Zasada działania wulkanu

Wulkany – góry ognia, tak najłatwiej zdefiniować to zjawisko. Jednak czym one są naprawdę? W przyrodzie każde zjawisko ma swoja przyczynę, jak również i skutki. Nie inaczej jest w przypadku tych efektownych „ognistych fontann”.

Już w starożytności wulkany fascynowały ludzi. Wydawały się one wówczas czymś nieziemskim i dlatego też, często oddawano im cześć. Geneza nazwy leży w religii rzymskiej. Wulkan był to bóg ognia i kowali. Wykuwał on w swojej pieczarze pełnej żaru gorącą broń dla wojowniczych bóstw. Również w innych częściach świata je czczono. Na Hawajach Kilawela był to dom Pele – bogini ognia, a góra zwana przez mieszkańców Meksyku El Popo była obiektem kultu Azteków.
Jednak dzięki dzisiejszej zaawansowanej technice możemy się dowiedzieć o wiele więcej o zasadzie działania tych tajemniczych olbrzymów.
Pod wąska skorupą otaczającą Ziemię znajduje się gorąca magma. Najlżejsze nawet pierwiastki mają tendencję do wydostawania się na powierzchnię. Wybuchy wulkanów są przejawem życia globu i ruchu płyt, jaki i dążenia tychże związków do wydobycia się z głębi Ziemi. To, co my nazywamy wulkanem jest to miejsce na powierzchni Ziemi, w którym wydobywają się (lub wydobywały) z głębi Ziemi produkty wulkaniczne m.in.: lawa, materiały piroklastyczne czy gazy wulkaniczne. Zbudowany jest on z kanału, którym dopływają z głębi Ziemi na powierzchnię produkty erupcji, natomiast lejkowato rozszerzony wylot kanału nosi nazwę krateru wulkanicznego. Jego zbocza tworzą zastygle warstwy lawy, popiołów, także stożki napływowe. Miejsce, w którym gromadzi się gorąca magma pod powierzchnią ziemi, nazywa się komorą magmową.
Wulkany podzielono w zależności od rodzaju erupcji. Eksplozywne, to takie, które wyrzucające gwałtownie gazy i materiały piroklastyczne (gł. popioły) bez wylewu lawy. Zwane są też tufowymi i mają kształt stożka oraz rozległy, głęboki krater. Wylewne (lawowe) dostarczają tylko ciekłej lawy, która wydostaje się z krateru bez większej eksplozji. Jego kształt zależy od charakteru lawy. Przy wydobywaniu się lawy o małej lepkości (lawy zasadowej) powstają wulkany tarczowe, które tworzą płaskie góry o łagodnie (do 8) nachylonych stokach. Natomiast przy wydobywaniu się lawy lepkiej (kwaśnej) następuje jej spiętrzenie, powstają tzw. kopuły lawowe.
Występuje również podział ze względu na częstość wybuchów. Wyróżnia się czynne (przejawiają swoją aktywność w wylewach lawy lub wydobywaniu się gazów wulkanicznych), drzemiące (czynne w czasach historycznych, ale obecnie nie przejawiające działalności wulkanicznej) oraz wygasłe (nie wybuchały w czasach historycznych).

Ich rozmieszczenie wiąże się głównie ze strefami młodych ruchów górotwórczych. Spotyka się je w rejonach, gdzie zachodzą na siebie płyty tektoniczne. Tak dzieje się w „pasie ognia” na Pacyfiku. Grupuje się tu najwięcej wulkanów, bo aż około 340. Występują też z reguły po wewnętrznej stronie łuku górskiego, tak jak np. Wezuwiusz, Etna i wulkany Wysp Liparyjskich znajdują się po wewnętrznej stronie łuku pasma Apeninów, lub w sąsiedztwie wielkich uskoków np. we wschodniej Afryce. Ale można się na nie natknąć prawie wszędzie. Od Japonii do Jukatanu, czy od Islandii po Włochy.

