Vulkan

Kroz Park se kreće kružnom putanjom u čijem je centralnom delu model vulkana visine oko 10 m. Oko vulkana je prostrana zelena površina sa izgrađenim minijaturnim jezerom. Ovaj model stratovulkana predstavlja posebnu izložbu na temu vulkanologije.

Odakle vulkani?

Danas postoji nekoliko stotina aktivnih vulkana, pre pet stotina miliona godina bilo ih je mnogo više, a pre četiri milijarde godina čitava Zemlja bila je jedan veliki vulkan! Šta nam to govori?

Vulkani su mesta na kojima se naša planeta JEDNOSTAVNO HLADI!

Na samom početku svoje geološke istorije Zemlja je odavala velike količine toplote čitavom svojom površinom. Hlađenje je nastavljeno i ono se i danas odvija, ali je tokom vremena ovo odavanje toplote postajalo sve sporije i sporije. Razlog leži u tome što se vremenom naša planeta ”obukla” i time zaštitila od nekontrolisanog hlađenja.

Kako se to Zemlja obukla? Opet pomoću vulkana. Tako što se onaj deo Zemljine unutrašnjosti koji nije mogao da izdrži veliku toplotu jednostavno stapao i, kao lakši, kretao naviše, a zatim očvrćavao praveći pokoricu na Zemljinoj površini. Tim stapanjima koja su se neprekidno dešavala milijardama godina unazad stvorena je litosfera – svojevrstan Zemljin ”kaput” koji je danas čuva od preteranog i nekontrolisanog hlađenja.

Zemlja se, dakle, danas hladi i to poput nekog čoveka koji stoji na nekoj hladnoći, ali je u dobrom kaputu. Ako je kaput dobar i kragna podignuta, neće biti gubitka toplote, tako je i sa Zemljom. Tamo gde je ona ”dobro obučena” hlađenje se odvija veoma sporo i bez vidljivih posledica. Ali na mestima gde je Zemljina ”odeća” raskopčana, popucala ili istanjena, tamo će njena toplota izaći naglo i burno. E, ta mesta su VULKANI. Na ovim mestima Zemlja se, htela-ne-htela, najlakše i najefektnije oslobađa toplote iz svoje unutrašnjosti.

1 2
Slika 1. Šematski prikaz građe Zemlje. Slika 2. Šematski prikaz građe vulkana.

Gde se nalaze vulkani?

Vulkani se nalaze samo na onim mestima na kojima se Zemlja hladi direktno i na veoma konkretan način. Ovo podrazumeva delimično stapanje lakotopivih stena, uspinjanje ovih masa naviše i njihovo očvršćavanje na površini Zemlje (dok se nalaze u dubini ove rastopljene stene zovemo magmom, a kada izađu na površinu lavom). Ne postoje svuda uslovi za ovakvo burno hlađenje, zato vulkana i nema svuda, već samo na određenim mestima. Zemljin litosferski oklop, taj svojevrsni izolator bez kojeg bi ona ponovo bila jedan ogroman vulkan, ne prekriva je kao opna, kao što, na primer, pomorandžu okružuje njena kora. Suprotno tome, litosfera se se sastoji iz delova koji se zovu litosferne ploče. Danas postoji šesnaest velikih i više manjih litosferskih ploča koje su u stalnom pokretu, dakle, ili se razmiču, ili približavaju jedna drugoj. Duž njihovih granica smešteno je preko 95% aktivnih vulkana na Zemlji.

