Procesi i površinske manifestacije vulkanske aktivnosti

Dr. sc. Zorica Petrinec, prof. geol. i geogr.

Nastupno predavanje

23. ožujak, 2016.

Etna, Sicilija

Etna, Sicilija

Etna, Sicilija

Zemlja

Jastučaste lave, negdje usred oceana…

Što je VULKAN?

površinska manifestacija vulkanske aktivnosti

dio puno većeg sustava čija se glavnina nalazi ispod samog vulkana

vrlo raznoliki reljefni oblici i stilovi erupcija = dva osnovna kriterija podjele

Podjela vulkanskih struktura prema morfologiji

rast vulkana – akumulacija produkata koje izbacuju na površinu

lava – magma u trenutku izbijanja na površinu → solidifikacijom nastaju stijene

vulkanski pepeo i prašina – magma koja je bila fragmentirana u komadiće prilikom izbacivanja u zrak → taloženje

akumulacija različitog materijala = različiti tipovi vulkana

velik broj vulkana prilikom rasta poprima karakterističan izgled stošca, ali postoje i oni prostraniji koji po obliku podsjećaju na štitove, kao i tek blaga reljefna udubljenja koja su nekadašnji vulkanski krateri ispunjeni vodom

vulkani konstantno variraju u svojoj aktivnosti, tako da je i njihov rast epizodičan → traje dok god ima materijala (magme) koja pogoni vulkansku aktivnost na tom mjestu

ŠTITASTI VULKANI

Erta Ale, Etiopija

ŠTITASTI VULKANI

divovi među vulkanima

voluminozni vulkani koji po obliku podsjećaju na štit

slojevi solidificirane lave

vrh štitastih vulkana - velika zdjelasta udubljenja (kaldere) koje su posljedica urušavanja pokrovnih stijena nakon kolapsa plitko smještenih magmatskih ognjišta

česti sekundarni eruptivni centri na padinama vulkana

karakteristični mirni izljevi bazaltnih magmi

STRATOVULKANI

Ngauruhoe, Novi Zeland

STRATOVULKANI

kompozitni = lava i vulkanski pepeo, koji se često međusobno poslojavaju odnosno stratificiraju = stratovulkani

padine - bitno su strmije, na vrhu se javlja u pravilu jedan središnji krater, pojave sekundarnih padinskih eruptivnih centara su rijetke

magma kiselija (viskoznija) od bazaltne - nema sposobnost tečenja na velike udaljenosti prije nego što dođe do njene solidifikacije

zbog velike viskoznosti - povećanje eksplozivne aktivnosti

karakteristične erupcije andezitnih magmi

VULKANSKE KUPE (DOME)

Colima, Meksiko

Merapi, Indonezija

PIROKLASTIČNI (CINDER) VULKANI

Paricutín, Meksiko

PIROKLASTIČNI (CINDER) VULKANI

drugo ime: cinder vulkani

izgrađeni dominantno od nevezanog piroklastičnog materijala

cinder (prijevod: vulkanska šljaka) = uglavnom staklasti fragmenti solidificirane lave

vrlo brz rast - nekoliko mjeseci ili godina

ponekad dolaze u većim skupinama

vrlo često se javljaju na padinama većih vulkana

KALDERE

Okmok (Aleuti), Aljaska

KALDERE

2 značenja pojma kaldera:

1) kaldera = oblik na vrhu stratovulkana ili štitastih vulkana, nastao slijeganjem nakon pražnjenja plitke magmatske komore

