Erupcija vulkana je moćna sila prirode koja uništava, ali i gradi. Na primjer, podmorske vulkanske erupcije stvorile su Havajske otoke, a do danas havajski vulkan Kilauea ispušta lavu u more, stvarajući novu obalu na jugoistočnoj strani Velikog havajskog otoka. Na jugoistočnoj padini Velikog otoka nalazi se rastući podmorski vulkan nazvan Loihi, koji neće probiti površinu oceana još desecima tisuća godina.
Erupcija vulkana je živi podsjetnik da je naš planet geološki aktivno i dinamično mjesto. Znanstvenici procjenjuju da svakog dana na kopnu eruptira 20 vulkana diljem svijeta. Još više ih vjerojatno eruptira pod vodom, ali nemamo dovoljno instrumenata da ih otkrijemo. Mnoge od ovih podmorskih erupcija teoretski se događaju duž srednjooceanskih grebena, gdje se procjenjuje da 80 posto Zemljine magme eruptira neprimijećeno.
Erupcija vulkana je poput prozora u dubine Zemlje, jer lava i drugi eruptirani materijal pružaju tragove za odgonetanje misterija onoga što se događa daleko ispod površine. Na primjer, znanstvenici mogu koristiti te materijale kako bi naučili o sastavu, temperaturi i povijesti Zemljine unutrašnjosti.
Vulkani i ljudi imaju neugodan suživot, jer erupcija vulkana može izazvati ozbiljna razaranja. Ipak, oni također pružaju i neke prednosti: vulkanska tla su vrlo plodna za poljoprivredu, na primjer, i podržavaju staništa za divlje životinje. Također, mnoga ležišta rude, od zlata do dijamanata, usko su povezana s vulkanima.
Znanstvenici koriste široku paletu tehnika za praćenje vulkana, uključujući seizmologiju (otkrivanje potresa i podrhtavanja koja gotovo uvijek prethode erupcijama), precizna mjerenja deformacije tla (kao što su izbočine) koja često prate porast magme, promjene u emisiji vulkanskog plina , te promjene gravitacije i magnetskih polja. Ove tehnike, kada se koriste u kombinaciji na dobro praćenim vulkanima, rezultirale su uspješnim predviđanjima. Na vulkanu Pinatubo na Filipinima 1991. uspješna prognoza spasila je tisuće života.
Predviđanja temeljena na praćenju postaju mnogo pouzdanija, ali ostaju nesavršena. Ako znanstvenici imaju sreće, nagovještaji koji upućuju da slijedi erupcija vulkana slijede isti tijek kao što su uočeni i prepoznati prije prethodnih erupcija vulkana. Međutim, obrasci se često mijenjaju i opaža se potpuno novo ponašanje. Najbolje prognoze temeljit će se na integraciji geološke povijesti, praćenju u stvarnom vremenu i dubokom razumijevanju unutarnjih procesa cirkulacije lave određenog vulkana. Čak i uz najbolje praćenje i tumačenja, pouzdane prognoze rijetko su moguće više od nekoliko dana prije erupcije.
Nisu svi vulkani aktivni. Ali oni koji jesu mogu uzrokovati značajnu štetu kada izbiju. Saznajte više o tome što su vulkani, kako eruptiraju i učincima koje ima erupcija vulkana.
Kako dolazi do erupcija vulkana?
Vulkani dolaze u mnogim oblicima i veličinama, u rasponu od eksplozivnih vulkana koji nastaju eksplozijom lave, plinova i pare, lavičnog tipa vulkana kod kojih nema erupcija nego se lava izlijeva iz vulkanskog otvora te mješovitog tipa vulkana ili stratovulkana kod kojeg se javljanju i eksplozivni i lavični vid vulkanske aktivnosti.
Iako se razlikuju po strukturi i izgledu, svima su zajedničke dvije stvari. S jedne strane, sve su to nevjerojatne sile prirode koje istovremeno plaše i nadahnjuju.
S druge strane, sva vulkanska aktivnost svodi se na isti osnovni princip. U biti, sve erupcije rezultat su guranja magme ispod Zemlje na površinu gdje izbija u obliku lave, pepela i stijena. Ali koji mehanizmi pokreću ovaj proces? Što je to točno zbog čega se rastaljena stijena diže iz unutrašnjosti Zemlje i eksplodira na krajolik?