I teraz nasuwa się pytanie, co z ludźmi, którzy zamieszkują te tereny? Dziś wiemy, że boska cześć oddawana tym górom i ofiary nie zdołają zapobiec tragedii. Blisko 15% ludności świata zamieszkuje w strefach ryzyka, a ich domostwa leżą w cieniu tych gór. Na co są narażeni?

Największe zagrożenie związane jest z wybuchem wulkanu. Trzeba tu jednak zaznaczyć, ze podczas tego zjawiska wydobywa się nie tylko gorąca lawa, która płynąć pustoszy wszystko na swej drodze. Zanim ona się pojawi wydobywają się materiały piroklastyczne, do których zaliczamy: bomby, lapille, okruchy, piaski, pyły i popioły wulkaniczne oraz gazy. Proces ten może trwać od kilku do kilkudziesięciu godzin. Tak wiec, zdarza się nie raz, że erupcja rozciąga się na kilka dni.
Pierwszym niebezpieczeństwem są popioły, piaski i pyły. Są to bardzo drobne kawałki lawy i skał wyrwanych z podłoża wulkanu i wyrzucane podczas jego wybuchu. Wydobywające się z krateru w olbrzymich ilościach zanieczyszczają powietrze, jak i czynią je gęściejszym. Zasnuwają niebo, nie przepuszczając tym samym światła słonecznego. Świat u podnóża wulkanu pogrąża się w ciemności. Gdy popioły opadną, mogą zasypać nawet cale miasto na grubość dochodzącą nawet do 10m. Tak stało się w przypadku Pompei i wybuchu Wezuwiusza. Niszcząca lawa nie dotarła do miasta, lecz zostało ono zasypane na średnią grubość około 8m. Popiół stanowią maleńkie drobinki skał, które po dostaniu się do dróg oddechowych człowieka mogą spowodować ciężkie ich zanieczyszczenie, a co za tym idzie infekcje, jak również śmierć w cięższych przypadkach.
Równocześnie z popiołami, a także przez ich pojawieniem się, mają miejsce wyziewy na powierzchnie par i gazów wulkanicznych. Są to tak zwane ekshalacje wulkaniczne. Podzielono je ze względu na temperaturę oraz skład chemiczny na następujące: fumarole, solfatary i mofety. Stanowią zagrożenie przez trujące gazy, jakie zawierają. Najgorętsze, (200-1000C) fumarole złożone są głównie z pary wodnej z domieszką dwutlenku węgla, fluoru, chloru, wodoru, azotu i par siarki. Zawierają także wiele innych gazów i par, ale w śladowych ilościach. Gdy w ich pobliżu znajdzie się człowiek może dojść zarówno do poparzenia gorącą parą jak i zatrucia trującymi gazami. Wydobywają się w kraterach i ze szczelin w ich sąsiedztwie. Po wybuchu wulkanu temperatura fumarol stopniowo się obniża, a ich skład ulega zmianom. W ten sposób fumarole przekształcają się w inne odmiany ekshalacji wulkanicznych: solfatary, a następnie mofety.
Towarzyszą czynnym wulkanom, jak np. wulkanowi Dzendzur na Kamczatce (Rosja, 2285m).
Kolejny rodzaj to solfatary. Ich temperatura wynosi 100-200C, a złożone są głównie z pary wodnej, także dwutlenku węgla i siarkowodoru. Występują w południowej Boliwii, a także na znacznych obszarach: np. w Dolinie Dziesięciu Tysięcy Dymów na Alasce od czasu wielkiego wybuchu pobliskiego wulkanu Katmai (1912) wydobywają się na obszarze ok. 400 km2.
Najmniej groźne z nich wszystkich mofety to chłodne (poniżej 100C) ekshalacje wulkaniczne złożone gł. z dwutlenku węgla. Tu jesteśmy narażeni jedynie na zatrucie.

