Erupcja wulkanu na wyspie La Palma

19 września 2021 r. o godzinie 14:10 UTC, tj. 15:10 czasu lokalnego, na wyspie La Palma, położonej po zachodniej stronie archipelagu Wysp Kanaryjskich na terytorium Hiszpanii, rozpoczęła się erupcja wulkanu Cumbre Vieja (strefa Cebeza de Vaca). Wulkan Cumbre Vieja jest jednym z dwóch wulkanów znajdujących się na wyspie La Palma. Zlokalizowany jest w masywie grzbietu górskiego o rozciągłości północ-południe, biegnącego na południu wyspy. W masywie tym usytuowane są liczne, niewielkie stożki wulkaniczne, które są śladem wcześniejszych epizodów aktywności wulkanu. Są one dobrze widoczne na zdjęciach lotniczych i satelitarnych. Podstawowe informacje dotyczące wulkanu Cumbre Vieja zostały podsumowane w poniższej tabeli. Komunikat o rozpoczęciu erupcji został opublikowany przez Canary Islands Volcanology Institute o godzinie 15:24 czasu lokalnego.

 

Dane dotyczące erupcji wulkanu Cumbre Vieja, region: La Palma, Wyspy Kanaryjskie.

lapalma tab 1

 

Wyspy Kanaryjskie stanowią archipelag wysp zlokalizowany na Oceanie Atlantyckim w odległości około 115 – 450 km na północny zachód od kontynentu afrykańskiego. Wszystkie wyspy są pochodzenia wulkanicznego z udokumentowaną, wielokrotną aktywnością wulkaniczną w holocenie. Wulkany na Wyspach Kanaryjskich należą do typu stratowulkanów, tworzących wysokie stożki lub masywy o stromo nachylonych zboczach. W fazie erupcyjnej wyrzucają zazwyczaj znaczne ilości materiału piroklastycznego oraz szybko stygnącą lawę, które sukcesywnie podwyższają stożek wulkanu. Wyspa La Palma jest najdalej na północny zachód wysuniętą wyspą archipelagu.

 

lapalma mapa 1

Lokalizacja wyspy La Palma w archipelagu Wysp Kanaryjskich oraz wulkanu Cumbre Vieja znajdującego się na tej wyspie (mapa bazowa Google Earth).

Wulkan Cumbre Vieja należy do najbardziej aktywnych w archipelagu Wysp Kanaryjskich. Utworzył się w holocenie, ponad 125 000 lat temu. Jego udokumentowana kilkunastokrotna aktywność sięga ok. 7000 lat wstecz (wg danych Smithsonian Institution – Global Volcanic Program). Ostatnią fazę erupcyjną zanotowano w 1971 r. Wulkan wykazywał wówczas aktywność przez niemal miesiąc, od 26 października do 18 listopada 1971 r. Aktualna faza erupcyjna, która rozpoczęła się 19 września 2021 r. została poprzedzona intensywną aktywnością sejsmiczną w południowo zachodniej części wyspy La Palma. Liczne, następujące po sobie wstrząsy sejsmiczne zaczęto rejestrować od 11 września z 8-dniowym wyprzedzeniem w odniesieniu do fazy wybuchowej wulkanu. W kolejnych dniach epicentra wstrząsów stawały się coraz płytsze, a ich lokalizacja przesuwała się na północny zachód. W dniach 16-17 września 2021 r. aktywność sejsmiczna zmalała. Według danych Narodowego Instytutu Geografii w Hiszpanii, aktywność sejsmiczna ponownie nasiliła się rankiem 19 września br. wraz z występowaniem trzęsień ziemi na głębokości 0-6 km. Na cztery godziny przed erupcją (o godz. 11:16 czasu lokalnego) stwierdzono trzęsienie ziemi o magnitudzie M3.8, które było prawdopodobnie otworzyło szczelinę w kierunku powierzchni gruntu. Zwiększyły się również pionowe deformacje. Na kilka godzin przed erupcją wstrząsy wulkanu były ciągłe i narastały. Od początku września br. zarówno w okresie poprzedzającym fazę erupcyjną, zapoczątkowaną 11 września oraz po wybuchu wulkanu, do 28 września 2021 r., w rejonie wyspy La Palma zarejestrowanych zostało 1 486 zjawisk sejsmicznych o magnitudach od M1.0 do M3.8. W tej liczbie, do 11 września br. zarejestrowano zaledwie trzy nieodczuwalne zjawiska o magnitudzie od M1.1 do M1.3. Spośród wszystkich zjawisk zdecydowaną większość (1 291 zdarzeń, czyli 86.9%) stanowiły zdarzenia nieodczuwalne (M<=2.5). Tylko w przypadku 195 zjawisk obliczona magnituda przekroczyła próg odczuwalności, w tym zarejestrowane zostały cztery umiarkowane wstrząsy o magnitudach M3.5 i M3.8.

