Erupcje wulkanów okiem geologa

Od początku 2021 w Europie roku mają miejsce liczne erupcje wulkanów. W lutym przebudziła się Etna na Sycylii, w marcu wybuchł wulkan Fagradalsfjall położony niedaleko stolicy Islandii, w maju miała miejsce silna eksplozja wulkanu Stromboli na Wyspach Liparyjskich, a 19 września wybuchł wulkan Cumbre Vieja na kanaryjskiej wyspie La Palma. O erupcjach wulkanów z prof. dr hab. Grzegorzem Pieńkowskim z Zakładu Geologii Regionalnej Państwowego Instytutu Geologicznego - PIB rozmawiała Anna Bagińska, kierownik Biura Promocji i Komunikacji.

Anna Bagińska: Panie Profesorze, co musi zadziać się głęboko w skorupie ziemskiej, by wulkan, który od kilkudziesięciu lat był uśpiony, przebudził się?

Prof. Grzegorz Pieńkowski: Nie wydaje się, aby wybuchy tych wulkanów położonych w różnych częściach globu i w różnych sytuacjach geotektonicznych miały jakąś wspólną przyczynę. Natomiast w każdym przypadku występowanie wulkanów wiąże się ze strefami zwiększonego dopływu energii cieplnej z wnętrza Ziemi – na tyle dużego, że stopione skały wydobywają się na powierzchnię.

W przypadku Etny i Stromboli dopływy energii kinetycznej i ciepła wiążą się ze strefami kontaktów płyt litosfery wciąż na siebie nacierających. Na ogół wulkany w tych strefach występują nad strefami subdukcji, gdzie jedna płyta litosfery zanurza się pod drugą, a ich „korzenie” magmowe znajdują się na głębokości kilkudziesięciu – kilkunastu kilometrów. Strefy wulkaniczne (takie jak Pacyficzny Pierścień Ognia) przesuwają się więc wraz z przemieszczaniem się stref subdukcji. Naprężenia akumulujące się w tym procesie wywołują trzęsienia ziemi i mogą też stymulować przebudzenie wulkanów. Istotną funkcję w stymulacji aktywności wulkanicznej i charakterze wydobywającej się magmy, gazów i popiołu odgrywa także woda uwięziona w skałach.

Z kolei wulkany Fagradalsfjall i Cumbre Vieja powstały nad tzw. plamami gorąca, stacjonarnymi sferami dopływu energii cieplnej z głębokich stref płaszcza Ziemi, a więc ze źródeł znacznie głębszych, niż w przypadku wulkanów związanych ze strefami subdukcji. Przyczyny tego głęboko zakorzenionego zjawiska nie są do końca poznane (podejrzewa się obieg ciepła w wielkich i stabilnych przez miliony lat komorach konwekcyjnych), nieznany jest też do końca rytm tych „przebudzeń”, choć taki rytm niekiedy zachodzi – np. w przypadku plamy gorąca Yellowstone, która co kilkaset tysięcy lat szczególnie się ożywia, tworząc na powierzchni Ziemi wielkie wulkany. W tej chwili to źródło ciepła z wnętrza Ziemi znajduje się właśnie pod Yellowstone, ale miliony i setki tysięcy lat wcześniej plama ta ogrzewała inne rejony Ameryki Północnej, która zdążyła się w tym czasie przesunąć na południowy zachód o ponad tysiąc kilometrów. Na powierzchni mamy więc do czynienia z łukiem dawnych superwulkanów (nazwanym „uśmiechem geologa”), coraz starszych (od 16 mln lat temu do 600 tysięcy lat temu).

Erupcja wulkanu Cumbre Vieja na wyspie La Palma

Erupcja wulkanu Cumbre Vieja (fot. Eduardo Robaina, CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons)

AB: Przed erupcją wulkanu na wyspie La Palma zarejestrowano około tysiąca wstrząsów sejsmicznych, z których najsilniejszy miał magnitudę 3,9. Czy przed każdym wybuchem wulkanu notowana jest zwiększona aktywność sejsmiczna? Jak silne mogą to być wstrząsy?