2) kaldera = tip vulkana - posljedica velikih eksplozivnih erupcija

velika zdjelasta kružna depresija (promjer 1 km do 100 km) strmih unutarnjih strana

ime: izvedeno iz cauldron = veliki (vještičji ) kotao

nastaju erupcijom ogromnih količina magme

malobrojne, uzrokovale kataklizmičke erupcije u Zemljinoj prošlosti

često se nazivaju supervulkanima

MAAR

Pulvermaar, Njemačka

MAAR

blaga reljefna uleknuća

krateri nastali kao posljedica vulkanskih eksplozija

nastanak: eksplozije nastale kontaktom magme s podzemnom vodom ili smrznutim tlom (permafrost = polarna područja)

većina je danas ugasla i uglavnom ispunjeni jezerima

STOŠCI I PRSTENI TUFA

Diamond Head, Oahu, Hawaii

STOŠCI I PRSTENI TUFA

malene vulkanske forme slične maarovima, ali se nalaze u potpunosti iznad površine

vezani uz područja velike vulkanske aktivnosti

nastanak: prilikom kontakta uzdižuće magme s vodom (podzemna voda, jezera, močvare, plitka mora) dolazi do vrlo žive erupcije s nastankom značajne količine pepela koji formira prsten oko središnjeg otvora

kasnijom konsolidacijom izbačenog prašinastog materijala nastaje stijena tuf

astenosfera

litosferskiplašt

kora

Vulkan kao dio vulkanskog sustava

Stadiji razvoja vulk. sustava: Mehanizmi i procesi:

4. plitki transport i erupcija dajkovi + oslobađanje od pritiska

3. privremeno uskladištenje asimilacija + frakcijska kristalizacija

2 b. transport kroz koru dajkovi

2 a. transport kroz litosferskiplašt

dijapirizam

1. nastanak magme parcijalno taljenje plašta

astenosfera

litosferskiplašt

kora

početak svake vulkanske aktivnosti koju opažamo na površini → bez magme nema erupcije!

većina vulkana na Zemlji nalazi se duž granica litosfernih ploča → izravno vezana uz konvekcijskakretanja u plaštu + vulkani čija je lokacija uvjetovana postojanjem tzv. vrućih točaka

raznoliki geotektonski okoliši = raznolike magme

sve magme svoj nastanak duguju parcijalnom taljenju plašta odnosno produkciji bazaltne magme, bez obzira da li se ono:a) odvijalo zbog dekompresije materijala prilikom

uzdizanja unutar plašta (spreading) ilib) zbog taljenja koje je bilo potaknuto

otpuštanjem vode iz subducirane oceanske litosfere (subdukcija)

1. stadij: nastanak magme

astenosfera

litosferskiplašt

kora

Kako izgleda taljenje u samoj stijeni?

taljevina nastaje na rubovima (kontaktima) zrna napredovanje taljenja = povećanje količine

"tekućine" između "krutih" mineralnih zrna → pojedini džepići spajaju se u mrežu kanalića

1. stadij: nastanak magme

manja gustoća + veći volumen u odnosu na susjedne kristale → počinje kretanje magme i nakupljanje taljevine unutar izvorišnog područja

gornji dio izvorišnog područja počne se ponašati kao jedinstveno gljivasto tijelo magme koje se odvaja i kreće prema površini = dijapir

astenosfera

litosferskiplašt

kora

stijene oko dijapira ponašaju kao plastična masa -

dopuštaju polako pomicanje prema površini

brzina napredovanja = brzina razmicanja ploča na

površini Zemlje = nekoliko centimetara godišnje

uzdizanje prema plićim nivoima plašta - polako

usporavanje dijapira

zaustavljanje - kada dođe do vrha plašta tj. do

kore koja je bitno manje gustoće od plašta ispod

nje, ali i same taljevine

dijapir - privremeno zaustavljen, u kori se stvara

niz pukotina (dajkova) koji se polako ispunjavaju

magmom i dalje provode tu magmu prema

površini ("cjevovod")

2. stadij: migracija magme

astenosfera

litosferskiplašt

kora

većina magmi će određeni period vremena provesti privremeno uskladištene negdje unutar kore

privremeno uskladištenje magme u plitkim magmatskim ognjištima = hlađenje i kristalizacija magme → stalna promjena kemijskog sastava