Statystyka zjawisk sejsmicznych zarejestrowanych w rejonie wyspy La Palma od 1 do 28 września 2021 r. (oprac. na podstawie danych IGN - Instituto Geográfico Nacional, Hiszpania).

lapalma tab 2

 

lapalma mapa 2

Mapa lokalizacji epicentrów wstrząsów sejsmicznych dokumentująca aktywność sejsmiczną w rejonie wulkanu Cumbre Vieja na wyspie La Palma (Wyspy Kanaryjskie, Hiszpania) od 1 do 28 września 2021 r. (oprac. PSG, dane: Narodowy Instytut Geografii, Hiszpania, mapa bazowa: Google Earth).

Nieodłącznym zjawiskiem, które towarzyszy aktywności wulkanicznej, są wstrząsy sejsmiczne o różnych magnitudach oraz głębokości hipocentrów. Poniżej zaprezentowano wykresy, które pozwalają na śledzenie różnych parametrów i cech tej aktywności w czasie, począwszy od 11 września (8 dni przed początkiem erupcji wulkanu Cumbre Vieja) do 28 września 2021 r. (9 dni od początku erupcji). Do opracowania wykresów posłużyły dane Narodowego Instytutu Geografii w Hiszpanii, które umożliwiły opracowanie mapy lokalizacji epicentrów zjawisk oraz tabeli z podstawowymi informacjami statystycznymi.

 

lapalma mapa 3

Sekwencja zjawisk sejsmicznych w rejonie wyspy La Palma, region: Wyspy Kanaryjskie od 11 do 28 września 2021 r. (oprac. PSG, dane NGI).
A) następstwo i magnituda zjawisk M, B) dobowa liczebność zjawisk, C) magnituda dobowa: średnia i maksymalna, D) charakterystyka czasowa głębokości do źródła (hipocentrum) zjawisk.

Wykresy, które pokazują zmiany aktywności sejsmicznej w rejonie wulkanu Cumbre Vieja, stanowią odzwierciedlenie dynamiki procesów, które poprzedziły erupcję wulkanu, a także, które miały miejsce już po rozpoczęciu erupcji. We wszystkich czterech przypadkach (A, B,C,D) na wykresach mniej lub bardziej wyraźnie zaznaczają się dwa główne przedziały czasowe: okres „budzenia” się wulkanu oraz okres, który nastąpił po rozpoczęciu erupcji.

Szczególnie wzmożona aktywność sejsmiczna obserwowana była w okresie poprzedzającym wybuch wulkanu i erupcję materiału piroklastycznego, gazów i pary wodnej oraz wypływ lawy wulkanicznej. W okresie przed erupcją, pomiędzy 11 a 19 września br. godz. 14:10 UTC zidentyfikowanych zostało 93% wszystkich wstrząsów, jakie wydarzyły się w tym rejonie do północy z 28 na 29 września. W okresie poprzedzającym wybuch wulkanu zaznaczają się dwie fazy intensywnej aktywności sejsmicznej, rozdzielone jednodobowym, znacznym spadkiem aktywności 17 września. W okresie poprzedzającym erupcję rejestrowano średnio 154 zjawiska sejsmicznych w ciągu doby. Najwięcej zjawisk sejsmicznych (315) zarejestrowano 14 września, a najmniej 11 września - 11 wstrząsów 17 września - 28 wstrząsów. Po upływie 10 godzin od rozpoczęcia erupcji w kolejnych dniach w ciągu doby rejestrowano już tylko od kilku do kilkunastu wstrząsów.

Zmiany aktywności sejsmicznej w czasie widoczne są również na wykresie dobowych wartości maksymalnej i średniej magnitudy (wykres C). Po 11 września br., w okresie poprzedzającym erupcję, rejestrowane były wstrząsy o coraz wyższej magnitudzie, aż do M3.5. Wyjątek stanowi 17 września, kiedy siła wstrząsów znacząco zmalała i maksymalna magnituda, spośród wszystkich zarejestrowanych w tym dniu zdarzeń, wyniosła zaledwie M2.6. Od tego momentu w dwóch kolejnych dniach przed momentem erupcji nastąpił szybki wzrost magnitudy maksymalnej, aż do wielkości M3.8, po czym w okresie czynnej erupcji, w kolejnych dniach maksymalne magnitudy najsilniejszych, rejestrowanych ciągu doby wstrząsów wyraźnie się obniżyły. Generalnie, od 11 września do północy z 28 na 29 września, średnia, dobowa wartość magnitudy systematycznie rośnie, także w okresie czynnej erupcji po 19 września br., nawet przy mniejszej liczebnie dziennej liczbie wykrywanych wstrząsów.

Migrację hipocentrów w czasie zaprezentowano na wykresie D. W okresie przed erupcją, głębokości źródeł wstrząsów systematycznie maleją. Trend ten utrzymuje się (krzywa średnich, dobowych głębokości hipocentrów) także w czasie dwóch kolejnych dób od momentu pojawienia się erupcji. W czasie kolejnych dni erupcji średnie głębokości hipocentrów nieco się zwiększają, przy jednoczesnym występowaniu mniejszej liczby wstrząsów o hipocentrach bliskich powierzchni Ziemi.