Da bismo razumjeli kako erupcija vulkana djeluje, prvo trebamo razmotriti strukturu Zemlje. Na samom vrhu nalazi se litosfera, vanjski slojevi Zemlje koji se sastoje od gornjeg plašta i kore. Kora čini maleni volumen Zemlje, debljine od 10 km na dnu oceana do najviše 100 km u planinskim područjima. Hladna je i kruta, a sastoji se prvenstveno od silikatnih stijena.
Ispod kore, Zemljin plašt podijeljen je na dijelove različite debljine na temelju njihove seizmologije. Oni se sastoje od gornjeg plašta, koji se proteže od dubine od 7 – 35 km do 410 km; prijelazna zona, koja se kreće od 410-660 km; donji plašt, koji se kreće od 660-2,891 km; i granica jezgre i plašta, koja je u prosjeku debela ~200 km.
U području plašta uvjeti se drastično mijenjaju od kore. Tlakovi se znatno povećavaju, a temperature mogu doseći i do 1000 °C, što čini stijenu dovoljno viskoznom da se ponaša kao tekućina. Ova viskozna, rastaljena stijena – magma – skuplja se u goleme komore ispod Zemljine kore.
Budući da je ova magma manje gusta od okolnog kamena, ona “pluta” na površinu, tražeći pukotine i slabosti u plaštu. Kada konačno stigne na površinu, eksplodira s vrha vulkana. Kada je ispod površine, rastaljena stijena naziva se magma. Kada stigne na površinu, izbija u obliku lave, pepela i vulkanskog kamenja.
Sa svakom erupcijom, kamenje, lava i pepeo se nakupljaju oko vulkanskog otvora. Priroda erupcije ovisi o viskoznosti magme. Kada lava lako teče, može putovati daleko i stvoriti lavične (široko štitaste) vulkane. Kada je lava vrlo gusta, stvara poznatiji oblik stožastog vulkana (eksplozivni vulkana). Kada je lava izuzetno gusta, može se nakupiti u vulkanu i eksplodirati (vulkanska kupola).
Drugi mehanizam koji pokreće vulkanizam je kretanje kore. Da bi se razložila, litosfera je podijeljena na nekoliko ploča koje su stalno u pokretu na vrhu plašta. Ponekad se ploče sudaraju, razdvajaju ili klize jedna uz drugu; što rezultira konvergentnim granicama, divergentnim granicama i transformacijskim granicama. Ova aktivnost je ono što pokreće geološku aktivnost, koja uključuje potrese i vulkane.
U prvom slučaju, često su rezultat zone subdukcije, gdje teža ploča klizi ispod lakše ploče – stvarajući duboki jarak. Ova subdukcija mijenja gusti plašt u plutajuću magmu, koja se uzdiže kroz koru do površine Zemlje. Tijekom milijuna godina, ova rastuća magma stvara niz aktivnih vulkana poznatih kao vulkanski luk.
Ukratko, vulkane pokreću pritisak i toplina u plaštu, kao i tektonska aktivnost koja dovodi do vulkanskih erupcija i geološke obnove. Učestalost vulkanskih erupcija u određenim regijama svijeta – poput Pacifičkog vatrenog prstena – također ima dubok utjecaj na lokalnu klimu i zemljopis. Na primjer, takva su područja općenito planinska, imaju bogato tlo i povremeno doživljavaju stvaranje novih kopnenih masa.
Koje su neke prednosti erupcija vulkana?
Tijekom geološkog vremena, vulkanske erupcije i povezani procesi izravno su i neizravno koristili čovječanstvu:
- Vulkanski materijali se naposljetku razgrađuju i i oblikuju u neka od najplodnijih tla na Zemlji, čija je kultivacija proizvela obilje hrane i potaknula razvoj civilizacija.
- Unutarnja toplina povezana s mladim vulkanskim sustavima iskorištena je za proizvodnju geotermalne energije.
- Većina metalnih minerala iskopanih u svijetu – poput bakra, zlata, srebra, olova i cinka – povezana je s magmama koje se nalaze duboko unutar korijena ugaslih vulkana.
Utječu li vulkani na vremenske prilike?
Da, vulkani mogu utjecati na vrijeme i klimu na Zemlji. Nakon erupcije planine Pinatubo na Filipinima 1991., diljem svijeta zabilježene su temperature niže od normalnih, a briljantni zalasci i izlasci sunca pripisani su ovoj erupciji koja je poslala fini pepeo i plinove visoko u stratosferu, formirajući veliki vulkanski oblak koji je plutao svijetom. Sumporni dioksid (SO2) u ovom oblaku – oko 22 milijuna tona – u kombinaciji s vodom stvara kapljice sumporne kiseline, blokirajući dio Sunčeve svjetlosti da dopre do Zemlje i time hladi temperature u nekim regijama za čak 0,5 stupnjeva Celzijusa. Erupcija vulkana poput planine Pinatubo mogla bi utjecati na vremenske prilike i po nekoliko godina.