Prostori širenja su mesta gde se litosferske ploče razmiču, odnosno gde je naša planeta ”raskopčala” svoj litosferski kaput. Razmicanje dovodi do prodora toplote naviše, a to dalje prouzrokuje delimično stapanje stena i stvaranje magme koja će izvesno naći svoj put ka površini. Kada dođe do površine, ova magma, odnosno lava očvršćava, postaje kamen koji se ugrađuje u obod litosferske ploče. Tako se ove ploče na svojim krajevima konstantno dograđuju. Prostori širenja se pretežno nalaze u okeanima i prekriveni su morskom vodom, tako da te brojne vulkane nemamo priliku da vidimo. Vulkani se, doduše mnogo ređe, pojavljuju i unutar same ploče, daleko od njene margine. To su mesta gde litosferna ploča pokazuje neku vrstu defekta, gde se ”litosferski kaput” naše planete malo istanjio i iskrzao. Defekti u pločama neizbežno dovode do prodora toplote iz Zemljine unutrašnjosti, pa zato i na tim mestima imamo vulkane. Oko dve trećine aktivnih vulkana na površini Zemlje nalaze se u područjima sučeljavanja litosferskih ploča, koja se zovu subdukcione zone. To su predeli gde ploča koja je tanja tone, odnosno biva podvučena pod onu koja stoji nasuprot nje. Ovim podvlačenjem stene nekadašnjeg morskog dna, koje su se u međuvremenu natopile vodom, dospevaju u dublje delove Zemljine unutrašnjosti, gde vladaju visoki pritisci i gde je veoma toplo. Podvučene stenske mase otpuštaju velike količine vode što izaziva stapanje čvrstih stena, a time i vulkanizam.

Vulkana nema na mestima gde su litosferne ploče deblje i neoštećene. U nekim područjima ih nema više stotina miliona godina, kao što su, na primer, delovi Kanade i Australije ili čitave zemlje, poput Finske i Švedske. U tim regionima je litosfera tokom čitavog tog vremena ostala neoštećena i nije dozvoljavala prodor toplote iz unutrašnjosti. Tereni današnje Srbije su u geološkoj prošlosti bili vulkanski veoma aktivni, a poslednji put je to bilo pre oko 5-6 miliona godina. To znači da se tada, dakle, pre oko 5 miliona godina, Zemljin litosferski pokrivač takoreći ”zakrpio”, odnosno konačno regenerisao i da više ne dozvoljava toploti prolaz naviše. Kada se ova situacija jednom izmeni, kada na prostoru Srbije dođe do novog defekta litosferske ploče, tada će biti uslova za nastanak novih vulkana. Postoji velika izvesnost da će do toga doći, ali ne pre nego protekne nekoliko miliona godina.

3

Slika 3. Ilustracija geoloških sredina u kojima se javljaju aktivni vulkani.

Vulkanske erupcije

Svaki vulkan je, poput čoveka, određen svojim karakterom. Kao i ljudi, i neki vulkani su svadljivi, često prasnu i to bez neke posebne najave, onda malo miruju, pa opet. Drugi su dugo mirni, svašta trpe bez naročite reakcije, ali kada njima prekipi, onda se sve trese. Nema boljeg načina da se razume jedan vulkan od proučavanja njegovog ponašanja, odnosno od razumevanja načina na koji se odvijaju njegove erupcije.

Dva odlučujuća unutrašnja faktora za način erupcije jesu količina raspoložive lave i njen sastav, a kod sastava je najvažnije koliko lava sadrži silicijum-dioksida (SiO2) i vode. Ovi faktori određuju da li će lava biti ‘retka’ i pokretljiva (malo SiO2) ili će biti ‘gusta’ pa će teći veoma sporo (puno SiO2), kao i da li će se u lavi stvarati gasni mehurovi (puno H2O). Od spoljašnjih faktora najvažniji je sredina erupcije, naime, to da li se vulkanizam događa u plitkoj ili dubokoj vodi ili na površini zemlje, a u ovom drugom slučaju da li je, na primer, reč o ravnici ili o planinama koje su prekrivene snegom i ledom.

Brojne su kombinacije pomenutih faktora, zbog toga imamo i veoma širok spektar tipova erupcija, od veoma mirnih izlivanja malih količina bazaltne lave (malo SiO2) s malim količinama vode, do ekstremno eksplozivnih erupcija vodom bogate kisele lave (puno SiO2). Iako nema podele koja bi obuhvatila sve tipove vulkanskih erupcija, u vulkanologiji se već decenijama koristi ona koja se zasniva na vulkanima čije su erupcije najbolje proučene.