Analiza zmienności wielkości charakteryzujących aktywność sejsmiczną w rejonie wulkanu Cumbre Vieja pomiędzy 11 a 28 września br. pozwala zaobserwować regularną cykliczność aktywności sejsmicznej. Jest ona bardzo dobrze widoczna na wykresie A oraz D w części wykresów obejmujących przedział czasu poprzedzający początek erupcji wulkanu. Na wykresie A wyraźnie widać wzrost liczebności rejestrowanych wstrząsów, a także wzrost siły wstrząsów w cyklach dobowych. Najwięcej rejestrowanych zjawisk oraz najwyższe magnitudy w rejonie wulkanu Cumbre Vieja obserwowane są w godzinach wieczornych i nocnych.

Cykl dobowy zjawisk na Ziemi ma zawsze związek z ruchem obrotowym planety, a tym samym związek z położeniem Słońca i Księżyca względem punktów na jej powierzchni. W przypadku obserwowanej cykliczności aktywności sejsmicznej, jest on determinowany odziaływaniem grawitacyjnym Słońca i Księżyca na pole grawitacyjne Ziemi. Konsekwencją tego wpływu są cykliczne zmiany siły ciężkości na jej powierzchni, co w rezultacie jest przyczyną pływów wód oceanicznych oraz, co jest powszechnie mniej znane, także pływów skorupy ziemskiej. Świadectwem pływów skorupy ziemskiej jest unoszenie i opadanie powierzchni oraz zmiany naprężeń w jej wnętrzu, czyli w obrębie struktur geologicznych. Cykle pływowe powtarzają się co 12 godzin.

Ilustrację oddziaływania pływów na poziom aktywności sejsmicznej w rejonie wulkanu pokazano na poniższych wykresach.

 

lapalma wykres 1

Aktywność sejsmiczna w rejonie wulkanu Cumbre Vieja oraz zmiany sił pływowych w okresie od 11 do 28 września 2021 r. (oprac. PSG; dane IGN, syntetyczny model pływów wg. TSoft).
A) aktywność sejsmiczna odwzorowana sekwencją zjawisk sejsmicznych i wielkością ich magnitudy B) aktywność sejsmiczna mierzona liczebnością zdarzeń rejestrowanych w interwałach godzinnych oraz syntetyczny obraz zmian sił pływowych obliczony dla rejonu Cumbre Vieja.

Na rysunku zaprezentowano dwa obrazy: powtórzony wykres A z powyższego rysunku oraz wykres B prezentujący liczebność rejestrowanych zjawisk sejsmicznych w interwałach godzinnych pomiędzy 11 a 28 września, oraz nałożony wykres syntetycznych wartości sił pływowych, obliczonych dla miejsca lokalizacji wulkanu Cumbre Vieja. Obliczenia wielkości sił pływowych wykonane zostały programem TSoft na podstawie wbudowanego modelu pływów skorupy ziemskiej.

Na rysunku, w okresie poprzedzającym erupcję, wyraźnie zaznacza się związek pomiędzy aktywnością sejsmiczną, a siłami pływowymi. Okres poprzedzający erupcję to czas, w którym magma przemieszcza się w komorze magmowej i toruje sobie drogę ku powierzchni, wypalając w ośrodku geologicznym szczeliny i kanały magmowe. Zmiany ciśnienia w komorze magmowej i zmiany naprężeń w skałach otaczających z udziałem sił pływowych zwiększają lub zmniejszają tempo destrukcji skał otaczających w rytmie przemieszczania się fali pływowej w skorupie ziemskiej. Po udrożnieniu szczelin i kanałów magmowych oraz ich otwarciu na powierzchni ziemi, ciśnienie na otoczenie wywierane przez napierającą z głębi magmę oraz uwalniane z niej gazy i parę wodną gwałtownie spada, zmniejszając tym samym naprężenia w skałach, które po przekroczeniu progu wytrzymałości ulegają gwałtownemu rozerwaniu, uwalniając przy tym energię pod postacią wstrząsów sejsmicznych. Opisany wyżej mechanizm tłumaczy gwałtowny spadek aktywności sejsmicznej obserwowany po zapoczątkowaniu erupcji i w trakcie jej trwania.

Aktywność i erupcja wulkanu Cumbre Vieja w 1971 r. obserwowana była przez miesiąc. Zakończenia okresu bieżącej aktywności nie można przewidzieć. Do 29 września br. wulkan nadal wykazuje aktywność wyrzucając w powietrze materiał piroklastyczny, toksyczne gazy i parę wodną. Ze szczelin, jakie utworzyły się na powierzchni wypływaj dwa potoki lawowe i spływają po zboczu wulkanu w kierunku zachodnim ku brzegowi oceanu, pochłaniając po drodze wiele budynków oraz niszcząc obiekty infrastruktury. Władze wyspy La Palma ewakuowały mieszkańców i turystów z terenów zagrożonych oraz ogłosiły stan klęski żywiołowej. Ostateczny bilans strat będzie można szacować po zakończeniu okresu aktywności.

Informację przygotował zespół z Centrum Geozagrożeń: Tomasz Czerwiński, Mirosław Musiatewicz, Przemysław Kowalski i Kamila Karkowska
Opracowanie: Maja Kowalska, Zakład Kartografii Geologicznej