Klęska żywiołowa. Wybuchy wulkanów

Klęska żywiołowa. Wybuchy wulkanów

Lokalizacja wulkanów

Intensywna działalność wulkaniczna jest związana w przeważającej części z obszarami styków płyt litosfery, a zwł. ze współczesnymi strefami subdukcji. Około 460 aktywnych wulkanów należy do tzw. ognistego pierścienia Pacyfiku, który obejmuje zachodnie brzegi kontynentów amerykańskich (wraz z położonymi na Atlantyku Małymi Antylami) oraz wyspy na zachodzie tego oceanu. Wulkanizm stref subdukcji występuje również w basenie Morza Śródziemnego i w młodych eurazjatyckich systemach górskich. Do obszarów czynnej działalności wulkanicznej należą też ryfty kontynentalne we wschodniej i środkowej Afryce (Wielkie Rowy Afrykańskie) oraz ryfty oceaniczne. Wulkany występują także w obrębie basenów oceanicznych, z dala od stref ryftowych (np. na Hawajach).

 

Spośród ok. 700 znanych aktywnych wulkanów 20% stanowią wulkany podmorskie; w rzeczywistości wulkanizm podmorski jest bardziej rozpowszechniony od lądowego, lecz jego bezpośrednie przejawy są stosunkowo rzadko rejestrowane. Znaczna część wulkanów występuje w regionach o dużej gęstości zaludnienia (Japonia, Indonezja).

 

Przebieg erupcji

Wybuchy wulkanów mają zróżnicowany przebieg; siła i częstotliwość erupcji zależy od składu law, który decyduje o ich właściwościach fizycznych. Rozróżnia się erupcje lawowe, eksplozywne (wulkan wyrzuca tylko materiały piroklastyczne) i mieszane. Najspokojniejszym przebiegiem erupcji odznaczają się wulkany dostarczające law o małej lepkości i niskim ciśnieniu uwalnianych gazów. Wylewy law trwają do kilku miesięcy. W przerwach między erupcjami krater bywa wypełniony lawą. Przedstawicielem tej grupy wulkanów jest Kilauea (Hawaje); zbliżony typ erupcji przejawia m.in. Stromboli (Wyspy Liparyjskie) i niekiedy Wezuwiusz.

 

Wybuchy większości wulkanów mają charakter gwałtowny; są to erupcje eksplozywne lub mieszane. Siła wybuchu jest tym większa, im dłuższa była przerwa między erupcjami. Przykładami są pierwsze historyczne wybuchy Wezuwiusza (w 79 n.e.) i Tambory (Indonezja, wyspa Sumbawa, w 1815), a także wybuch Krakatau (Indonezja, Cieśnina Sundajska, w 1883). Czasami erupcje występują bez objawów zapowiadających (Wezuwiusz w 1872; Manam, Nowa Gwinea, w 1996), najczęściej jednak są poprzedzone typowymi symptomami: lokalnymi wstrząsami sejsmicznymi, nasileniem ekshalacji, wzrostem temperatury gruntu wokół wulkanu oraz pęcznieniem budowli wulkanicznej. Gwałtowne wybuchy są wywoływane przez silne parcie gazów wulkanicznych. Erupcje takie trwają stosunkowo krótko i są jednorazowym, kilkugodzinnym aktem działalności wulkanicznej lub dzielą się na fazy występujące w kilkudniowych odstępach. Gwałtowne erupcje stanowią niekiedy kulminację wielomiesięcznej ożywionej czynności wulkanu (Etna w 1669, Tambora w 1815, Krakatau w 1883).

 

Katastrofalne czynniki działalności wulkanicznej.

Do niszczących czynników aktywności wulkanicznej należą: chmury gorejące i lawiny piroklastyczne, lahary, lawiny gruzowe, opady piroklastyczne, wylewy law, gazy wulkaniczne, tsunami i wulkaniczne trzęsienia ziemi.

 

Chmury gorejące powstają w wyniku erupcji eksplozywnych w przypadku, gdy ciśnienie gazów w lawie jest zbliżone do ciśnienia powietrza, co powoduje zachowanie części pęcherzyków gazowych w materiale piroklastycznym, umożliwiając jego transport w postaci zawiesiny w rozżarzonym strumieniu gazowym o temperaturze 700–1000°C. Przemieszczające się ze znaczną prędkością, przekraczającą niekiedy 300 km/h, na przestrzeniach kilkudziesięciu i setek km chmury gorejące niszczą wszystko, co napotkają na swej drodze. W 1902 po wybuchu wulkanu Pelée (Małe Antyle, wyspa Martynika) chmura gorejąca w ciągu kilku minut starła z powierzchni ziemi miasto Saint Pierre, przynosząc śmierć 26 tys. jego mieszkańców. W tym samym roku chmura gorejąca z wulkanu Soufrière (Małe Antyle, wyspa Saint Vincent) pochłonęła ok. 1,6 tys. ofiar.

