Superwulkan - jak rozpoznać nadchodzący wybuch

Rok temu powstał mój wpis nt. Superwulkanów zamieszczony następnie na blogu Domowy-Survival.pl Wybuch Superwulkanu Obiecałem wtedy, że w następnym wpisie zajmę się tym "Co potem?".
Niestety nie zawsze wszystko idzie po naszej myśli, dlatego minął rok, a mój nowy wpis o Superwulkanach dotyczy "Co przed?".

Jeżeli chodzi o Superwulkany to trzeba wiedzieć jedno - coś takiego nie istnieje.
"Superwulkan" to popularnonaukowa i potoczna nazwa na erupcję czegoś, co nie jest tylko "większym wulkanem". Typowy wulkan to, mniejsza lub większa, góra pod którą znajduje się komora wulkaniczna. Erupcja następuje, gdy komora wulkaniczna się wypełni (duże uproszczenie). W każdym razie typowy wulkan posiada krater z którego się dymi i ogólnie widać z daleka, że to wulkan.
Natomiast tzw. Superwulkanu nie widać wyraźnie na powierzchni. Jest on ukryty głęboko pod ziemią. Tworzy go komora magmowa o olbrzymiej objętości.  Dla porównania - wybuch w Yellowstone 2,1 miliona lat temu wyrzucił ponad 2450 km³ materiału wulkanicznego, gdy wybuch  Krakatau w 1883 roku jedynie 19 km³. Pozwala to wyobrazić sobie skalę całego wydarzenia.

W każdym razie superwulkany to przede wszystkim tzw. hotspoty (polska "plama gorąca"), czyli nadzwyczaj rozgrzane obszary płaszcza ziemskiego. Lawa w takich miejscach przedostaje się przez płaszcz (topi go). Mogą one występować zarówno w pobliżu krawędzi płyt tektonicznych, jak daleko od nich.
Tymczasem typowe wulkany znajdują się właśnie na krawędziach płyt tektonicznych.

Niezmiernie trudno jest przewidzieć wybuch wulkanu, choć jest to możliwe. Aby jednak się udało, dany teren (wulkan) musi być pod stała i dokładną obserwacją. Przede wszystkim dotyczy to aktywności sejsmicznej, jednak wulkany uznawane za najgroźniejsze i najaktywniejsze obserwowane są również z satelit (monitoring np. dwutlenku siarki) oraz przy użyciu GPS. Mając dane dotyczące wcześniejszych wybuchów i aktywności danego wulkanu można określić jego profil. Na tej podstawie udało się przewidzieć znaczącą liczbę wybuchów (zaczynając od wybuchu Góry św. Heleny).

Niestety (stety?) nie zarejestrowano przy użyciu specjalistycznego sprzętu żadnego wybuchu superwulkanu, choć prowadzona jest obserwacja niektórych, potencjalnie, niebezpiecznych miejsc. Przykładem jest choćby Kaldera Yellowstone, która jest pod baczną obserwacją całego zespołu. Pozwala to określić jedynie zarys profilu aktywności, jednak musi to nam wystarczyć.

Jakkolwiek na podstawie dostępnych danych można stwierdzić niektóre fakty oraz określić pewne zdarzenia jako prawdopodobne.
Fakty to:

• istnieje taki punkt w czasie w który system wulkaniczny staje się niestabilny i prawdopodobnie wybuchnie
• na podstawie jednego monitorowanego parametru nie można stwierdzić, czy nastąpi erupcja. Jednak niepowiązane trendy kilku monitorowanych parametrów mogą pozwolić ocenić czy system zbliża się do stanu niestabilności
• każdy wulkan powinien być traktowany, w miarę możliwości, indywidualnie i wnioski nt. przyszłych erupcji powinny być wyciągane przede wszystkim z jego przeszłych erupcji (wynika to z indywidualnej struktury wewnętrznej każdego wulkanu, wyjątkowości składu skał, ich rozmieszczenia, etc.)
• wulkany należy traktować jako wewnętrznie niespójne systemy, w których możliwe (wręcz - wysoce prawdopodobne) są nieoczekiwane wydarzenia (np. szybkie wynurzanie magmy z nieoczekiwanej głębokości), które prowadzą do niespodziewanego wybuchu
• wszelkie prognozy na podstawie symptomów mogą dotyczyć jedynie krótkiego odcinka czasu i powinny uwzględniać również znaną historię aktywności danego wulkanu

Należy przede wszystkim pamiętać, że ewentualny wybuch rozpoznamy jedynie po symptomach tuż przed samą erupcją. Nie ma innego sposobu (obecnie) ponieważ aktywność wulkaniczna nie jest procesem stochastycznym.

W takim razie co się monitoruje?