Sličan fenomen dogodio se 1815. s kataklizmičkom erupcijom vulkana Tambora u Indoneziji, što je bila najsnažnija erupcija vulkana u zabilježenoj povijesti. Tamborin vulkanski oblak spustio je globalnu temperaturu za čak 3 stupnja Celzijusa. Čak i godinu dana nakon erupcije, veći dio sjeverne hemisfere iskusio je oštro niže temperature tijekom ljetnih mjeseci. U dijelovima Europe i Sjeverne Amerike 1816. je bila poznata kao “godina bez ljeta”.
Koliki je dio Zemlje vulkanski?
Više od 80 posto Zemljine površine – iznad i ispod razine mora – je vulkanskog podrijetla. Plinovite emisije iz vulkanskih otvora tijekom stotina milijuna godina formirale su najranije Zemljine oceane i atmosferu, koje su opskrbljivali sastojcima ključnima za razvoj i održavanje života.
Tijekom geoloških eona, neizmjeran broj erupcija vulkana proizvele su planine, visoravni i ravnice, koje su kasnije erodirale i vremenom se pretvorile u veličanstvene krajolike i formirale plodno tlo.
Koliko ima aktivnih vulkana na Zemlji?
U svijetu postoji oko 1350 potencijalno aktivnih vulkana, osim kontinuiranih pojaseva vulkana na dnu oceana u središtima širenja poput Srednjeatlantskog grebena. Oko 500 od tih 1350 vulkana eruptiralo je u povijesnom vremenu. Mnogi od njih nalaze se duž pacifičkog ruba u onome što je poznato kao “Vatreni prsten”. U Sjedinjenim Državama, vulkani u Cascade Rangeu i na Aljasci (Aleutski vulkanski lanac) dio su Prstena, dok se havajski vulkani formiraju iznad „vruće točke“ u blizini središta Prstena.
Većina europskih vulkana koncentrirana je oko Sredozemlja ili Islanda, na granicama između tektonskih ploča. Vulkan se smatra aktivnim ako je eruptirao u posljednjih 10 000 godina, ali lava se često može vidjeti kako izbija iz mnogih vulkana mnogo češće.
Dva najpoznatija vulkana u Europi su Vezuv i Etna. Vezuv je najpoznatiji kao vulkan koji je uzrokovao uništenje Pompeja 79. godine nove ere, prouzročivši više od 10 000 žrtava. Prije ove eksplozije vjerovalo se da je Vezuv bio u stanju mirovanja i da je bio prekriven biljnim svijetom. Ima tendenciju eksplozivne erupcije, a eruptirao je četiri puta tijekom posljednjih 200 godina.
Etna je vulkan koji se nalazi na istočnoj obali Sicilije i drži rekord kao najviši europski vulkan. To je vrsta vulkana poznata kao mješoviti tip vulkana. Ova vrsta formacije je stožastog oblika i vrlo visoka. U današnje vrijeme Etna gotovo neprekidno pokazuje znakove aktivnosti, poput ispuštanja dima, pepela i magme.
Islandski vulkan Eyjafjallajokull tjednima je bio na naslovnicama vijesti nakon eksplozije 2010. godine. Pepeo od eksplozije proširio se dijelovima Europe i otkazao letove nekoliko tjedana nakon događaja. Katla, još jedan islandski vulkan, nalazi se nekoliko kilometara od Eyjafjallajokulla. Katla je nedavno pokazala znakove aktivnosti, sa stotinama zabilježenih potresa. Eksplozija u Katli mogla bi imati globalne implikacije, jer bi otopila milijarde galona leda i izazvala poplave.
Vulkani su najčešće strukturirani poput planine, ali to nije uvijek slučaj, kao što se vidi na Santoriniju u Egejskom moru. Santorini se nalazi u blizini Grčke i sastoji se od prstena vulkanskih struktura i grebena. Vjeruje se da je Santorini nastao kada je ranija erupcija vulkana formirala manje pojedinačne strukture.
Može li erupcija vulkana izazvati erupciju drugog vulkana?