3. stadij: uskladištenje magme - nastanak magmatskog ognjišta

hlađenje i kristalizacija magme

povećanje kiselosti (ujedno i viskoziteta)

magmatsko ognjište = kontrola kemijskog sastava eruptirajućih magmi i utjecaj na razmjere i učestalost površinske vulkanske aktivnosti

hlađenje magme i smanjenje tlaka prilikom uzdizanjaastenosfera

litosferskiplašt

kora

okidač erupcije = kolaps ognjišta zbog povišenja tlaka unutar ognjišta (dotok nove magme iliizlučivanje plina unutar ognjišta prilikom kristalizacije)

većina vulkanskih erupcija = eksplozivna - zbog otopljenih plinova

topljivost plinova u magmi smanjuje se sa smanjenjem tlaka = svaka će magma dosegnuti točku kada će postati prezasićena plinovima = posebna faza, mjehurići → njihov rast i "lakoća" izlaska iz magme (= viskozitet) diktiraju eksplozivnost

4. stadij: erupcija magme

Vulkanske erupcije prema eksplozivnosti

ovisno o kemijskom sastavu magme i količini otopljenih volatila (plinova) koje ona sadrži, sve se erupcije generalno može podijeliti u dvije velike osnovne skupine:

1. eksplozivne erupcije - izbacivanje velikih količina fragmentirane magme i različitih piroklastičnih čestica; uglavnom karakteristične za magme bogatije silicijem odnosno neutralne do kisele magme

2. efuzije ili izljevi - bazičnije magme koje uglavnom na površinu izbijaju kao koherentni tokovi lave

Zemlja = "vodeni planet" → često će se dogoditi da i bazičnije (= mirnije) lave dođu u kontakt s nekom vanjskom vodom (bilo površinskom vodama, podzemnim vodama ili pak ledom) te samim time postanu eksplozivne

HAVAJSKE ERUPCIJE

Puʻu ʻŌʻō (Kilauea), Hawaii

HAVAJSKE ERUPCIJE

ime: otočje Hawaii (SAD) bazaltna magma s malim sadržajem otopljene vode i plinova izbacivanje lave u obliku fontana i nastanak mirnih tokova karakteristične za štitaste vulkane bočne erupcije na padinama vulkana, središte kratera - ujezerena lava relativno mirni događaji, vrlo mala eksplozivna aktivnost

STROMBOLSKE ERUPCIJE

Stromboli (Lipari), Italija

STROMBOLSKE ERUPCIJE

ime: Stromobli (Liparsko otočje, Italija) = "Svjetionik Mediterana" oslobađanje većih količina plina nego kod havajskih erupcija karakteristične za cinder vulkane i neke stratovulkane serije kratkih, eksplozivnih događaja koji u zrak izbacuju obilje

fragmenata lave svako izbacivanje materijala može biti praćeno glasnim praskovima, ali

nema pravih eksplozija nikada se ne razvija značajan stup pepela, uglavnom je kratkoživući

VULKANSKE ERUPCIJE

Anak Krakatau, Indonezija

VULKANSKE ERUPCIJE

ime: Vulcano (Liparsko otočje, Italija) eksplozivnije od prethodna dva tipa erupcija nastaju zbog porasta pritiska prilikom začepljivanja vulkanskog grotla i

eksplozivnog izbacivanja čepa - karakteristične samo za stratovulkanekoji izbacuju lave srednjeg do velikog viskoziteta

nastaje velika količina vulkanskih bombi do smirivanja aktivnosti dolazi uglavnom unutar

nekoliko sati ili dana ponekad završavaju formiranjem tokova

viskozne lave ponekad aktivnost traje godinama,

s povremenim eksplozivnim erupcijama koje se izmjenjuju s periodima mirnog ispuštanja pare

PLINIJSKE ERUPCIJE

Cordón Caulle, Čile

PLINIJSKE ERUPCIJE

ime: po Pliniju Starijem i Mlađem (erupcija Vezuva 79. god. pr. Kr.) drugo ime: vezuvske erupcije izbacivanje velikih količina fragmentirane lave,

velika količina plovućca javljaju se samo kod stratovulkana ili sustava kaldera koji

proizvode izrazito viskozne lave, obično riolitne obično vulkan stotinama ili tisućama godina

ne pokazuje znakove aktivnosti traju danima do tjednima da bi došlo do ovakvih erupcija, potrebna je velika

količina magme i stvaranje velikog unutarnjeg pritiska ispod samog vulkana

neke od erupcija izbacuju toliku količinu magme, da dolazi do urušavanja vršnog dijela vulkanai nastanka kaldere

