Twoja wyszukiwarka

ANDRZEJ PIEŃKOWSKI
PRZEBUDZENIE
Wiedza i Życie nr 4/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 4/2000

Wulkany rzadko wygasają na zawsze. Usypiają jedynie na jakiś czas, by zebrać siły do kolejnej, często niespodziewanej erupcji. Tylko stała obserwacja z Ziemi i z orbity pozwala niekiedy dostrzec w porę zagrożenie.

Zaczyna się od głuchego dudnienia, jakby gdzieś pod ziemią osypywał się stos dużych kamieni. Wyraźnie wyczuwa się drżenie gruntu. Kilka sekund później nad kraterem pojawia się fontanna czarnego pyłu, a potem rozlega huk eksplozji. Podekscytowani są jedynie turyści. Mieszkańcy licznych miasteczek i wiosek położonych nisko na zboczach wulkanu Etna z umiarkowanym zainteresowaniem obracają oczy na wznoszącą się przed nimi górę. Do erupcji występujących co kilka dni można się przyzwyczaić. Tym bardziej że Etna wybucha raczej spokojnie, a potoki lawy poruszają się na tyle powoli, że podejmowano skuteczne próby skierowania ich sztucznymi kanałami wprost do odległego o niespełna 20 km Morza Jońskiego.

Wulkany tworzące wyspy wybuchają częściej, gdy woda opada

Wulkany tak łagodne jak Etna należą jednak do rzadkości. Typowa dla lądowego wulkanizmu zasobna w krzemionkę magma cechuje się dużą lepkością, co sprawia, że kanały, którymi wędruje ku powierzchni, łatwo się zatykają. Dopływ energii cieplnej z płaszcza Ziemi nie ustaje, więc pod skalnym korkiem powstaje powoli naturalna bomba zegarowa. Jeśli korek jest szczególnie oporny, bomba eksploduje z wielką siłą po latach całkowitego spokoju. Ocenia się, że spowodowane w taki sposób erupcje, np. wulkanu Krakatau w Indonezji (w 1883 roku) czy Mount St. Helens w USA (w 1980 roku), występują raz na kilkaset lat. Długi czas między kolejnymi wybuchami praktycznie uniemożliwia w przypadku takich wulkanów jakiekolwiek prognozowanie. To, że wybuch nie zawsze jest zaskoczeniem, zawdzięczamy jedyniewspółczesnej technice, zaangażowanej w ciągłe monitorowanie wulkanów na całym świecie.

Wulkany położone na wybrzeżu wybuchają częściej, gdy woda się podnosi

Dzięki prowadzonym od czasów starożytnych obserwacjom udało się zidentyfikować wiele zjawisk przepowiadających erupcję. Za pośrednictwem rozstawionej wokół wulkanu aparatury można rejestrować nawet najmniejsze wstrząsy sejsmiczne, związane z przeciskaniem się magmy przez skałę. Dzięki sejsmometrom udało się np. przewidzieć erupcję filipińskiego wulkanu Mayon, który w 1814 roku uśmiercił 1200 ludzi. Pogotowie ewakuacyjne ogłoszono już 15 lutego br., na tydzień przed wybuchem. Z drugiej strony, erupcja islandzkiej Hekli 28 lutego br. zdarzyła się zaledwie w godzinę po słabym trzęsieniu ziemi. Mierzy się także ilość i skład gazów wydobywających się z krateru i na tej podstawie szacuje, jak głęboko znajduje się zbiornik magmy. Można wreszcie sprawdzać temperaturę gruntu, który podgrzewa się w miarę podchodzenia magmy ku powierzchni. Wiemy dziś, że rodzaj erupcji zależy przede wszystkim od ilości gazu w magmie. Wędrująca coraz bliżej powierzchni magma ulega dekompresji, wskutek czego rosną w niej pęcherzyki gazu. W pobliżu ujścia komina wulkanicznego rozprężony gaz zaczyna objętościowo dominować, co prowadzi do rozdzielenia płynnej skały na "krople" o różnej wielkości, które wyrzucane z krateru, w powietrzu zastygają w popiół, lapille (cząstki lawy o średnicy 2-64 mm) i bomby wulkaniczne (kawałki lawy o średnicy powyżej 64 mm).

Zainspirowany tym zjawiskiem, Milton Garces, amerykański geofizyk, zaproponował ostatnio jeszcze jedną dość obiecującą metodę przewidywania momentu erupcji: nasłuchiwanie odgłosów z krateru. Z jego doświadczeń wynika, że infradźwięki z wnętrza wulkanu niosą informację m.in. o ilości pęcherzyków gazu w magmie oraz o prędkości jej przemieszczania się przez komin wulkaniczny. Nie zapowiada się jednak, by w najbliższej przyszłości pozwoliło to stworzyć niezawodny system ostrzegawczy.