Nema definitivnih dokaza da erupcija jednog vulkana može izazvati erupciju vulkana koji je udaljen stotinama kilometara ili na drugom kontinentu.
Postoji nekoliko povijesnih primjera istodobnih erupcija iz vulkana (ili vulkanskih otvora) koji se nalaze na udaljenosti od oko 10 kilometara, ali teško je utvrditi je li jedna erupcija vulkana uzrokovala drugu.
Vulkani koji dijele zajedničke rezervoare magme ponekad mogu izazvati nemire jedni među drugima. Erupciju vulkana Novarupta na Aljasci 1912. (najveća erupcija vulkana 20. stoljeća) potaknula je magma koja je došla iz rezervoara magme ispod planine Katmai, udaljene 10 kilometara. Mount Katmai nije eruptirao, ali nakon erupcije Novarupte, Mount Katmai se urušio u ispražnjenu komoru magme ispod sebe.
Neki pojedinačni vulkani ili otvori smatraju se dijelom većeg kompleksa vulkana. U nekim takvim slučajevima, jedna erupcija vulkana zapravo ne “potakne” erupciju obližnjeg otvora, ali pokretna magma pronalazi put do površine na više mjesta. Na primjer, stošci Tavurvur i Vulcan su otvori unutar vulkana Rabaul na Papua Novoj Gvineji koji su eruptirali u gotovo isto vrijeme 1994. godine.
Međutim, ne pokazuju svi susjedni vulkani takvo ponašanje. Vulkan Kilauea na Havajima nalazi se na boku vulkana Mauna Loa, tako da su njih dva udaljena samo 33 kilometra, no ipak ta dva vulkana imaju izrazito različite rezervoare magme. Unatoč njihovoj blizini, čini se da erupcija jednog vulkana ne izaziva erupciju na drugom.
Može li erupcija vulkana izazvati munje?
Ukratko – da.
Čini se da se vulkanske munje najčešće pojavljuju oko vulkana s velikim pramenovima pepela, osobito tijekom aktivnih faza erupcija vulkana, gdje tekuća rastopljena lava stvara najveće temperaturne gradijente. Fenomen vulkanske munje izvrsno je zabilježen oko brojnih nedavnih vulkanskih erupcija, uključujući islandski Eyjafjallajökull, japansku Sakurajima, talijansku Etnu i čileanske vulkane Puyehue, Calbuco i Chaiten.
Formiranje čestica leda u oblacima primarni je mehanizam kojim nastaju redovite grmljavinske oluje, a također igra ulogu u vulkanskim munjama, posebno onima gdje se oblak diže visoko u zrak. Kako se topli zrak iz erupcije diže u nebo, susreće hladniji zrak u atmosferi. Voda u oblaku smrzava se u čestice leda koje se sudaraju jedna s drugom, izbacujući elektrone iz kristala. Ovi pozitivno nabijeni ioni leda nastavljaju se dizati i skupljati više u atmosferi.
Naboj koji se dobiva trenjem, također poznat kao triboelektrični naboj, također se smatra ključnim mehanizmom koji dovodi do vulkanske munje. Na isti način na koji dolazi do elektriziranja leda zbog sudaranja čestica leda, krhotine stijena i pepeo se sudaraju i stvaraju nabijene ione. Konvencionalne struje koje uzrokuju podizanje oblaka zatim razdvajaju ovaj naboj u različite regije.
Slično triboelektričnom naboju je fraktoemisija, što je razbijanje čestica stijena unutar oblaka. Kada se stijena slomi, moguće je formiranje nabijenih čestica koje stvaraju nakupljanje statičkog naboja. Taj se učinak pretežno javlja pri visokoj energiji, što rezultira nakupljanjem naboja bliže otvoru vulkana.
Prirodni radioizotopi unutar stijene mogu utjecati na nakupljanje naboja. Studije su pokazale da čestice pepela imaju prirodnu radioaktivnost iznad uobičajene razine, a nabijena područja mogu se formirati kada se raspadnu.
Iako nije mehanizam sam po sebi, visina oblaka može značajno utjecati na pojavu munje. Kada erupcija vulkana rezultira visokim oblakom pepela (većim od 7 km), koncentracija vodene pare je veća. S više prisutne vode i nižim temperaturama okoline na ovoj visini, vjerojatno će doći do većeg punjenja leda i veće električne aktivnosti.
Što je Pacifički vatreni prsten?