 

Lawiny piroklastyczne (zw. również potokami piroklastycznymi) stanowią turbulentną mieszaninę materiałów piroklastycznych i rozżarzonego gazu, staczającą się szybko ze zboczy wulkanu. Lawiny tego rodzaju tworzą się często wskutek grawitacyjnego rozwarstwienia chmur gorejących; z lawiną utożsamiana jest dolna część chmury, zawierająca — oprócz popiołu — materiał grubookruchowy. Podobnie jak chmury gorejące, lawiny piroklastyczne powodują znaczne straty w ludziach, zniszczenia infrastruktury, ziem uprawnych i roślinności.

 

Lahary, nazywane również spływami popiołowymi, to potoki błotne złożone z materiałów piroklastycznych przesyconych wodą, której źródłem są pokrywy śnieżne i lodowce, topniejące w czasie erupcji, intensywne opady atmosferyczne towarzyszące wybuchom, a także jeziora kraterowe. Nagromadzone na stokach wulkanów popioły wulkaniczne mogą również ulegać upłynnieniu pod wpływem opadów późniejszych (lahary wtórne). Lahary powodują ogromne szkody ze względu na dużą siłę transportową i znaczną prędkość, wynoszącą zwykle kilkadziesiąt km/h. Po wybuchu kolumbijskiego wulkanu Nevado del Ruiz (w 1985) lahary spowodowały śmierć 23 tys. osób; ponad 10 tys. ofiar pochłonęły lahary towarzyszące wybuchowi jawajskiego wulkanu Kelud w 1586, ponad 5 tys. — w 1919.

 

Lawiny gruzowe tworzą się w wyniku rozsadzenia i rozdrobnienia górnej części stożka wulkanicznego. Bloki i okruchy skał pochodzących z poprzednich erupcji, niekiedy przemieszane z gorącymi popiołami wulkanicznymi, mogą przemieszczać się z prędkością 70–80 km/h. Lawiny gruzowe bywają również wywołane trzęsieniami ziemi związanymi z erupcją, wstrząsami wzbudzonymi przez zapadanie się kaldery i osuwiskami. W 1792 lawiny z wulkanu Unzen (Japonia, wyspa Kiusiu) były przyczyną śmierci ok. 9,5 tys. osób; w lawinach po wybuchu Bandai-san (Japonia, wyspa Honsiu) w 1888 zginęło 460 osób.

 

Opady piroklastyczne składają się z materiałów wyrzucanych w powietrze przez wulkan; są to drobne cząstki rozpylonej lawy (popiół wulkaniczny), jej strzępy i bryły (lapille, bomby wulkaniczne), a także okruchy i bloki starszych utworów, wyrwane z budowli wulkanicznej. Popioły wulkaniczne rozpraszają się po silnych erupcjach eksplozywnych w atmosferze, hamując dopływ promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi. Intensywne opady piroklastyczne powodują zniszczenia domostw i pól uprawnych na znacznych obszarach wokół wulkanów; zagrażają także życiu ludności. Opady piroklastyczne są charakterystyczne dla działalności Wezuwiusza: w 79 n.e. popioły wulkaniczne pogrzebały 1,5–2 tys. osób (Pompeje), w 1631 — ok. 3 tys. osób.

 

Wylewy law są umiarkowanie groźnym czynnikiem zniszczeń. Prędkość płynięcia law nie przekracza na ogół kilku km na godzinę, w niektórych przypadkach dochodzi do 40 km/h (Mauna Loa, Hawaje, w 1942), a ich temperatura mieści się na ogół w granicach 730–1250°C. Spadek temperatury law poniżej temperatury krzepnięcia powoduje zatrzymywanie się potoków lawowych, które mogą osiągać odległość do 80 km od krateru. Wylewy law wywołują zniszczenia podobne do tych, które są skutkiem lawin piroklastycznych; rzadko są groźne dla ludzi. Do wyjątków należy wylew Etny (w 1669), który spowodował ok. 20 tys. ofiar, oraz wylew Nyiragongo (Zair, 1977) — 600 ofiar.

 

Gazy wulkaniczne, będące główną siłą napędową erupcji eksplozywnych i mieszanych, składają się głównie z pary wodnej; zawierają także m.in. dwutlenek węgla, wodór, chlorowodór, fluorowodór, siarkowodór, dwutlenek siarki, metan, amoniak. Szczególnie niebezpieczny jest dwutlenek węgla, który, jako gaz cięższy od powietrza, gromadzi się w obniżeniach terenu, co powoduje niekiedy śmierć ludzi i zwierząt. Emisja dwutlenku siarki, który rozprasza się w atmosferze w postaci aerozolu kwasu siarkowego, prowadzi do zmniejszenia dopływu promieniowania słonecznego, co pociąga za sobą ochłodzenie klimatu. W latach następujących po wybuchu wulkanu Gunung Agung (Indonezja, wyspa Jawa, w 1963) średnia temperatura na półkuli północnej spadła o 0,3°C, po wybuchu El Chichón (Meksyk, 1982) — o 0,5°C.

