Włoska Etna a Islandzki Fargadalsfjall: dlaczego jedne wulkany wybuchają gwałtownie gdy inne nie?

Na Islandii rozpoczęła się 19 marca br. erupcja wulkanu w masywie Fagradalsfjall, w odległości ok. 40 km od Reykjaviku. Od tego czasu lawa wypływa tam spokojnie ze szczelin w ziemi. Z kolei na Sycylii w połowie grudnia 2020 r. przebudził się wulkan Etna. Od tego czas nastąpiło tam już kilkanaście erupcji, podczas których z krateru wydostaje się lawa i chmury pyłu. Po każdej takiej fazie przebudzenia w okolicznych miejscowościach konieczne jest wielkie zamiatanie ulic i dróg z wulkanicznego pyłu.

Dlaczego islandzki wulkan w masywie Fagradalsfjall jest teraz spokojniejszy niż sycylijska Etna? Tłumaczy to w rozmowie z PAP geolog prof. Ewa Słaby, dyrektor Instytutu Nauk Geologicznych PAN i prezydent Europejskiej Unii Mineralogicznej.

"Żeby mogło dojść do erupcji, wulkan musi mieć stop, który nie jest niczym innym jak upłynnionymi skałami. To m.in. od składu tego stopu zależy, jak będzie wyglądać erupcja" - mówi prof. Słaby.

Składową stopu, która odgrywa niebagatelną rolę w gwałtownych erupcjach, są substancje lotne - tłumaczy badaczka. W płaszczu Ziemi jak i skorupie mogą znajdować się bowiem minerały, które zawierają grupy lotne np. związki siarki, fluoru, chloru, CO2, grupy OH. Kiedy stop zawierający takie składniki i wysoką temperaturę, jest jednorodny, a te substancje są wbudowane w jego strukturę. Kiedy jednak jego temperatura się obniża, substancje te wydzielane są w postaci mniej lub bardziej toksycznych gazów. Ich wydzielaniu ze stopu towarzyszy gwałtowny wzrost ciśnienia podczas wznoszenia się tego stopu ku powierzchni i w kominie wulkanu następuje jego rozerwanie na niewielkie fragmenty, które wydostają się z wulkanu w postaci ogromnej chmury pyłu i większych fragmentów magmy (te produkty wulkanizmu nazywamy piroklastykami). Wysokość kolumny piroklastycznej może osiągnąć nawet kilkadziesiąt km.

Wulkany powstają w większości przypadków na styku płyt tektonicznych. A to, czy te płyty napierają na siebie, czy wręcz przeciwnie - rozchodzą się, ma właśnie związek z obecnością związków lotnych, a wiec i typem wulkanizmu i charakterem ich erupcji.

Więcej substancji lotnych zawierają zwykle stopy wulkanów w miejscach, gdzie płyty tektoniczne napierają na siebie. Ma to miejsce choćby w przypadku sycylijskiej Etny. To dlatego wulkan ten emituje duże ilości popiołu oraz grubszych frakcji.

"Tymczasem wulkany, z których lawa emitowana jest spokojnie, powstają zwykle w miejscach, gdzie płyty kontynentalne lub oceaniczne są rozciągane i w wyniku długotrwałego procesu dochodzi w tych miejscach do ich pęknięcia i rozejścia się. Należy tu zaznaczyć, że płyty oceaniczne - jako cieńsze - są bardziej podatne na ten proces. Nazywamy go procesem ryftowania" - mówi prof. Słaby. Tłumaczy, że pod strefą ryftu, szczególnie oceanicznego, topi się płaszcz Ziemi, który nie zawiera zbyt dużej ilości substancji lotnych. Strefa ryftu przebiega przez cały Ocean Atlantycki, w tym również przez Islandię. Innym miejscem spokojnych erupcji stopów o niskiej zawartości substancji lotnych są Hawaje. Geneza tych wulkanów jest jednak odmienna, niezwiązana z ryftem.

I tak np. ostatnia aktywność islandzkiego wulkanu w masywie Fagradalsfjall to wylewy szczelinowe, podczas których stop emitowany jest bardzo spokojnie. Prof. Słaby zaznacza, że w stopie wprawdzie znajdują się pewne ilości substancji lotnych (dlatego mieszkańcom okolicznych terenów zalecono, by zamykać okna). Jednak jest ich na tyle niewiele, że gwałtowna erupcja nie mogłaby zaistnieć w tym środowisku.

