Wybuchające jeziora, czyli co to jest erupcja limniczna?

W 1986 r. wybuch jeziora w Kamerunie spowodował śmierć ponad 1700 ludzi. Mimo że jest to jedna z najrzadszych katastrof naturalnych, na pewno ma jeszcze potencjał się powtórzyć. Kto powinien obawiać się erupcji limnicznej i dlaczego do niej dochodzi? Poznaj zdradziecki potencjał wybuchających jezior.

Erupcja limniczna to inaczej odwrócenie się jeziora. Mowa o sytuacji, w której rozpuszczony w wodzie dwutlenek węgla nagle eksploduje z głębin i zabija organizmy żywe wokół brzegów zbiornika. Choć brzmi to dość nieprawdopodobnie, zjawisko nie raz już zaskoczyło człowieka i nie da się wykluczyć, że zrobi to ponownie.

Na czym polega erupcja limniczna?

Mimo dość ewidentnego skojarzenia eksplozja limniczna nie musi wcale mieć nic wspólnego z aktywnością wulkaniczną. Odwrócenie się jeziora to klęska żywiołowa, której zaistnienie wymaga dwóch czynników: odpowiednio głębokiego zbiornika wodnego oraz wysokiej kondensacji dwutlenku węgla w wodzie.

CO₂ to gaz, który rozpuszcza się w wodzie bardzo łatwo, zwłaszcza w warunkach wyższego ciśnienia, a więc w głębszych warstwach jeziora. W przypadku butelki wody gazowanej bąbelki uciekają, gdy tylko zdejmiemy kapsel i ciśnienie zacznie maleć. Na dnie jeziora sytuacja jest jednak stabilna, a gaz rozpuszcza się niemal do momentu wysycenia. Gdy osiągnie ten stan, wystarczy drobny impuls, aby doszło do erupcji. Limniczna erupcja niestety zachodzi szybko i niespodziewanie.

Kolumna gazu formuje się wówczas od samego dna i uderza w górę „odwracając jezioro”. Gęsta chmura CO₂ wypycha lżejsze powietrze w górę i zalega wokół zbiornika. Stworzenia żywe nie mają więc jak pobierać tlenu z powietrza i duszą się lub ulegają zatruciu, gdyż dwutlenek węgla w dużych ilościach zakwasza organizm. Co więcej, wybuch gazu może zassać dostateczną ilość wody, aby spowodować tsunami. Zniszczenia wówczas mogą mieć również charakter fizyczny.

Przyczyny erupcji limnicznej

Aby doszło do wybuchu jeziora musi dojść do sprzężenia kilku wyjątkowych czynników. Erupcja limniczna pojawia się więc tylko w pojedynczych miejscach na Ziemi i w żadnym razie nie jest zjawiskiem, którego mieli by się bać miłośnicy jezior.

Przede wszystkim potrzebne jest źródło większych ilości dwutlenku węgla. Może on pochodzić z aktywności wulkanicznej zachodzącej pod dnem zbiornika. Nie chodzi o połączenie z kraterem (wówczas mielibyśmy do czynienia z gejzerem), ale jego bliskość, która umożliwia przenikanie gazu unoszącego się znad gorącej magmy w miarę jej przybliżania się do powierzchni ziemi. Poza tym CO₂ powstaje również w wyniku rozkładu materii organicznej zalegającej na dnie jeziora – mogą to być szczątki martwych zwierząt lub roślin. 

Kolejnym warunkiem jest głębokość, która umożliwia wytworzenie się warstw wody o większych różnicach w temperaturze. Poziom nasycenia chłodnych, głębszych warstw wody rośnie stopniowo i przez długi czas nic nie wskazuje na eksplozyjny potencjał. Wystarczy jednak mała zmiana temperatury lub ciśnienia, aby doszło do wybuchu gazu. Owa iskra zapłonową może być lekkie trzęsienie ziemi, lawina, wybuch pobliskiego wulkanu. Warstwy wody o różnym nasyceniu zaczynają się mieszać i jezioro eksploduje.

Historia wybuchających jezior

Naukowcy nie mają wątpliwości, że w długiej historii naszej planety erupcje limniczne musiały się powtarzać. Nie było jednak wówczas ludzi, którzy byliby w stanie ten fakt odnotować dla potomności. Pierwsze wzmianki o wybuchających jeziorach pochodzą więc dopiero z czasów starożytnego Rzymu. Ówczesny historyk Plutarch relacjonuje, że w roku 406 p.n.e. jezioro Lago Albano wystąpiło z brzegów i zalało okoliczne farmy i winnice. Ponieważ wiemy, że do jeziora tego nie spływają żadne rzeki, a o ulewnych deszczach nie wspominają żadne zapiski, wydaje się, że katastrofa musiała być zawiniona właśnie erupcją limniczną. Tym bardziej, że jezioro usadowione jest na kraterze.

Podejrzewa się, że do wybuchu jeziora doszło również we wczesnej epoce eocenu w Niemczech. Wykopaliska z okolicy miasta Messel, w pobliżu Frankfurtu, sugerują, że chmura gazu, które uwolniła się spod wody, zabiła jednym uderzeniem tysiące owadów, żab, żółwi, krokodyli, mrówkojadów i naczelnych. Ich szczątki zachowane są w wyjątkowo dobrym stanie, co wskazuje na masową katastrofę.

Jezioro Monoun

Trzeba było czekać jednak aż do 1984 r., aby człowiekowi udało się w pełni i bez żadnych wątpliwości zarejestrować erupcję limniczną. Sceną tego niezwykłego spektaklu stało się jezioro Monoun w zachodnim Kamerunie. Ma ono długość ok. 1,6 km, głębokość 99 m i położone jest na obszarze grupy wulkanicznej Oku.