Przede wszystkim aktywność sejsmiczną. Aby móc dokładnie obserwować aktywność określonego wulkanu potrzeba co najmniej trzech czujników, pozwala to w miarę dokładnie określić gdzie znajdują się epicentra wewnętrznych wstrząsów. na tej podstawie można próbować ocenić, czy wstrząsy spowodowane są magmą podchodzącą w górę, czy wzrostem ciśnienia gazów w hydraulice wulkanu.
Określa się trzy typy wstrząsów wulkanicznych:

1. Krótkookresowe
2. Długookresowe
3. Drżenie harmoniczne (harmonic tremor)

Nie ma prosto określonego wzoru na określenie czy wulkan wybuchnie, jednak uznaje się, że wzrost aktywności sejsmicznej jest istotnym wskaźnikiem na wzrost ryzyka wybuchem. Zwłaszcza jeżeli dotyczy to wstrząsów długookresowych oraz pojawienia się drżenia harmonicznego.
Monitoring sejsmiczny wulkanów dotyczy również na obserwacji infradźwięków poniżej 20 Hz. Dzięki systemowi 60 stacji na całym świecie (IMS Global Infrasound Network) naukowcy mogą określić, gdzie właśnie wybucha wulkan.

Ciekawostka: The IMS Global Infrasound Network (60 stacji) wchodził pierwotnie w skład systemu kilkuset stacji monitorujących użycie i testy nuklearne, jednak naukowcy zaczęli korzystać z niego do badania aktywności wulkanicznej.

Emisja gazów. Jak wspomniałem wyżej emisję gazów obserwuje się przede wszystkim przy pomocy satelit. Fluktuacje emisji dwutlenku siarki mogą być markerem nadchodzącej erupcji. Dotyczy to zarówno wzrostu, jak i spadku emisji. W 1991 tuż przed erupcją Mount Pinatubo emisja dwutlenku siarki wzrosła dziesięciokrotnie, z kolei w 1993 roku przed erupcją Galeras emisja spadła.
Wzrost emisji wynika prawdopodobnie ze wzrostu ciśnienia wewnątrz wulkanu spowodowanego zbierającą się magmą. Natomiast spadek emisji może być spowodowany twardnieniem magmy i czopowaniem przez nią ujść gazów. Powoduje to wzrost ciśnienia wewnątrz i zwiększenia prawdopodobieństwa wybuchu.

Deformacja gruntu. Zbierająca się magma powoduje deformację ziemi. Jest to tzw. puchnięcie. Naukowcy mierzą nachylenie stoku oraz zmiany szybkości puchnięcia. Jeżeli wzrasta szybkość deformacji, i jest to połączone ze wzrostem emisji gazów oraz wstrząsami harmonicznymi, można stwierdzić, że erupcja jest już blisko. Erupcja Góry św. Heleny w 1980 jest klasycznym przykładem na skuteczność kompleksowego monitoringu wulkanów i skuteczność przewidywań na podstawie różnych symptomów.

 Monitoring zmian temperatury. W budzącym się wulkanie zachodzi wiele różnych zmian. Nie zawsze widać je na powierzchni (np. deformacje gruntu), ale praktycznie zawsze powodują one zmianę temperatury. Jeżeli więc monitoruje się temperaturę wulkanu i jego otoczenia można ocenić zakres zmian zachodzących pod ziemią. Obserwacje temperatury można prowadzić z: satelit, samolotów/balonów, jak również z urządzeń ręcznych - ręczne kamery FLIR, termometry w fumarolach i gorących źródłach.

Hydrologia. Metody hydrologiczne również pozwalają ocenić ryzyko wystąpienia erupcji. Wzrost ciśnienia gazów w wulkanie może powodować wzrost poziomu wody, a następnie jego spadek tuż przed samą erupcją. Gwałtowne zmiany temperatury mogą spowodować obniżenie wody w warstwie wodonośnej lub nawet jej całkowite wyschnięcie. Wzrost aktywności wulkanu można również wykryć monitorując rzeki w okolicach wulkanu. Obecność laharów lub innych materiałów pochodzenia wulkanicznego jest alarmujący.


Całkiem niedawno pojawiło się również nowe narzędzie do określania, czy grozi nam erupcja. To narzędzie pozwala określić możliwość erupcji nawet miesiące lub lata zanim nastąpi. Jest to monitoring przyrostu lasów. Skuteczność została potwierdzona podczas aktywności wulkanicznej w latach 2002 - 2003 Etny i Niyragong. 


 Jeżeli interesują was wulkany to mogę polecić blog Wulkany Świata. Znajdziecie tam wiele ciekawych informacji, a zwłaszcza newsów dot. aktywności wulkanicznej.