Što ako vam netko kaže da postoji regija u svijetu u kojoj se dogodi otprilike 90% svjetskih potresa. Što ako vam kažu da je ovo područje također dom za više od 75% svjetskih aktivnih i uspavanih vulkana, te da su se ovdje dogodile sve osim 3 od 25 najvećih svjetskih erupcija u posljednjih 11.700 godina.
Velike su šanse da biste dva puta razmislili o kupnji nekretnine tamo. Ali što je čudno, stotine milijuna ljudi žive na ovom području, a neki od najgušće naseljenih gradova na svijetu izgrađeni su na njegovim klimavim rasjedima. Riječ je o Pacifičkom vatrenom prstenu, geološki i vulkanski aktivnom području koje se proteže s jedne strane Pacifika na drugu.
Pacifički vatreni prsten je 40.000 km velik bazen u obliku potkove koji je povezan s gotovo kontinuiranim nizom oceanskih rovova, vulkanskih lukova i vulkanskih pojaseva i/ili pomicanja ploča. Ovaj prsten broji 452 vulkana (aktivnih i uspavanih), koji se protežu od južnog vrha Južne Amerike, uz obalu Sjeverne Amerike, preko Beringovog tjesnaca, dolje kroz Japan i do Novog Zelanda – a s nekoliko aktivnih i uspavanih vulkana na Antarktici se zatvara prsten.
Vulkanska aktivnost Pacifičkog vatrenog prstena
Većina aktivnih vulkana na Vatrenom prstenu nalazi se na njegovom zapadnom rubu, od poluotoka Kamčatke u Rusiji, preko otoka Japana i jugoistočne Azije, do Novog Zelanda. Mount Ruapehu na Novom Zelandu jedan je od aktivnijih vulkana u Vatrenom prstenu, s manjim erupcijama godišnje, a velikim erupcijama otprilike svakih 50 godina.
Krakatau je otočni vulkan u Indoneziji. Krakatau eruptira rjeđe od planine Ruapehu, ali mnogo spektakularnije. Ispod Krakataua, gušća Australska ploča ulazi ispod Euroazijske ploče. Zloglasna erupcija vulkana Krakataua 1883. uništila je cijeli otok, odbacivši vulkanski plin, vulkanski pepeo i kamenje čak 80 kilometara u zrak. Novi otočni vulkan, Anak Krakatau, od tada se formira s manjim erupcijama.
Planina Fuji, najviša i najpoznatija planina u Japanu, aktivni je vulkan u Vatrenom prstenu. Planina Fuji zadnji put je eruptirala 1707. godine, no nedavni potresi u istočnom Japanu možda su doveli vulkan u “kritično stanje”. Planina Fuji nalazi se na “trostrukom spoju”, gdje su tri tektonske ploče (Amurska ploča, Okhotska ploča i Filipinska ploča) u međusobnom dodiru.
Istočna polovica Vatrenog prstena također ima brojna aktivna vulkanska područja, uključujući Aleutske otoke, Kaskadno gorje na zapadu SAD-a, transmeksički vulkanski pojas i planine Ande. Mount St. Helens, u američkoj državi Washington, aktivni je vulkan u Kaskadnom gorju.
Ispod Mount St. Helens, Juan de Fuca i Pacifička ploča su subducirane ispod Sjevernoameričke ploče. Povijesna erupcija vulkana Mount St. Helens iz 1980. trajala je 9 sati i prekrila je 11 američkih država tonama vulkanskog pepela. Erupcija je uzrokovala smrt 57 ljudi, više od milijardu dolara materijalne štete i pretvorila stotine četvornih kilometara u pustoš.
Popocatépetl jedan je od najaktivnijih i najopasnijih vulkana u Vatrenom prstenu, s 15 zabilježenih erupcija od 1519. Vulkan leži na transmeksičkom vulkanskom pojasu, što je rezultat poniranja male ploče Cocos ispod sjevernoameričke ploče. Smješten u blizini urbanih područja Mexico Cityja i Pueble, Popocatépetl predstavlja opasnost za više od 20 milijuna ljudi koji žive dovoljno blizu da im prijeti razorna erupcija.
Pacifički vatreni prsten ključna je regija iz mnogo razloga. Služi kao jedno od glavnih graničnih područja za tektonske ploče više od polovice planeta. Također utječe na živote milijuna ako ne i milijardi ljudi koji žive u ovim regijama. Za mnoge ljude koji žive u Pacifičkom vatrenom prstenu, erupcija vulkana ili potres uobičajena je pojava i izazov s kojim se ponekad suočavaju.