobywa na powierzchnię rzadkie minerały, w tym kamienie szlachetne, zaś popiół z erupcji to jeden z najlepszych nawozów – wokół sycylijskiej Etny prowadzi się masowe uprawy warzyw!

Niestety, w historii ludzkości wulkany zasłynęły jednak przede wszystkim swym destrukcyjnym działaniem. Większe erupcje kosztowały życie tysięcy ludzi, niszcząc domy, wioski, a nawet całe miasta. Zniszczeniu ulega często także środowisko życia wielu gatunków roślin i zwierząt, a popioły z wybuchu mają dowiedziony naukowo negatywny wpływ na ludzkie zdrowie. Są szczególnie groźne dla astmatyków, niemowląt i osób starszych i mogą prowadzić do chorób płuc. Kolejnym problemem są gazy ulatniające się z kraterów, wśród których znajduje się m.in. dwutlenek węgla oraz siarkowodór. W niżej położonych obszarach mogą one powodować podrażnienia oczu i dróg oddechowych, a także bóle głowy, opuchliznę gardła czy nawet uduszenie.

Co gorsza, zdaniem naukowców silne erupcje są w stanie również zaburzać klimat na Ziemi, zmniejszając ilość promieniowania słonecznego dostającego się na powierzchnię, a także prowadząc do powstawania kwaśnych deszczów i niszczenia warstwy ozonowej.
W smutnym tonie, należy jednak dodać, że negatywny wpływ wulkanów na środowisko naturalne w minionych dziesiątkach tysięcy lat jest niczym w porównaniu z dewastacyjną działalnością człowieka w ciągu ostatnich dwóch wieków!
Ekologia.pl (Agata Pavlinec)

Bibliografia

  1. Smithsonian Institution ; “How many active volcanoes are there?”; data dostępu: 2021-09-20
  2. Maya Wei-Haas; “Volcanoes, explained”; data dostępu: 2021-09-20
  3. USGS; “Volcano Hazards Program”; data dostępu:
  4. Esri ; “Top 10 largest volcanoes in the world”; data dostępu: 2021-09-20
  5. Mary Bagley ; “Volcano Facts and Types of Volcanoes”; data dostępu: 2021-09-20
  6. CDC; “Key Facts About Volcanic Eruptions”; data dostępu: 2021-09-20
Ocena (5.0) Oceń: