Jak powstaje wulkan? Czyli plutonizm i wulkanizm

Powstawanie wulkanów związane jest z dwoma procesami – plutonizmem i wulkanizmem. Pierwszy z nich zachodzi pod, a drugi nad skorupą ziemską. Efektem ich współdziałania jest miejsce punktowego wydobywania się magmy, czyli wulkan.

Plutonizm – powstawanie wulkanów Etap I

Plutonizm to ogół zjawisk związanych z powstawaniem, przemieszczaniem i zastyganiem magmy (magma to lawa, która nie wydostała się jeszcze na powierzchnię) w obrębie skorupy ziemskiej oraz górnej części płaszcza. Na ogół te warstwy litosfery zbudowane są ze skał w stanie stałym, jednak w określonych warunkach może dojść do ich upłynnienia.

Warunki o których mowa to np.:

  • lokalny wzrost temperatury lub zmiana ciśnienia,
  • napływ fluidów, które obniżają temperaturę topnienia skał,
  • wzrost stężenia pierwiastków promieniotwórczych,
  • dodatkowy napływ ciepła z dolnej części płaszcza.

W wyniku oddziaływania tych czynników dochodzi do lokalnego upłynnienia skał i powstania magmy, która zaczyna przesuwać się ku górze. W większości przypadków magma wciska się w szczeliny skalne i bardzo powoli zastyga tworząc różnego rodzaju skały magmowe, inaczej plutoniczne.

Powstałe w ten sposób formy skalne to tzw. intruzje. Ze względu na ich ułożenie wobec starszych warstw litosfery można je podzielić na 2 rodzaje: intruzje zgodne (zazwyczaj poziome – sille, lakolity, lopolity, fakolity) oraz niezgodne (pionowe – żyły, kominy, batolity, dajki, apofizy).

Intruzja to niejako podziemny zbiornik płynnej magmy – stopu krzemianowego, który zazwyczaj powoli zastyga, bez wydostawania się na powierzchnię. Jednak w niektórych przypadkach intruzja przekształca się w ognisko magmowe zasilające wulkan. Erupcje trwają do momentu, aż cała magma zakrzepnie zmieniając się na powrót w ciało stałe. Jednak niewykluczone, że w przyszłości ponownie dojdzie w tym miejscu do lokalnego upłynnienia skał i wulkan z wygasłego lub uśpionego stanie się czynnym. Oczywiście wielkość ognisk magmowych jest bardzo różna dlatego niektóre wulkany wybuchają częściej i gwałtowniej niż pozostałe.

Devils Tower komin wulkaniczny, bardziej odporny od otoczenia – przetrwał erozję

Wulkanizm – powstawanie wulkanów Etap II

Podsumowując można powiedzieć, że podstawą każdego wulkanu są procesy plutoniczne zachodzące w głębi litosfery. Jednak erupcje wulkanów, eksplozje i wybuchy, czyli to co najciekawsze dzieje się na powierzchni.

Wulkan to miejsce gdzie magma punktowo wydobywa się na powierzchnię Ziemi. Ich występowanie ściśle związane jest z przebiegiem płyt tektonicznych oraz uskoków transformacyjnych, a więc miejsc gdzie grubość skorupy ziemskiej jest stosunkowo niewielka i łatwo ulega przerwaniu.

Wulkanizm to wszelkie zjawiska związane z tym, że lawa oraz towarzyszące jej produkty wulkaniczne wydostają się z głębi ziemi. Te produkty erupcji wulkanicznej można podzielić na 3 podstawowe grupy:

  • ciekłe
  • stałe
  • gazowe

Ciekłe produkty wulkaniczne

Jest to przede wszystkim lawa, która występuje pod dwiema postaciami – gęstą (lawa o odczynie kwaśnym) i rzadką (lawa zasadowa). Płynność lawy zależy od zawartości dwutlenku krzemu, im jest go więcej tym stop krzemianowy ma większą gęstość.

Cecha ta przekłada się bezpośrednio na gwałtowność erupcji. Jeżeli lawa jest gęsta to ma tendencję do zastygania i czopowania komina wulkanicznego. Dochodzi wtedy do krzepnięcia stopu i wzrostu ciśnienia, które po przekroczeniu granicznej wartości rozrywa zakrzep wyrzucając w powietrze skały, lawę, popioły oraz pozostałe produkty erupcji wulkanicznej. W przypadku lawy zasadowej erupcje są zdecydowanie spokojniejsze. Nie zatyka ona komina i swobodnie rozpływa się po dostępnym obszarze.

Lawa zasadowa osiąga zazwyczaj wyższą temperaturę (1200 °C) niż lawa kwaśna (900 °C) ich krzepnięcie następuje w temperaturze ok. 700°C.

Jeśli chodzi o typ spływającej lawy to wyróżnia się 3 podstawowe rodzaje:

  • aa – lawa bazaltowa, bardzo gęsta, przez co spływa powoli. Zawiera duże pęcherze gazu, które pękają rozrywając strumień lawy na duże bloki. Powierzchnia strumienia jest poszarpana, częściowo zastygła skorupa jest rozrywana przez wydobywający się gaz.
  • pāhoehoe – typ lawy charakterystyczny dla Islandii oraz Hawajów. Jest gęsta, zawiera wiele drobnych pęcherzyków gazu. Jej zewnętrzna warstwa szybko zastyga tworząc regularny, gładki strumień, który powoli rozpływa się po dostępnym terenie.
  • lawa poduszkowa – miejscem jej występowania są wulkany podwodne. Wydobywająca się lawa bardzo szybko zastyga tworząc formy, które kształtem przypominają poduszkę. Co ciekawe tego typu formy wulkaniczne można zobaczyć także w Polsce m.in. w Górach Kaczawskich.

Stałe produkty wulkaniczne

Inaczej materiały piroklastyczne. Są to przede wszystkim wszelkiego rodzaju popioły, piaski oraz pyły wulkaniczne. Popiół wulkaniczny powstaje z zastygających w powietrzu niewielkich fragmentów lawy oraz skał które są rozrywane w czasie erupcji. Jest on wynoszony na znaczną wysokość i stanowi duże zagrożenie dla człowieka oraz zwierząt.

W 1973 roku islandzki wulkan Eldfell wyrzucił w powietrze tak dużo pyłów, że po opadnięciu powstała z nich 4 metrowa warstwa. Z kolei indonezyjski wulkan Tambora w 1815 r. spowodował ochłodzenie klimatu. Pyłów było na tyle dużo, że do Ziemi zaczęło docierać mniej promieni słonecznych. Obniżoną temperaturę odczuli nawet mieszkańcy Europy, a 1815 był tzw. “rokiem bez lata”.

Pył wulkaniczny to najdrobniejsza frakcja wydobywająca się podczas erupcji. Ziarenka tego materiału piroklastycznego są tak małe i lekkie, że potrafią unosić się w powietrzu nawet przez kilka lat.

Piasek wulkaniczny to frakcja o średnicy ziaren od 0,5mm do 2mm. Jest on z powodzeniem wykorzystywany w kosmetyce i medycynie. Wszystko za sprawą dużych ilości minerałów takich jak krzem, żelazo czy wapń.

Ponadto do stałych produktów erupcji wulkanicznej zaliczyć można mniejsze lub większe okruchy skalne, które powstają z zastygającej w locie lawy lub lawy która zastygła już w kominie. Największe z nich to bloki i bomby wulkaniczne mogące ważyć nawet kilkaset ton. Nieco mniejsze są lapille, szlaki i scoria. Podczas erupcji powstaje także pumeks. Jest to skała wulkaniczna powstająca z zastygającej lawy, która była bardzo mocno nasycona gazem.

Gazowe produkty wulkaniczne

Ze stożka wulkanicznego wydobywają się także gazy, a takie zjawisko to tzw. ekshalacja czy wyziew wulkaniczny. Są to przede wszystkim dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, siarkowodór, chlorowodór czy amoniak, ale także para wodna.

Budowa wulkanu

Podstawą każdego wulkanu jest znajdujące się pod powierzchnią ziemi ognisko magmowe, znane także jako komora wulkaniczna. Można powiedzieć, że jest to źródło zasilające wulkan w magmę. Jego wielkość, zasobność oraz zmienność panujących tam warunków decyduje o tym jak często wulkan będzie wybuchał oraz jak silne będą erupcje.

Budowa wulkanu w głównej mierze zależy od jego typu, a ten warunkowany jest rodzajem występującej na danym obszarze magmy. Jeśli magma jest gęsta to zazwyczaj powstaje wulkan stożkowy, jeśli rzadka tarczowy.

Powstawanie wulkanów oraz ich rozbudowa odbywa się w dwojaki sposób. Po pierwsze wulkan rośnie ponieważ wydobywające się z niego popioły, pyły oraz zastygająca lawa tworzą kolejne warstwy. Po drugie wypiętrzanie wulkanu następuje od wewnątrz, gdzie pod wpływem temperatury i ciśnienia magma wypychana jest ku górze.

Budowa wulkanu stożkowego

W miejscach, gdzie magma zawiera w swoim składzie dużo dwutlenku krzemu powstaje wulkan stożkowy. Wydobywająca się z niego lawa jest gęsta przez co płynie bardzo powoli i zastyga w niedużej odległości. Erupcji tego typu wulkanów towarzyszy emisja znacznej ilości materiału piroklastycznego, który osiadając na stygnącej lawie buduje kolejną warstwę. Wulkan stożkowy ma więc budowę warstwową i składa się z na przemian ułożonych pasów lawy oraz popiołu, piasku i pyłu wulkanicznego. W ten sposób powstaje charakterystyczny stożek wulkaniczny, a kolejne erupcje systematycznie go nadbudowują.

W pełni wykształcony wulkan stożkowy składa się kanału lawowego, który połączony jest z ogniskiem lawowym. To właśnie za jego pomocą magma wydostaje się na powierzchnię. Górna część kanału to tzw. krater wulkaniczny. W niektórych przypadkach kanał główny może się rozgałęziać – powstają wtedy tzw. przewody boczne, które często tworzą stożki pasożytnicze. W takich wulkanach lawa wypływa przez kilka kraterów jednocześnie.

Budowa wulkanu tarczowego

W przypadku wulkanów tarczowych mamy do czynienia z lawą zasadową, ubogą w dwutlenek krzemu, przez co jest ona rzadka i płynna. Podczas erupcji szybko rozpływa się po dostępnej powierzchni dlatego nie powstaje tutaj klasyczny stożek wulkaniczny. Wulkan tarczowy jest niski a jego zbocza bardzo łagodne. Ponadto budowa wulkanu tarczowego różni się od budowy wulkany stożkowego składem warstw. Chodzi o to, że w wyniku erupcji na powierzchnię wydobywa się głównie lawa, a emisja pyłów i popiołów jest znikoma. Z tego powodu wulkan tarczowy zbudowany jest z warstw zastygłej magmy i ewentualnie bardzo cienkich pasów materiału piroklastycznego.

Typy i rodzaje wulkanów

Wulkany można podzielić według kilku kryteriów. Jednym z nich jest rodzaj materiału, który wydobywa się podczas erupcji. Z tego względu wyróżnić można 3 podstawowe rodzaje wulkanów:

  • wulkan lawowy, inaczej efuzywny – w czasie erupcji z krateru wydobywa się głównie lawa, udział pozostałych produktów wulkanicznych (głównie stałych) jest niewielki. Do tej grupy zaliczamy m.in. wulkan tarczowy.
  • stratowulkan – erupcja takiego wulkanu wiąże się z emisją do atmosfery dużej ilości gazów, pyłów oraz popiołów. Wybuch wulkanu jest zazwyczaj bardzo gwałtowny, a wypływającej lawie towarzyszy wydobywanie się różnej wielkości okruchów skalnych.
  • wulkan błotny – erupcja gorącej wody oraz pary zmieszanej z okruchami skalnymi do której dochodzi zazwyczaj w momencie wygasania ogniska magmowego.

Ze względu na aktywność wulkany dzielą się na:

  • wulkan czynny, czyli taki, który w ciągu ostatnich 10 000 lat chociaż 1 raz wykazał aktywność wulkaniczną. Jej przejawem mogą być: gorące wyziewy gazów, wypływy lawy czy wyrzut materiału piroklastycznego. Przykładem jest wulkan Stromboli położony we Włoszech.
  • wulkan drzemiący to taki, który w ciągu 10 000 lat wykazywał aktywność, jednak obecnie już jej nie przejawia oraz szansa na erupcję jest bardzo niska z powodu braku magmy w ognisku wulkanicznym np. wulkan Zuidwal w Holandii.
  • wulkan wygasły, czyli taki, który nie przejawiał żadnej aktywności w czasach historycznych (nie istnieje wzmianka w źródłach pisanych o jego erupcji). Określenie czy wulkan wygasły już nigdy nie wybuchnie jest bardzo trudne, ponieważ w niektórych przypadkach okresy pomiędzy poszczególnymi erupcji mogą wynosić nawet setki tysięcy lat. Dla przykładu wulkan Yellowstone wybucha raz na ok. 700 000 lat.
Leave a Reply

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *