Wulkany wybuchają, gdy magma powstająca głęboko pod powierzchnią Ziemi zaczyna przemieszczać się ku górze, a rozpuszczone w niej gazy gwałtownie się rozprężają. O sile erupcji decydują przede wszystkim temperatura, skład i lepkość magmy oraz możliwość wydostania się gazów.
Co znajduje się pod wulkanem?
Ziemia nie jest w środku jedną wielką kulą płynnej lawy. Można porównać ją do jabłka, którego cienką skórkę tworzy skorupa ziemska, lecz to porównanie trzeba traktować tylko orientacyjnie. Poniżej skorupy znajduje się płaszcz zbudowany głównie ze skał. Mimo bardzo wysokiej temperatury skały płaszcza pozostają zasadniczo ciałem stałym, ponieważ działa na nie ogromne ciśnienie.
Płaszcz może jednak odkształcać się bardzo powoli, przez miliony lat. Taką właściwość nazywa się plastycznością. W niektórych miejscach temperatura, ciśnienie i skład skał tworzą warunki, w których niewielka ich część zaczyna się topić. Powstaje magma, czyli stopiona masa skalna znajdująca się pod powierzchnią. Dopiero po wydostaniu się na powierzchnię nazywamy ją lawą.
Dlaczego w ogóle powstaje magma?
Skały nie muszą zostać całkowicie rozgrzane do bardzo wysokiej temperatury, aby zaczęły się topić. Wystarczy zmiana warunków, która obniży ich temperaturę topnienia albo osłabi działanie ciśnienia. Magma powstaje przede wszystkim w trzech środowiskach:
- Strefy subdukcji – jedna płyta tektoniczna wsuwa się pod drugą. Z zanurzającą się płytą do głębi trafiają minerały i woda, które ułatwiają topienie skał w płaszczu.
- Strefy ryftowe – płyty rozsuwają się, a gorące skały płaszcza unoszą się ku górze. Spadek ciśnienia powoduje ich częściowe topienie.
- Pióropusze gorąca i plamy gorąca – szczególnie gorący materiał płaszcza dociera wyżej niż zwykle i podgrzewa skały. Tak powstają między innymi wulkany znajdujące się wewnątrz płyt, jak na Hawajach.
Powstała magma jest zwykle mniej gęsta niż otaczające ją skały, dlatego działa na nią siła wyporu. Przemieszcza się szczelinami ku górze, może gromadzić się w komorze magmowej i stopniowo zwiększać nacisk na skały znajdujące się nad nią. Część magmy zastyga pod ziemią, lecz jeśli znajdzie drogę przez pęknięcia skorupy, zaczyna zbliżać się do powierzchni.
Dlaczego magma wydostaje się na powierzchnię?
Sama różnica gęstości nie wyjaśnia gwałtownych wybuchów. Magma zawiera rozpuszczone gazy, między innymi parę wodną, dwutlenek węgla i dwutlenek siarki. Głęboko pod ziemią wysokie ciśnienie utrzymuje je w roztworze. Gdy magma unosi się wyżej, ciśnienie spada. Gazy zaczynają tworzyć pęcherzyki, które zwiększają objętość magmy i podnoszą ciśnienie w komorze oraz kominie wulkanicznym.
Dobrym przybliżeniem jest otwieranie butelki szampana. Dopóki korek ją zamyka, dwutlenek węgla pozostaje pod ciśnieniem. Po otwarciu napoju gaz zaczyna gwałtownie się rozprężać i wypycha ciecz. W wulkanie podobny proces zachodzi w magmie, ale na znacznie większą skalę. Jeżeli gazy mogą uchodzić stopniowo, erupcja bywa spokojna. Gdy lepka magma blokuje ujście, ciśnienie rośnie aż do rozerwania skał i gwałtownej eksplozji.
- Magma powstaje w wyniku częściowego stopienia skał.
- Jej mniejsza gęstość powoduje przemieszczanie się ku powierzchni.
- Wraz ze spadkiem ciśnienia z magmy wydzielają się gazy.
- Pęcherzyki gazu zwiększają ciśnienie i mogą rozerwać skały nad komorą.
- Materiał wydostaje się przez komin, szczelinę lub krater jako lawa, popiół, fragmenty skał i gazy.
Podczas wydostawania się na powierzchnię magma traci dużą część gazów i stygnie. Wtedy staje się lawą. Erupcja może jednak obejmować nie tylko jej potoki, lecz także materiały piroklastyczne, takie jak popiół, lapille i bomby wulkaniczne, oraz gazy wulkaniczne.
Od czego zależy siła erupcji?
Największe znaczenie ma lepkość magmy. Magma uboga w krzemionkę jest rzadsza, więc gazy łatwiej się z niej wydostają. Taka magma zwykle tworzy spokojne potoki lawy. Magma bogatsza w krzemionkę jest gęstsza i bardziej lepka. Może zablokować komin, zatrzymując gazy pod wysokim ciśnieniem.
| Typ erupcji | Charakter zjawiska | Typowa siła i zagrożenie |
|---|---|---|
| Hawajska | Rzadka lawa wypływa swobodnie, czasem tworząc fontanny. | Zwykle mniejsza eksplozywność, lecz rozległe potoki lawy. |
| Strombolijska | Gazy wyrzucają fragmenty rozżarzonej lawy w krótkich eksplozjach. | Umiarkowana eksplozywność i zagrożenie bombami wulkanicznymi. |
| Wulkaniczna lub peleańska | Lepka magma utrudnia ujście gazów, a erupcji mogą towarzyszyć gorące chmury. | Duże zagrożenie w pobliżu stożka i na jego zboczach. |
| Pliniańska | Gwałtowna eksplozja wyrzuca wysoko popiół, gazy i fragmenty skał. | Bardzo duże zagrożenie, także przez opad popiołu i prądy piroklastyczne. |
Granice między typami erupcji nie są całkowicie sztywne. Ten sam wulkan może zmieniać sposób działania, gdy zmienia się skład magmy, tempo dopływu materiału albo drożność komina. Erupcjom często towarzyszą też wstrząsy, ponieważ magma rozsadza skały i przemieszcza się istniejącymi pęknięciami.
Jak wulkany kształtują powierzchnię Ziemi?
Powtarzające się erupcje budują stożki, tarcze wulkaniczne, pokrywy lawowe i wyspy. Rzadka lawa rozlewa się na dużym obszarze, tworząc łagodne wulkany tarczowe. Lepka magma i naprzemienne warstwy lawy oraz materiałów piroklastycznych prowadzą do powstawania stromych stratowulkanów.
Wulkany są więc widocznym skutkiem procesów zachodzących w głębi planety. Przenoszą ciepło z wnętrza Ziemi ku powierzchni, tworzą nowe skały i zmieniają rzeźbę terenu. Erupcja zachodzi wtedy, gdy połączą się trzy czynniki: powstanie magmy, możliwość jej przemieszczania się oraz ciśnienie gazów wystarczające do przebicia lub rozerwania skał.
