Wulkan oznacza ujście, w którym magma lub stopiona skała dociera do powierzchni Ziemi w postaci lawy i powiązanych materiałów. Podczas gdy wiele osób wyobraża sobie stożkowaty szczyt, gdy myślą o wulkanie, wiele różnych form terenu należą do kategorii, w tym grzbiety midocean i szczeliny, które wybuchają wielkimi warstwami powodzi bazalty. Erupcje wulkanów mogą być raczej ciche i powolne lub mogą być dramatycznie gwałtowne i katastrofalne. Tak czy inaczej, są świadectwem narastających niepokojów wewnętrznej Ziemi.
Źródła wulkanów
Wulkany zwykle znajdują się w dwóch głównych miejscach na planecie: na granicach płyt tektonicznych i w tak zwanych „gorących punktach”, gdzie magma wznosi się ze znacznie bardziej dyskretnych źródeł ciepła w płaszczu. Rozbieżne granice płyt to szczeliny, w których lawa tworzy świeżą skorupę oceaniczną na podwodnych wulkanach. Tam, gdzie jedna płyta zderza się z drugą i przepycha się pod nią – proces zwany „subdukcją” – płyta nurkowa topi się na pewnej głębokości, by napędzać pasy wulkanów. Hotspoty nie są w pełni zrozumiałe, ale wydają się być odpowiedzialne za niektóre z planet najbardziej imponujące formy terenu, takie jak hawajskie wulkany tarczowe i masywny Yellowstone superwulkan.
Podstawy erupcji
Zachowanie wulkanu podczas erupcji w dużej mierze zależy od zawartości gazu i minerałów w magmie, która go karmi. Gazy, zwane lotnymi, obejmują parę wodną, a także dwutlenek węgla, dwutlenek siarki i inne pierwiastki. Te substancje lotne są pod ciśnieniem na głębokości i rozszerzają się, gdy magma zbliża się lub osiąga powierzchnię. To, jak łatwo gazy mogą uciec z magmy, zależy w dużej mierze od zawartości krzemionki w substancji: bogata w krzemionkę magma to więcej is lepki - to znaczy, że płynie mniej łatwo - i znacznie utrudnia uwalnianie gazu niż niskokrzemionkowy, bardziej płynny magma. Tak więc magmy ciężkie w krzemionce są bardziej podatne na wybuchowe erupcje, gdy nagromadzone gazy wytwarzają wysokie ciśnienie. Względna ilość krzemionki w lawie pomaga ją sklasyfikować: lawa bazaltowa ma niską zawartość krzemionki; lawa andezytyczna, pośrednia; a lawy dacytowe i ryolitowe są bogate w krzemionkę. Kategorie te mogą wyjaśniać zachowanie podczas erupcji, a także opisywać typy skał, które ostatecznie powstały z utwardzonej lawy – formacje geologiczne wskazujące na przeszłą aktywność wulkaniczną.
Zjawiska erupcyjne
Erupcja wulkanu może wyemitować strumienie lawy, gazy i piroklastyki, które są szczątkami lawy lub skałami skorupy ziemskiej roztrzaskanymi podczas eksplozji. Materiał piroklastyczny, zwany także tefrą, obejmuje ogromne bloki i bomby, a także sproszkowany żużel i popiół. Wśród najbardziej destrukcyjnych zdarzeń związanych z wybuchowymi erupcjami są przepływy i fale piroklastyczne, czasami nazywane „nuée ardente” - po francusku „świecąca chmura”. Przepływy piroklastyczne to szybko poruszające się kurtyny palącego gazu i skał, które omiatają ramiona wulkan. Wzdłuż swoich brzegów mogą wzbijać kłęby popiołu wypalanego gazem – fale piroklastyczne – które w przeciwieństwie do przepływów mogą usuwać bariery topograficzne i pokonywać imponujące odległości. Niezwykłe są również lahary, nasycone wodą strumienie gruzu – uwolnione na przykład przez szybko topniejące lodowce szczytowe – które mogą spływać dolinami rzek, osuszając wulkany.
Rodzaje wybuchowych erupcji
Wspólny schemat kategoryzacji erupcji wybuchowych nazywa każdy typ według konkretnych wulkanów, które go ilustrują. Erupcje na Hawajach to zazwyczaj ciche wylewy bazaltowej lawy. Erupcje Strombolian opisują prawie ciągłe erupcje gazowej lawy o średniej intensywności, często charakteryzujące się małymi wybuchami wyrzucającymi grudki lawy w powietrze. Erupcje wulkanów są jeszcze bardziej wybuchowe: pod skorupą zbudowaną przez lepką lawę gromadzą się gazy, które ostatecznie wybuchają, by wypluć pumeks i wielką chmurę popiołu. Erupcje Peléan charakteryzują się wybuchowymi uwolnieniami energii po zawaleniu się kopuły lawy; produktami definiującymi są przepływy i fale piroklastyczne. Te palące lawiny charakteryzują również erupcje Pliniańskie, wyjątkowo potężne wydarzenia, które wytwarzają chmury tytanowego popiołu, a czasem zapadające się kratery zwane kalderami.