Tako imamo islandske i havajske erupcije, koje su ime dobile po vulkanski najaktivnijim delovima planete. Samo jedan vulkan havaja, Mauna Loa, proizveo je dovoljno bazaltne lave da bi se površina čitave Srbije mogla prekriti slojem lave debljim od jednog metra. Ovaj tip erupcije odlikuje se najmirnijim izlivanjem bazaltne lave uz retko formiranje lavičnih fontana, visine od dva-tri metra do nekoliko desetina metara. Postoje strombolske erupcije, nazvane po italijanskom vulkanskom ostrvu Stromboli, koje se nalazi u Tirenskom moru, severno od Sicilije. Do ovih erupcija nastaje kada mirno izlivanje bazaltne lave biva prekidano eksplozijama koje stvaraju eruptivne stubove visoke i nekoliko stotina metara. Erupcije tipa ‘vulkano’, nazvane po ostrvu istog imena, koje je takođe deo Eolskog arhipelaga, karakterišu se snažnijim eksplozijama do kojih dolazi kada voda eksternog porekla dođe u dodir s magmom. Ove erupcije stvaraju dosta prašine i proizvode eruptivne stubove visine i nekoliko kilometara. Plinijske erupcije su nazvane po jednoj od najpoznatijih erupcija u istoriji – erupciji Vezuva 79. godine Nove Ere u kojoj je, pored nesrećnih stanovnika antičkih gradova Pompeje i Herkulanuma, nestao i rimski filozof Plinije Stariji. Erupciju je do detalja opisao njegov nećak i učenik Plinije Mlađi i ona je do do danas ostala sinonim za snažnu i eksplozivnu emisiju lava bogatih silicijum-dioksidom i vodom. Eruptivni stubovi koji nastaju plinijskim erupcijama obično prodiru u stratosferu (>25 km) i proizvode vulkanski pepeo čija se količina meri kubnim kilometrima. Ove erupcije imaju veliki raspon u snazi – koja je, inače, srazmerna količini izbačenog materijala – tako da su u novije vreme uvedeni i termini subplinijska (>10 km3).

Tipovi vulkanskih erupcija

4 5
Slika 4. Mirno izllivanje bazaltne lave; vulkan centralnog tipa; vulkan Etna, Italija. Slika 5. Mirno izllivanje bazaltne lave; vulkan centralnog tipa; snažnije erupcije koje dovode do formiranja bazaltnih štitova; učestalost se meri danima i mesecima. Vulkan Kiluea, Havaji.
6 7
Slika 6. Mirno izllivanje bazaltne lave; vulkan pretežno linearnog tipa; snažne erupcije koje prethode formiranju velikih bazaltnih platoa. Učestalost se meri stotinama godina. Vulkan Laki, Island. Slika 7. Eksplozivne erupcije strombolskog tipa; stvaranje aglomerata i piroklastičnih konusa; učestalost se meri danima i mesecima. Vulkan Stromboli, Italija.
8 9
Slika 8. Eksplozivne erupcije vulkanskog tipa; stvaranje piroklastičnih surdževa; učestalost se meri mesecima i godinama. Vulkan na ostrvu Krakatau, Indonezija. Slika 9. Mirno izlivanje veoma viskozne (slabo pokretljive) kisele lave; obično znači da je prethodilo eksplozivno dejstvo; obrazovanje vulkanskih doma. Vulkan Sufrije, Karibi.
10 11
Slika 10. Mirno izlivanje manje viskozne kisele lave, često riolitskog vulkanskog stakla; može da znači da je prethodilo eksplozivno dejstvo; obrazovanje slivova velike debljine u odnosu na površinu. Vulkan Bagana, Solomonska ostrva. Slika 11. Eksplozivna erupcija i stvaranje manjeg piroklastičnog stuba (<10km); učestalost se meri mesecima i godinama. Vulkan St. Helens (Sveta Jelena), SAD.
12 13
Slika 12. Eksplozivna erupcija subplinijskog do plinijskog tipa; stvaranje srednje visokih eruptivnih stubova (10-25km) i piroklastičnih tokova; obrazovanje manjih kaldera; učestalost se meri desetinama i stotinama godina. Vulkan Rreventador, Ekvador. Slika 13. Eksplozivna erupcija plinijskog tipa; stvaranje visokih eruptivnh stubova (preko 25 km) i piroklastičnih tokova; obrazovanje većih kaldera; učestalost se meri desetinama i stotinama godina. Vulkan Pinatubo, Filipini.
14 15
Slika 14. Eksplozivna erupcija plinijskog tipa, vulkan Kalbuko, Čile, april 2015. godine. Slika 15. Eksplozivna erupcija ultraplinijskog tipa. Izbacivanje ogromnih količina kisele lave. Ovakve erupcije nisu zabeležene u istoriji. Učestalost se meri hiljadama godina. Ilustracija erupcije vulkana Jelouston, SAD.