15 sierpnia, po godzinie 22.30 wielu okolicznych mieszkańców odnotowało głośne dźwięki pochodzące z kierunku jeziora. Nad wschodnią stroną zbiornika uformowała się chmura gazu, która nie wywołała jednak większych emocji. Niestety, pod osłoną nocy chmura dwutlenku węgla zeszła w dół, do niżej położonych obszarów i zabiła 37 osób. Większość doznała poważnych poparzeń skóry, inni zmarli z niedostatku tlenu. Ci, którzy przeżyli, relacjonowali później, że w powietrzu unosił się białawy, gorzko-kwaśny dym.

Z późniejszych obserwacji wywnioskowano, że na jeziorze pojawiła się fala tsunami o wysokości 5 m, która staranowała roślinność na wschodnim brzegu. Naukowcy badający okolicę wykluczyli erupcję wulkanu oraz terrorystyczny. Tym samym mechanizm erupcji limnicznej stał się faktem.

Jezioro Nyos

Aż trudno uwierzyć, ale dwa lata później, w odległości zaledwie 100 km od jeziora Monoun, doszło do kolejnej eksplozji limnicznej, tym razem znacznie poważniejszej w skutkach. Nie wiadomo, co spowodowało katastrofę, ale sugeruje się, że mogła to być lawina, mała wulkaniczna erupcja pod dnem jeziora lub opady chłodnego deszczu.

21 sierpnia 1986 r. z jeziora Nyos uwolniło się 1,2 kilometrów sześciennych dwutlenku węgla. Zgodnie z szacunkami naukowców badających okolicę po katastrofie przy wybuchu uformowała się stumetrowa kolumna wody, mocno spieniona na powierzchni. Z niej rozwinęła się 25-metrowa fala, która zalała okolicę powalając nawet drzewa. Po erupcji poziom wody w jeziorze opadł o 1 m, a jego barwa z jasnoniebieskiej stała się czerwona dzięki wysokiej kondensacji jonów żelaza w głębszych warstwach.

Zmiana krajobrazu była zaledwie początkiem tragedii. Gęsta chmura dwutlenku węgla o wysokości nawet 50 m zstąpiła w dół z prędkością nawet 50 km/h i spowiła wioski w zasięgu 23 km. Ich mieszkańcy dusili się we śnie, a liczba ofiar śmiertelnych sięgnęła 1746. Ponad 4 tysiącom ludzi udało się uciec, ale wielu z nich doświadczyło poważnych zaburzeń oddechowych, obrażeń skórnych, a nawet paraliżu. Lokalne media przyrównały skutki eksplozji limnicznej do wybuchu bomby neutronowej. Oprócz ofiar ludzkich odnotowano również 3500 martwych zwierząt hodowlanych.

Groźba kolejnych eksplozji

Tragedia nad jeziorem Nyos unaoczniła potrzebę aktywnego badania jezior i ich eksplozyjnego charakteru. Oczywiste stało się, że poziom dwutlenku węgla w wodzie może znowu zacząć wzrastać, więc w 2001 w. w feralnym jeziorze zainstalowano pierwszą rurę mającą odprowadzać gaz z głębin. W kolejnych latach dodano jeszcze dwie. Podobny system wdrożono na jeziorze Monoun.

Okazuje się, że podobnych zagrożeń w Afryce kryje się jednak więcej. Największym jest położone na granicy między Demokratyczną Republika Kongo a Rwandą jezioro Kivu. Ten malowniczy zbiornik mierzy aż 40 km długości i 50 km szerokości. Usytuowane jest na wysokości 1460 m n.p.m. i ma głębokość aż 475 m. Erupcja limniczna w takim miejscu mogłaby być kataklizmem na niezrównaną skalę. A traf chciał, że jezioro Kivu położone jest dokładnie nad doliną szczelinową podlegającą ciągłej aktywności wulkanicznej. Według naukowców istnieje wielkie prawdopodobieństwo, że może ono wybuchać co ok. 1000 lat.

Wzdłuż brzegów jeziora paleontologom udało się znaleźć ślady powtarzalnej masowej zagłady organizmów żywych. Co gorsza, w głębokich warstwach zbiornika rozpuszczony jest nie tylko dwutlenek węgla, ale również wysoce eksplozyjny metan. Odwrócenie jeziora Kivu w bezpośredni sposób zagroziłoby życiu nawet dwóch milionów ludzi zamieszkujących okolice. Nawet gdyby tylko mały ułamek pokładów CO₂ został uwolniony, erupcja mogłaby i tak zabić tysiące.

Ryzyko częściowo łagodzone jest przez platformę, która od 2015 r. odprowadza metan z dna jeziora w celach energetycznych, a przy okazji usuwa też część dwutlenku węgla. Prawdopodobnie nie wystarczy to jednak, aby zażegnać groźbę eksplozji. Projekty instalacji rur odgazowujących dyskutowane są od lat, ale wydają się rozwiązaniem mało efektywnym – Kivu jest 1700 razy większe niż jezioro Nyos.

Tymczasem w 2021 r. magma z pobliskiego wulkanu Nyiragongo dostała się do płytkich wód Kivu wywołując zrozumiały niepokój. W okolicy zaobserwowano też kilka mniejszych trzęsień ziemi. Pozostaje mieć nadzieję, że najgorszemu da się zapobiec.

Trudno powiedzieć czy i gdzie zobaczymy jeszcze eksplozje limniczne w nadchodzących dekadach. Uważa się na przykład, że pewne ilości CO₂ uwalnia również jezioro Michigan w USA. Planeta Ziemia na pewno kryje w sobie sporo niespodzianek, niekoniecznie przyjemnych!