Wulkany wybuchają, ponieważ magma powstająca głęboko pod powierzchnią Ziemi unosi się ku górze, a rozpuszczone w niej gazy uwalniają się przy spadku ciśnienia. Ich pęcherzyki zwiększają ciśnienie i mogą gwałtownie wypchnąć magmę na powierzchnię. Nie oznacza to jednak, że pod skorupą znajduje się globalny ocean lawy. Płaszcz Ziemi jest w większości ciałem stałym, które w wysokiej temperaturze i pod ogromnym ciśnieniem zachowuje się plastycznie, czyli bardzo powoli odkształca się i przemieszcza.
Czy wnętrze Ziemi jest płynne?
Wyobrażenie o kontynentach pływających na morzu lawy jest mylące. Płaszcz Ziemi składa się ze stałych skał. Mogą one przez miliony lat płynąć bardzo powoli pod wpływem długotrwałych sił, podobnie jak gruba warstwa plasteliny odkształca się pod naciskiem. Nie zachowują się jednak jak woda ani jak lawa wylewająca się pod całą skorupą.
Wulkanizm jest zjawiskiem lokalnym. Magma powstaje w określonych ogniskach magmowych, gdzie skały częściowo się topią. Stop skalny znajdujący się pod powierzchnią nazywamy magmą. Kiedy wydostanie się na powierzchnię, mówimy o lawie. Ta różnica ma znaczenie, ponieważ podczas wydobywania się magma traci część gazów i zmienia swoje właściwości.
Jak powstaje magma?
Do częściowego topienia skał dochodzi głównie w trzech sytuacjach. Nie wszędzie występują one w takich samych warunkach, dlatego magma powstająca w strefie subdukcji może różnić się składem od magmy związanej z ryftem lub plamą gorąca.
Najważniejsze mechanizmy powstawania ognisk magmowych to:
- Subdukcja – płyta oceaniczna wsuwa się pod inną płytę i schodzi w głąb płaszcza. Z pogrążającej się płyty uwalnia się woda oraz inne substancje działające jak topniki. Obniżają one temperaturę topnienia skał, dzięki czemu w strefie nad zanurzającą się płytą może powstać magma.
- Ryftowanie – płyty rozsuwają się, a gorące skały płaszcza przemieszczają się ku górze. Spadek ciśnienia zmniejsza temperaturę topnienia części minerałów, więc skały mogą stopić się bez równie dużego dopływu ciepła. Tak powstaje magma między innymi w grzbietach śródoceanicznych i dolinach ryftowych.
- Plamy gorąca – pod skorupę może docierać szczególnie gorący strumień materii z głębi płaszcza, nazywany pióropuszem płaszcza. Magma powstająca w takim miejscu może znajdować się wewnątrz płyty, a nie tylko na jej granicy. Przykładem są wulkany Hawajów.
W strefie subdukcji ważną rolę odgrywa dostarczana woda, która ułatwia topienie skał. W ryfcie zasadniczym czynnikiem jest spadek ciśnienia, natomiast w przypadku plamy gorąca decydujący jest dopływ cieplejszej materii z głębi płaszcza.
Dlaczego magma wydostaje się na powierzchnię?
Samo powstanie magmy nie oznacza jeszcze natychmiastowej erupcji. Stop skalny musi przemieścić się przez otaczające skały, zgromadzić się w zbiorniku lub komorze magmowej i uzyskać drogę ku powierzchni. Proces prowadzący do wybuchu można przedstawić w kilku etapach:
- W ognisku magmowym częściowo topią się skały płaszcza lub skorupy.
- Magma, zwykle lżejsza od otaczających skał, zaczyna unosić się ku górze pod wpływem siły wyporu.
- W skorupie gromadzi się magma, a rosnące ciśnienie może powodować powstawanie szczelin i przesuwanie skał.
- Podczas wznoszenia spada ciśnienie otaczające stop skalny, więc rozpuszczone gazy zaczynają tworzyć pęcherzyki.
- Pęcherzyki rozszerzają się, zwiększają ciśnienie i mogą wypchnąć magmę kominem wulkanicznym na powierzchnię.
W magmie są rozpuszczone między innymi para wodna i dwutlenek węgla. Pod dużym ciśnieniem gazy pozostają w niej niewidoczne, podobnie jak dwutlenek węgla w zamkniętej butelce napoju gazowanego. Po otwarciu butelki ciśnienie spada, a gaz tworzy liczne pęcherzyki. Wulkaniczna erupcja może przebiegać według podobnej zasady, ale w znacznie większej skali. To właśnie dlatego analogia do otwieranej butelki szampana pomaga wyjaśnić rolę gazów.
Gwałtowność erupcji zależy także od lepkości magmy. Magma rzadka łatwiej uwalnia pęcherzyki, dlatego częściej tworzy spokojne wypływy lawy. Magma lepka utrudnia ich ucieczkę. Gaz pozostaje wtedy uwięziony, a ciśnienie może szybko wzrosnąć. W takich warunkach erupcja bywa eksplozywna.
Dlaczego wulkany wybuchają w różny sposób?
O przebiegu erupcji decydują przede wszystkim skład chemiczny magmy, ilość rozpuszczonych gazów i jej lepkość. Znaczenie ma także droga, którą magma przemieszcza się ku powierzchni. Po wydostaniu się z wulkanu magma staje się lawą, ale określenia te nie oznaczają dwóch różnych substancji. Lawa jest magmą znajdującą się już na powierzchni.
| Typ wulkanu | Lepkość lawy | Charakter erupcji |
|---|---|---|
| Wulkan tarczowy | Niska, zwykle lawa bazaltowa | Najczęściej efuzywny, z rozległym wypływem lawy |
| Stratowulkan | Średnia lub wysoka, często lawa andezytowa | Mieszany, od wypływów lawy po erupcje eksplozywne |
| Wulkan eksplozywny lub kopuła lawowa | Wysoka, często magma bogata w krzemionkę | Gwałtowny, z silnym zatrzymywaniem gazów i wyrzutem popiołu |
Erupcja efuzywna polega głównie na wypływie lawy. Przy erupcji eksplozywnej gazy rozprężają się gwałtownie i rozrywają magmę na fragmenty, tworząc popiół, lapille oraz większe odłamki skał. Nie każda erupcja musi więc wyglądać jak potężny wybuch. Niektóre wulkany przez długi czas emitują przede wszystkim strumienie płynnej lawy.
Co jest główną przyczyną wybuchu?
Wybuch wulkanu wynika z połączenia kilku czynników: powstania magmy, jej mniejszej gęstości w porównaniu z otaczającymi skałami, wzrostu ciśnienia w komorze oraz rozprężania gazów. O rodzaju erupcji decydują także temperatura i skład chemiczny stopu, a szczególnie jego lepkość. Wulkanizm nie jest więc skutkiem istnienia płynnej lawy pod całą skorupą, lecz efektem lokalnych procesów zachodzących w dynamicznym, choć w większości stałym płaszczu Ziemi.