GP: Na ogół wybuch wulkanu poprzedzają wstrząsy sejsmiczne, choć nie zawsze one regularnie występują i nie zawsze kończą się większą erupcją. 3,9 to bardzo słabe wstrząsy, choć odczuwalne. Na przykład w Neapolu rejestruje się takowe dość często – a wulkan (kaldera) Campi Flegrei, położona w samym centrum miasta, tuż obok stadionu S.C. Napoli, na szczęście do tej pory nie wybucha. Niekiedy wstrząsy mogą być silne i wyrządzić większe szkody, niż sama erupcja. Natomiast niektóre wulkany mogą wybuchać niemal bez ostrzeżenia, a choć wstrząsy na ogół wystąpią, to tylko w ostatniej chwili.

AB: Czy wstrząsy sejsmiczne to jedyny zwiastun wybuchu? Czy geolodzy potrafią przewidzieć erupcje, ich intensywność i czas trwania?

GP: Erupcje wulkanów poprzedzają czasami inne zjawiska, takie jak emisje gazów, deformacje terenu (zapadanie i podnoszenie się różnych stref), zmiany kształtu stożka wulkanicznego. Co ciekawe, zbliżającą się erupcję potrafią wyczuwać zwierzęta. Geolodzy (ściślej: wulkanolodzy) stale monitorują aktywne wulkany, śledząc wymienione wyżej zjawiska. Spore nadzieje wiąże się z superprecyzyjną geodezją satelitarną i lotniczą, która pozwala rejestrować nawet niewielkie deformacje terenu, często zapowiadające erupcję.

AB: Etna wybuchła w lutym 2021 r., a do lipca zanotowano około 50 epizodów jej dużej aktywności. Kilka dni temu w wyniku kolejnej erupcji nad kraterem pojawił się słup pyłów o wysokości 9 km. Jak długo może trwać erupcja wulkanu?

GP: Na ogół erupcje trwają od kilku dni do kilku miesięcy, ale niektóre wulkany tarczowe (np. na Hawajach) w zasadzie bez przerwy wydzielają lawę bazaltową – tyle, że w spokojny sposób, dzięki niskiej lepkości tej lawy.

AB: Z krateru wulkanu wydobywa się lawa, gazy wulkaniczne i pyły. Czy każda erupcja wulkanu przebiega w ten sam sposób? Jaki jest skład pyłów i gazów wulkanicznych? Czy są one niebezpieczne?

Lawa, która wydobywa się z krateru wulkanów może płynąć bardzo powoli, a nawet zastygać w kraterze - lub przemieszczać się szybko, tak jak teraz na Wyspach Kanaryjskich. Jeśli chodzi o gazy wulkaniczne (pochodzące z komory magmowej i spiekanych skał sąsiadujących) oraz pyły (rozdrobnione fragmenty lawy i innych skał), są one o wiele groźniejsze niż sama lawa. Gazy takie jak ditlenek siarki, a zwłaszcza siarkowodór, są zabójczymi gazami. Gwałtowne erupcje popiołów i lapili (drobnych zastygniętych fragmentów lawy, zasypały w 79 roku n.e. Pompeje i Herkulanum. Jeszcze inne niebezpieczne zjawisko to lahary – gwałtowne spływy popiołów zmieszanych z wodą. Gorące popioły wulkaniczne mieszają się z wodą pochodzącą ze skraplania pary wydobywającej się podczas wybuchu, woda może też pochodzić ze stopionego śniegu, lodowca albo woda z istniejącego wcześniej jeziora kalderowego. Powstała w ten sposób błotnista rzeka spływa po stoku stożka wulkanicznego z dużą prędkością – czasem do 100 km/h – i zabiera ze sobą skały, głazy i drobniejsze kamienie, często także lodowe bryły, które niesie niekiedy na duże odległości. Prócz niszczących skutków szybko spływających mas wód i błota lahar niesie również ze sobą chemiczne zanieczyszczenia wulkaniczne, zwłaszcza jeśli woda pochodzi z jeziora kalderowego w kraterze wulkanu.