"W miejscach, gdzie dochodzi do rozciągania płyt tektonicznych erupcje wulkaniczne są spokojne. Towarzyszyć im jednak mogą dodatkowe uwarunkowania, które sprawiają, że również i te wylewy mogą stać się niebezpieczne" – mówi prof. Słaby. „Taka sytuacja miała choćby miejsce na Islandii w 2010 r., kiedy nastąpiła erupcja wulkanu Eyjafjallajokull, która na jakiś czas sparaliżowała ruch lotniczy w Europie. W tym wypadku problemem było to, że wulkan ten pokryty był czapą lodowcową. Lód pod wpływem temperatury lawy (około 1000 stopni C) topił się, a połączenie wody z gorącą magmą daje nieprawdopodobnie silny efekt eksplozji. Taka reakcja stopu z wodą nazywana jest freatomagmową. Stop został wtedy gwałtownie rozerwany, zamieniony w chmurę pyłów. Kolumna pyłu wzniosła się na około 12 km i natrafiła na prądy poziome w atmosferze, które rozprzestrzeniły tę chmurę na duży obszar Europy, paraliżując ruch lotniczy. Paradoksem jest, że najbliższe lotnisko w Reykjaviku nie zostało objęte tym zjawiskiem" - opisuje prof. Słaby.

Dodaje, że niepokój też ogarnął też Islandczyków w 2014 r. Obudził się wtedy wulkan Bardarbunga, który częściowo znajduje się pod lodowcem, a na dużej głębokości ma bardzo dynamiczny system aż pięciu komór magmowych. "Erupcja byłaby o tyle niebezpieczna dla okolicznych mieszkańców, że nie tylko nastąpiłaby silna emisja lawy, pyłu i toksycznych gazów, ale pojawiłyby się też silne powodzie. Wulkan ten na szczęście znalazł dla swojego stopu boczne ujście i spokojnie wyemitował go bez gwałtownego wytopienia lodowca. Nie doszło więc do katastrofy" - opowiada prof. Słaby.

Geolog zapytana czy można przewidywać wybuchy wulkanów, tłumaczy: "nie; na tym etapie rozwoju nauki możemy rozpoznawać i modelować mechanizmy prowadzące do powstawania stopu, prognozować jego skład. Jesteśmy też w stanie przewidzieć, jaki to będzie typ erupcji biorąc pod uwagę miejsce aktywności tego wulkanu, możemy przewidzieć jak będzie wyglądać i jaki będzie mieć skład potok lawowy lub potok materiałów piroklastycznych (pyły, grubsze frakcje), jakie formy morfologiczne, jakie struktury. Możemy też monitorować aktywność komór magmowych - rejestrować w nich wzmożone ożywianie lub okresy wyciszenia. Nie jesteśmy w stanie zaś przewidywać bardzo dokładnego czasu samych erupcji. Natomiast używając wiedzy pochodzącej z badań współczesnych wulkanów możemy odtwarzać pochodzenie stopów i ich ścieżkę aktywności dla wulkanów sprzed milionów lat".

Tak więc dokładne prognozowanie erupcji nie jest możliwe. Rozmówczyni PAP zwraca uwagę, że kompletnym zaskoczeniem był np. wybuch japońskiego wulkanu Ontake w 2014 r., który był popularnym celem weekendowych wycieczek. Zginęło wtedy ponad 60 osób. "Nikt nie mógł przewidzieć, że do tego dojdzie. Dzień był piękny i duża ilość ludzi wybrała się na spacer na jego stoki. Chmura pyłu, które pojawiła się zupełnie nagle, spowodowała, że osoby, które znajdowały się w jej obrębie, przestały oddychać" - komentuje. Podaje też przykład Białej Wyspy w pobliżu Nowej Zelandii. „Tamtejszy wulkan Whakaari był i nadal jest atrakcją turystyczną i wiele firm organizowało tam wycieczki, wędrówki wokół krateru, przeloty helikopterem nad wulkanem. W 2019 r. nastąpiła tam gwałtowna, niespodziewana erupcja i zginęło ponad 20 osób. Wulkanolodzy monitorując aktywność tego wulkanu zdawali sobie sprawę z jego podwyższonej aktywności, ale niemożliwością było przewidzenie dokładnego czasu jego erupcji” - opowiada rozmówczyni PAP.

„Nie ma możliwości kontrolowania aktywności wulkanów. To potężne siły, a człowiek jest jedynie w stanie rozpoznawać w coraz większym stopniu te zjawiska bez możliwości ich kontroli. W bardzo ograniczonym stopniu może je nieco ukierunkowywać" - mówi. Podaje jedynie przykład działań w skali mikro, które człowiek jest w stanie podejmować - zaznaczając przy tym, że nie ma to nic wspólnego z możliwością znaczącej kontroli potężnych sił natury, które prowadzą do powstawania zjawisk wulkanicznych.

"Wróćmy do Etny. Podczas jednej z erupcji mieszkańcy wsi niedaleko tego wulkanu, wykopali rowy, którymi miała zostać odprowadzona lawa, tak aby uchronić ich domostwa przed zniszczeniem. Działanie to dało pozytywny skutek. Jednakże, proszę zauważyć co znaczy jeden mały potok w skali dużych erupcji, które potrafią wyemitować miliony m3 lawy (np. Etna w 2018 roku 3-6 milionów m3). To najlepiej pokazuje skalę zjawiska i naszą pozycję: człowieka, obserwatora i badacza tego typu zjawisk" - mówi badaczka. (PAP)

Autorka: Ludwika Tomala

liv/