Vulkanski reljef i vulkanske stene

Šta ostaje posle vulkanskih erupcija? Ostaju specifični oblici u reljefu i raznovrsni vulkanski produkti – vulkanske stene.

Karakter vulkanogenih oblika u reljefu i priroda vulkanskih stena direktno zavise od tipa erupcije, što znači, opet od sastava lave i od mesta na kome se vulkanski procesi odvijaju. Tako će, na primer, mirne bazaltne erupcije islandskog i havajskog tipa proizvoditi zaravnjene platoe ili štitove koji predstavljaju kupasta uzvišenja veoma velike osnove. Ako se ova izlivanja lave dogode pod otvorenim nebom biće uslova za stvaranje pahoehoe oblika, ako se lava izliva na morskom dnu doći će do formiranja tzv. jastučastih lava (eng. pillow lavas). Strombolske eksplozije bazaltne lave obrazovaće manje vulkanske kupe, koji se zovu piroklastični konusi i čija visina ne prelazi 300m. Posle ovih erupcija ostaju velike količine vulkanskih bombi koje su katkad masivne, a ponekad podsećaju na šljaku. Erupcije tipa ‘vulkano’ su karakteristične po tome što lava pre erupcije dolazi u dodir s vodom eksternog porekla, što proizvodi jake eksplozije i stvaranje puno vulkanske prašine. Ova prašina se često širi u vidu talasa i tako nastaju specifični oblici u reljefu kao što je mar ili prstenasti konus, kao i tipično stratifikovane naslage. Lave bogatije silicijum-dioksidom obično formiraju velike i vulkanske kupe složene građe, čija visina znatno prelazi 1000 m i koje nazivamo stratovulkanima (upravo se nalazimo u jednom modelu stratovulkana!). Ovi vulkanski džinovi nastaju smenjivanjem erupcija različitih po karakteru, od veoma snažnih eksplozija, kojim se vulkanska prašina izbacuje visoko, čak do nivoa stratosfere, preko gravitacionog kolapsa rastresite prašine i krupnih blokova, tzv. piroklastičnih tokova, sve do kraćih epizoda mirnog izlivanja lave. Zbog takve vulkanske aktivnosti stratovulkani su izgrađeni od smene rastresitog vulkanoklastičnog materijala i čvrstih stena. Prvi su nastali eksplozivnim putem, od lave koja je bila veoma bogata vodom i čijim očvršćavanjem nastaju šupljikave, sunđeraste stene koje zovemo plovućci. Drugi su nastali od gustih lava koje su na površinu izašle tek nakon eksplozija, odnosno tek pošto su se svi gasovi oslobodili. Zato su te vulkanske stene masivne i bez šupljina.

Ne prave vulkanski procesi samo pozitivne oblike u reljefu. Kada dođe do veoma velikih erupcija, kada se za relativno kratko vreme emituju ogromne količine lave, nastaju specifični negativni oblici u reljefu. To su cirkularne depresije, koje nazivamo kalderama čiji prečnik može biti više desetina, pa i stotina kilometara.