Następne zagrożenie stanowią okruchy, lapille oraz bomby wulkaniczne. Wszystko to są kawałki lawy nazwane w zależności od rozmiarów. Bomby są to duże bryły, nieraz wielkości kilkumetrowych głazów. Wielkość lapilli jest porównywalna do grochu lub orzecha włoskiego, natomiast okruchy to minimalne kamyczki, które czasami można już zaliczyć do popiołów lub pyłów. Niebezpieczeństwo, jakie stwarzają jest duże. Podczas erupcji wyrzucane z ogromną siłą spadając, stanowią deszcz gorącej lawy. Żadna istota żywa nie ma szans w starciu z nimi. Wystarczy mała lapilla, by przepalić człowieka na wylot. Bomba, która trafi w dom lub inny budynek, niszczy go doszczętnie. Okruchy zatruwają wodę, ziemie, uśmiercając istoty żywe. W ten sposób produkty wulkaniczne poprzedzające główny wybuch magmy potrafią zniszczyć zarówno świat roślinny, zwierzęcy, jak i człowieka.

Główne niebezpieczeństwo, które nieodzownie kojarzone jest z erupcja, to lawa. Jej temperatura wynosi 1000-1400C, a przy krzepnięciu 600-700C. Gorąca magma wydobywa się na powierzchnie przez kanał, a następnie krater. Gdy zastygnie, zatyka krater, a pod spodem gromadzą się gazy i roztopione skały. Ciśnienie stopniowo wzrasta, aż w końcu wysadza korek. Następuje erupcja. W zasadzie im rzadziej wulkan się budzi, tym wybuch jest gwałtowniejszy, a więc bardziej niebezpieczny. Gwałtowność wybuchu bywa szczególnie silna, gdy zatrzymywana przez dłuższy czas energia nagle zostaje uwolniona. Wtedy skutki są tragiczne. Zostaje spustoszone wszystko, co znajdzie się na jej drodze. Wszelkie rośliny zostają spalone, a gdy lawa zastygnie tworzy magmowe skały wylewne, zwane też wulkanicznymi, np. bazalt, czy andezyt uniemożliwiając w ten sposób odrodzenie się roślinności. Strumień lawy to również zagrożenie dla człowieka. Niczym tornado, porywa wszystko, co stanie mu na drodze: lasy, pola uprawne, domy, gospodarstwa, a nieraz nawet miasta. Nic nie pozostawia. Po takim wybuchu wszystko trzeba na nowo odbudowywać, a często na innym terenie, gdyż, jak już wyżej wspomniałam, gleba zostaje przykryta, a skały magmowe nie są dobrym podłożem do wszelkiego rodzaju inwestycji budowlanych oraz uprawnych.
Taka sytuacja miała kilka razy miejsce w Katanie, miasteczku u podnóża wulkanu Etna na Sycylii. Lawa już kilka razy była tuż tuż od głównego placu, gdzie znajdował się kościół. Na szczęście jednak dzięki ludzkiej zaradności i budowaniu wałów ziemnych udało się go uratować. Mieszkańcy jednak wierzą, iż to cudowna Matka Boska chroni ich domostwa przed Etną. Każdy przyjmuje swój punkt widzenia. Niestety są też straty. Kilku mieszkańców zostało pozbawionych swych domow, które stały bliżej krateru na wzgórzu. Dziś na ich miejscu jest tylko kilka skał.
Jednakże tereny w poblizu wulkanow są często zasiedlane, a ludzie ci ciągle żyją w zagrożeniu.
W pobliżu Sangay, szczytu w Ekwadorze, znajdują się osady, a z powodu częstych i groźnych wybuchów nazwany Płonącą grozą Andów. Miasteczko Orizaba we wschodnim Meksyku położone jest w cieniu Citlaltpetl, czynnego wulkanu. San Miguel, miasto we wschodnim Salwadorze leży u podnóża wulkanu San Miguel. Mont Pele, czynny wulkan na Martynice zniszczył w 1902 miasteczko Saint Pierre. Fudżi-Jama wulkan na wyspie Honsiu położony jest na południowy zachód od Tokio. Semeru czynny wulkan w Indonezji, a u jego podnóża miasto Malang. Oyama leży w cieniu wulkanu o tej samej nazwie. Klasyczny przykład mamy w Europie, Neapol położony jest w pobliżu Wezuwiusza. Jednak niektóre „góry ognia” powodują inne zagrożenia. Krakatau wysepka - czynny wulkan w Indonezji, którego jeden z wybuchów nastąpił w 1883, uważany on był za jeden z największych w dziejach świata (słyszany w odległości 3000 km). Wyrzucił 18 km3 materiału na wysokość 50-80 km, utworzył chmurę pyłów, która utrzymywała się ponad rok w atmosferze. Natomiast blisko 40 m wysoka fala tsunami spowodowała na wybrzeżach gęsto zaludnionej Jawy i Sumatry śmierć 36 tysięcy ludzi.
Mimo tych wszystkich gróźb i zagrożeń ludzie zamieszkują tereny położone blisko niebezpiecznych wulkanów. Na ich stokach znajdują się pola uprawne, jak w przypadku wulkanu Cotopaxi, w północnej części Ekwadoru, w Andach. Szczyt znajduje się powyżej granicy wiecznego śniegu, jednak w niższych partiach jego zbocza pokrywają pola uprawne. Podobnie jest na Strombolim, czynnym wulkanie w Europie Południowej, w archipelagu Wysp Liparyjskich Zbudowany jest z ryolitów, andezytów i bazaltów. Na stokach kwitnie uprawa winnej latorośli.
Dzieje się tak, dlatego, iż na zboczach wulkanów występują bardzo urodzajne gleby. Po erupcji, gdy już popioły i pyły opadną, szata roślinna zaczyna się odradzać. Następuje to gwałtownie, gdyż w materiale piroklastycznym, który pozostał po wybuchu znajduje się mnóstwo pierwiastków i soli mineralnych, które przedtem znajdowały się pod ziemią. Są one nieodzowne do prawidłowego rozwoju roślin. Gdy więc, materiał ten występuje na pewnym terenie w dużych ilościach, staje się rajem do ich rozwoju. Fakt ten wykorzystał człowiek zagospodarowując zbocza wulkanów i sadząc na nich uprawy. Wiadomo również, że gdzie bogate zbiory, tam dużo żywności. Tym samym zaczyna osiedlać się coraz więcej ludzi. Następnie rozwija się handel, przemysł i tak powstaje nowe miasto. Co prawda mieszkańcy takiego miasta żyją w ciągłym zagrożeniu, jednak zdają się nie odczuwać tego na codzień. Więcej jest zalet niż wad. Przy dzisiejszej technice wulkanolodzy mogą przewidzieć wybuch na podstawie różnych obserwacji, uprzedzić mieszkańców i w porę zarządzić ewakuację. Zniszczone pole zawsze można obsiać na nowo. Gorzej jest w przypadku, gdy szkody obejmują domy i majątki. Wtedy starty są ogromnie.
Dodatkowe niebezpieczeństwo dla ludności stanowią wstrząsy towarzyszące erupcji. Można to wziąć za pewien rodzaj trzęsienia ziemi. Wtedy zagrożenie jest niewidoczne, czai się w drżącej ziemi. Może nastąpić zapadanie się ziemi, osuwiska, pęknięcia w skorupie ziemskiej, jak również wszelkiego rodzaju szkody typu zawalenia budynków, straty materialne. Są to przykłady ekstremalne, jednak nigdy nie należy lekceważyć „głosów ziemi”. Do dziś nie można im zapobiec, jedynie niekiedy przewidzieć w krótkim odstępie czasu.

Jednak mimo tylu zagrożeń spowodowanych wybuchami wulkanów, człowiek zasiedla i urbanizuje tereny położone w ich cieniu.