PELEŠKE ERUPCIJE

Merapi, Indonezija

PELEŠKE ERUPCIJE

ime: Mont Peleé (Martinique), erupcija 1902. jedne od najopasnijih i najdestruktivnijih vulkanskih erupcija karakteristične samo za stratovulkane koji izbacuju lave visokog

viskoziteta ovom stilu erupcije prethodi nastanak vulkanske kupe na vrhu vulkana prilikom njenog kolapsa dolazi do stvaranja piroklastičnog toka vrućeg

plina, stijena i pepela koji se kreće velikom brzinom niz padine vulkana = nueé ardente

ERUPCIJE U KONTAKTU S VODOM

Eyjafjallajökull, Island

ERUPCIJE U KONTAKTU S VODOM

freatske erupcije - kontakt vulkanskih stijena s podzemnom ili površinskom vodom; eksplozije pare, pepeo, vulkanske bombe i stijene

surtsejske erupcije - kada vrh podvodnog vulkana dosegne površinu i uzrokuje eksplozije

subglacijalne erupcije - erupcije ispod ledenih kapa ili drugog tipa ledenjaka

PUKOTINSKI (ISLANDSKI) TIP ERUPCIJA

Holuhraun (Bardarbunga), Island

PUKOTINSKI (ISLANDSKI) TIP ERUPCIJA

pukotinske erupcije - sustavi dugih i relativno ravnih pukotina u tlu mirna izlijevanja velikih količina vrlo tekuće (bazaltne) lave koje mogu

teći desetke kilometara prije solidifikacije ponekad razvoj serije fontana lave duž pukotinskog sustava obično se javljaju u područjima ekstenzije = najčešće vezano uz

divergentne granice ploča danas: manjih razmjera (Island) u geol. prošlosti vrlo značajne pojave =

nastajanje bazaltnih platoa (Dekanski poluotok, Parana, Sibir…)

PUKOTINSKE ERUPCIJE: BAZALTNI PLATOI

Sibirski bazaltni plato

PUKOTINSKE ERUPCIJE: BAZALTNI PLATOI

Dekanski bazaltni plato

PUKOTINSKE ERUPCIJE: BAZALTNI PLATOI

produkti najvećih vulkanskih događaja u Zemljinoj povijesti u relativno kratkom vremenu (1-2 milijuna godina) na površinu je

izbačeno (nastankom svakog platoa) više od 100 000 km3 materijala

ima ih na svim kontinentima i svim oceanima, a nastanak im je vezan uz vruće točke

stvarni razmjeri tih erupcija i stvarni utjecaj na okoliš u trenutku njihova nastanka nije posve jasan

na temelju novijih istraživanja sve je očitije da je upravo ovakav oblik vulkanske aktivnosti imao "svoje prste" u velikim izumiranjima u geološkoj prošlosti

PUKOTINSKE ERUPCIJE: BAZALTNI PLATOI

sam nastanak Dekanskog bazaltnog platoa (kraj krede!) teško bi doveo do izumiranja dinosaura, ali u sinergiji sa padom meteorita (Srednja Amerika) moglo je doći do stvaranja uvjeta u okolišu koja su i moćna bića poput dinosaura ustvari učinila potpuno nemoćnima i uzrokovala njihov nestanak s lica Zemlje

Literatura:

Siggurdson, Ed. H., ur. (2000): Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press, San Diego. 1471 str.

Parfitt, E. A., Wilson, L. (2011): Fundamentals of physical volcanology. BlackwellPublishing. 230 str.

Izvor blok dijagrama (tipovi vulkana i erupcija):

Dinwiddie, R., Lamb, S., Reynolds, R. (2011): Violent Earth. Dorling Kindersly, London. 359 str.

Izvori fotografija:

razne mrežne stranice poput Volcano Discovery, Wikipedia i sl.

Literatura i izvori