AB: Od czego zależy sposób i prędkość przemieszczania się lawy?

GP: Prędkość przemieszczania się lawy zależy od jej lepkości (im mniejsza, tym szybciej będzie płynąć). Zależy też od nachylenia i ukształtowania stoku, po którym spływa i masy wydobywającej się lawy – to znane prawa fizyki.

AB: Wszyscy z niepokojem oczekują sytuacji, gdy lawa dotrze do oceanu. Co może się wówczas wydarzyć?

GP: Nic szczególnie groźnego - w porównaniu z tym, co się dzieje obecnie. Na Hawajach lawa ciągle wlewa się do oceanu, tworząc spektakl wielkiej łaźni parowej. Ucierpieć może lokalnie życie morskie. Oczywiście, w takich strefach żegluga powinna być wstrzymana, a duże ilości pary wodnej mogą wywołać lokalne burze i ulewne deszcze. Właśnie te deszcze mogą nieść zagrożenie – lokalnie takie jak wspomniane lahary, ale też o szerszym zasięgu. Niszczące dla biosfery są kwaśne deszcze, powstające przez połączenie wody i substancji lotnych wydzielanych przez wulkan - takich jak ditlenek siarki. Te deszcze są niszczące dla szaty roślinnej, powodują też schorzenia dróg oddechowych.

AB: La Palma jest wyspą, gdzie powyżej powierzchni wody znajduje się jedynie niewielki fragment wulkanu. Jego zdecydowana większość znajduje się pod wodą. Czy to stwarza niebezpieczeństwo dla mieszkańców?

GP: Tak. Gdyby jakiś duży fragment wulkanu osunął się nagle do wody, spowoduje to falę tsunami. Przewidywano nawet taki scenariusz, ale okazał się na szczęście mało prawdopodobny. Sąsiedztwo Hefajstosa i Posejdona (wulkanu i morza) jest zawsze potencjalnym czynnikiem ryzyka, jeśli woda morska poprzez spękania dostanie się w okolice komina czy komory magmowej. To zawsze kończy się gwałtowną eksplozją, połączoną często z rozerwaniem całego wulkanu i wielką katastrofą – w tym falą tsunami. Przykłady to Santoryn (i zagłada cywilizacji minojskiej) czy wybuch wulkanu Krakatau w 1883 roku.

AB: Na wyspie La Palma znajduje się wiele wulkanów. Niektóre z nich to stratowulkany – jak ten, którego erupcję śledzimy, ale są tu także wulkany tarczowe. Skąd taka różnorodność?

GP: Wynika ona z lokalnych zmian lepkości magmy. Im mniej lepka jest magma, tym bardziej rozłożysty kształt przybiera stożek wulkaniczny (tak jak w przypadku wulkanu tarczowego). Bardziej lepka (i bardziej kwaśna) lawa tworzy ostrzejsze w zarysie stożki.

AB: Czy w Polsce również może nastąpić wybuch wulkanu? Czy w przeszłości na obszarze naszego kraju notowano erupcje wulkaniczne? Czy zostawiły one jakieś ślady?

GP: Teraz nie, ale mieliśmy je w przeszłości geologicznej – to np. Kraina Wygasłych Wulkanów na Dolnym Śląsku (np. znane Organy Wielisławskie na Pogórzu Kaczawskim wieku wczesno permskiego - 250 mln lat temu). Są także znacznie młodsze wulkany, ale ich aktywność zakończyła się kilkanaście milionów lat temu. Nie ma obecnie zagrożenia (przynajmniej przez nadchodzące kilka milionów lat), że na terenie Polski obudzi się wulkan. Prędzej możemy się spodziewać trzęsień ziemi, choć i tu nie ma obaw co do ich skali.

AB: Bardzo dziękuje za rozmowę.