16 17
Slika 16. Ilustracija bazaltnog štita. Slika 17. Šematski prikaz izlivanja bazaltne lave na morskom dnu i stvaranja tzv. jastučastih (pillow) lava.
18 19
Slika 18. Bazaltni lavični sliv na Havajima (mart 2008.) usled kojeg su obrazovane brojne stene s pahoehoe strukturama. Slika 19. Ilustracije produkata strrombolskih erupcija.
OLYMPUS DIGITAL CAMERA 21
Slika 20. Mar (Oregon, USA) – vrsta vulkanskog kratera koji nastaje tokom eksplozivnih erupcija. Slika 21. Naslage obrazovane deponovanjem vulkanske prašine posle erupcija tipa ”vulkano”.
22 23
Slika 22. Šematski prikaz nastanka kaldere. Slika 23. Pogled na kalderu Santorini, Grčka.

Život pored vulkana

Vulkani sa sobom donose jedan od najkonkretnijih prirodnih hazarda na Zemlji. Opasnost na prvom mestu predstavljaju vreli i otrovni gasovi, usijane smeše gasova i izdrobljenog materijala u vidu piroklastičnih tokova, blatni tokovi kojim se, posle erupcija, premeštaju mase slabovezanog i nevezanog materijala, tsunami i promene u reljefu i u klimatskim uslovima. Da bi se procenio rizik od vulkana, pored opasnosti koje taj vulkan može da izazove, u obzir treba uzeti i ranjivost njegove okolne. Ovo je određeno blizinom naseljenih oblasti vulkanskim područjima, karakterom infrastrukture, nivoom socijalne svesti o opasnosti i tako dalje.

Iako tek 5% vulkanskih erupcija prouzrokuje ljudske žrtve, istorija je do sada zabeležila da je od 1600. godine do danas usled vulkanske aktovnosti život izgubilo oko 260000 ljudi. Zbog toga je jasno da su ljudi oduvek težili sposobnosti da predvide kada će jedan vulkan ”proraditi”. Ništa na tom putu ne može biti važnije od znanja. Danas vulkanolozi detaljno promatraju vulkane da bi što preciznije i, što je posebno važno, blagovremeno mogli predvideti njihovo ponašanje. Najvažnije metode koje vulkanolozi danas koriste jesu satelitska promatranja malih promena reljefa, merenja i najslabijih potresa, kao i proveravanja svake, pa i najmanje promene u sastavu vode i vazduha.

Ipak, nije sve što dolazi od vulkana opasno, već postoji i mnogo toga što je vezano za vulkane, a što je za čoveka i korisno i lepo. Najvažniji doprinos vulkanskih procesa našoj civilizaciji jesu rudna ležišta. Bakra, na primer, ima u svim stenama, ali se korisnom rudom smatraju tek one stene u kojima je dejstvom rastvora vulkanskog porekla bakar stostruko prekoncentrisan. Slično je i sa mnogim drugim metalima, da nije bilo vulkana, ne bi bilo ni ruda ni dobijanja metala njenim topljenjem. Najzad, ne bismo ni dijamante imali da ih sa velikih dubina nisu donele neke lave. Ništa manje nije značajna ni toplota koju nam donose vulkanski regioni. Ta stručno nazvana geotermalna energija, predstavlja jednu od najznačajnih obnovljivih vrsta energije. Danas aktivna vulkanska područja, poput Islanda, nemaju problema s grejanjem, a poznato je da su mnoge drevne vulkanske oblasti danas poznata banjska i termalna lečilišta. Naslage vulkanske prašina čine zemljište neobično plodnim, a poznata je činjenica da neka se od najboljih vina, kao što je Chianti ili Tokaj, dobijaju od vinove loze koja raste na tlu nekadašnjih vulkana.

24 25
Slika 24. Termalna kupališta na Islandu. Slika 25. Ulaz u vinariju “Vulkan” na Havajima.