Wszystkie te metody mają jedną istotną wadę: na każdym wulkanie trzeba rozstawić kosztowny sprzęt pomiarowy, który w czasie erupcji może ulec zniszczeniu. Wady tej nie ma natomiast detekcja satelitarna, która pozwala monitorować wulkany na całym świecie przy wykorzystaniu zaledwie kilku satelitów. W tej stosunkowo nowej metodzie badania wulkanów już odnotowano pierwsze sukcesy . Jednakże, jak pokazuje praktyka, obserwacja zjawisk przepowiadających wybuch wulkanu pozwala na zyskanie zaledwie kilku godzin na ewakuację. Biorąc pod uwagę możliwość uratowania życia ludzi, to dużo czasu, ale z drugiej strony... gdybyśmy potrafili przewidzieć kataklizm na kilka tygodni wcześniej...

Z najnowszych badań wynika, że w przypadku niektórych wulkanów takie nadzieje mogą się spełnić. Szczególnie obiecujący okazuje się związek wulkanizmu z wodą. Ponad 90% wszystkich wulkanów znajduje się nie dalej niż 250 km od morza. To nie przypadek. Analizy termodynamiczne wykazały, że wystarczy niewielka domieszka wody, by obniżyć temperaturę topnienia skały nawet o kilkaset stopni Celsjusza. W strefach subdukcji płyty oceaniczne zagłębiają się w płaszczu ziemskim, wciągając wraz z sobą nasączone wodą warstwy osadowe. Gdy docierają na odpowiednią głębokość, skała rozgrzewa się do temperatury, która w obecności wody wystarcza do jej stopienia. Powstała w ten sposób magma wędruje z powrotem ku powierzchni, gdzie dochodzi do erupcji i powstania wulkanu. Ten mechanizm jest odpowiedzialny za istnienie tzw. Pierścienia Ognia wokół Pacyfiku .

Woda niezbędna do wytopienia skał może także pochodzić z innych niż morza i oceany zbiorników. Okazuje się, że wulkany, które mają w kraterze jezioro lub są pokryte śniegiem, wybuchają dużo łatwiej i gwałtowniej od innych. Są także znacznie groźniejsze od swych suchych pobratymców, ponieważ materiał skalny wyrzucany z krateru podczas erupcji miesza się z wodą i tworzy potoki błotne (lahary), które przemieszczają się z dużą prędkością i niszczą wszystko na swojej drodze. Podczas wybuchu kolumbijskiego wulkanu Nevado del Ruiz w 1985 roku 40-metrowej wysokości fala błota niemal w jednej chwili uśmierciła około 23 tys. mieszkańców miasteczka Almero, położonego 50 km od krateru. Ze statystyk wynika, że to właśnie lahary, a także fale tsunami i tzw. spływy piroklastyczne (chmury rozżarzonego popiołu i gazów wulkanicznych, pędzące po stoku wulkanu), nie zaś lawa czy pył wulkaniczny, stanowią najpoważniejsze zagrożenie dla życia ludzi podczas erupcji.

Inny, bardzo intrygujący związek wulkanów z wodą odkrył w 1997 roku zespół brytyjskich i włoskich naukowców . Badając warstewki pyłu wulkanicznego uwięzione w osadach z ostatnich 100 tys. lat, ustalili, że aktywność wulkanów wyraźnie nasila się podczas zmian poziomu morza, i to bez względu na kierunek tej zmiany. Zaciekawieni, postanowili zbadać tę zależność. Okazało się, że wulkany położone na wybrzeżu wybuchają częściej, gdy poziom morza się podnosi, te zaś, które tworzą wyspy - gdy woda opada (patrz: rysunki na poprzedniej stronie).

Naukowcy przypuszczają, iż dzieje się tak, dlatego że woda wywiera lokalny nacisk na skorupę ziemską, zwiększając bądź zmniejszając ciśnienie przytrzymujące magmę pod powierzchnią Ziemi. Przy tym zdaje się, że niektórym wulkanom wystarcza nawet niewielki ruch poziomu morza, porównywalny z tym, jaki w ciągu najbliższych lat może stać się skutkiem globalnego ocieplenia. Ponoć Wezuwiusz zawsze wybucha przy pełni księżyca (siły pływowe wywołane przez słońce i księżyc oddziałują wtedy wzdłuż tej samej osi), a erupcje niektórych wulkanów na Alasce prowokowane są przez przechodzące w ich pobliżu atmosferyczne układy niskiego ciśnienia.

Skala VEI (Volcanic Explosivity Index)
VEI Wysokość erupcji materiału wulkanicznego Objętość Częstość Przykład
0 <100 m tysiące m3 codziennie Kilauea, Mauna Loa
1 100-1000 m dziesiątki tysięcy m3 codziennie Stromboli, Etna
2 1-5 km miliony m3 co tydzień Galeras 1992
3 3-15 km dziesiątki milionów m3 co rok Nevado del Ruiz 1985
4 10-25 km setki milionów m3 co kilkadziesiąt lat Galunggung 1982
5 >25 km 1 km3 co kilkaset lat Mount St. Helens 1981
6 >25 km dziesiątki km3 co kilkaset lat Krakatau 1883
7 >25 km setki km3 co kilka tysięcy lat Tambora 1815
8 >25 km tysiące km3 co kilkadziesiąt tysięcy lat Yellowstone 2 mln lat temu