 

Tsunami są wywoływane zarówno wybuchami wulkanów podmorskich, jak też lądowych; powstają w wyniku gwałtownego wyrzucania do morza znacznych ilości materiałów piroklastycznych lub wskutek wulkanicznego trzęsienia ziemi. Największe, 30-metrowej wysokości tsunami wytworzył wybuch Krakatau (w 1883). Fala zniszczyła wiele osiedli na sąsiednich wyspach, pochłaniając 32 tys. ofiar. Tsunami wywołane wybuchem wulkanu Unzen (1792) było przyczyną śmierci ponad 5 tys. osób.

 

Trzęsienia ziemi związane z wybuchami wulkanów są znacznie słabsze od trzęsień tektonicznych. Ich przyczyną jest ruch magmy w skorupie ziemskiej, eksplozje w kraterze wulkanu, wylewy law i in. procesy wulkaniczne. Hipocentra wulkanicznych trzęsień ziemi znajdują się zwykle na głębokości do 30 km (np. 15–20 km w czasie wybuchu meksykańskiego wulkanu Colima w 1994, 2–9 km w czasie wybuchów wulkanu Saint Helens w USA w 1998); epicentra są usytuowane blisko centrum erupcji. Trzęsienia te na ogół poprzedzają erupcję (o kilka godzin, dni lub nawet miesięcy) lub występują w jej pierwszych fazach. Następstwem wulkanicznych trzęsień ziemi bywają niekiedy groźne osuwiska i lawiny; zjawiska te wystąpiły np. w czasie trzęsień ziemi towarzyszących wybuchom wulkanów Santa María (Gwatemala) i Sabancaya (Peru) w 1991.

 

Wybuchy wulkanów jako klęski żywiołowe

Szacuje się, że 350–500 mln osób żyjących obecnie w strefach wulkanicznych jest narażonych na niebezpieczeństwo potencjalnych erupcji, które na gęsto zaludnionych obszarach mogą jednorazowo pochłonąć większą liczbę ofiar niż wszystkie erupcje od końca XVIII w. Od tego czasu zginęło ponad 220 tys. osób, co stanowi ponad 80% ogółu ofiar działalności wulkanicznej i jej bezpośrednich następstw w czasach historycznych. Spośród katastrofalnych czynników będących następstwem aktywności wulkanicznej największe żniwo śmierci zebrał głód i choroby epidemiczne (30,3%); kolejne miejsca zajęły chmury gorejące i lawiny piroklastyczne (26,8%), lahary (17,1%) tsunami (16,9%), lawiny gruzowe (4,5%), opady popiołowe i bomby wulkaniczne (4,1%), wylewy law (0,3%) i in. czynniki, np. trujące gazy, wstrząsy sejsmiczne (0,03%). Katastrofalne wybuchy czterech wulkanów: Tambora (1815), Krakatau (1883), Pelée (1902) i Nevado del Ruiz (1985) spowodowały ponad 66% przypadków śmiertelnych w ostatnim 200-leciu, przy czym z każdym z tych wybuchów był związany inny czynnik zagłady: głód, tsunami, lawina piroklastyczna i lahar.

 

Największe katastrofy są dziełem erupcji eksplozywnych i mieszanych, dostarczających głównie materiałów piroklastycznych. Energia takich erupcji bywa nieporównywalnie większa od energii wybuchu bomby atomowej zrzuconej na Hirosimę (Tambora — ok. 2,2 · 10⁵ razy, Krakatau — 1,7 · 10⁶ razy). Przebieg erupcji jest niezwykle gwałtowny, często dochodzi do rozsadzenia budowli wulkanicznych i wzniesienia popiołów do wysokości kilkudziesięciu km (Krakatau — 25 km, a najdrobniejsze pyły nawet ponad 50 km), wyrzucenia bomb i bloków skalnych na odległość kilkuset metrów, powstania chmur gorejących i lawin piroklastycznych, uruchomienia lawin gruzowych i laharów oraz wzbudzenia tsunami przez wybuchy odbywające się na wyspach oceanicznych.

 

Energia erupcji lawowych bywa zbliżona do energii erupcji eksplozywnych, jednak obfite wylewy law na obszarach kontynentalnych należą w holocenie do rzadkości. Największa ilość lawy, która wydobyła się podczas jednego wybuchu w czasach historycznych, wyniosła ok. 12,5 km³ (Laki, Islandia, 1783), podczas gdy największa ilość materiałów piroklastycznych — 150 km³ (Tambora, 1815). Stosunek objętości law do materiałów piroklastycznych wyprodukowanych w latach 1500–1914 przez wulkany lądowe wynosi 1 : 6 (50 km³ : 320 km³). Zasięg wylewów law jest znacznie mniejszy niż opadów piroklastycznych, dlatego też erupcje lawowe powodują na ogół mniejsze zniszczenia.

 

Działalność wulkanów powoduje skutki katastrofalne zarówno dla ludzi i ich dorobku materialnego, jak też dla środowiska naturalnego. Zniszczenie gleby, spalenie lasów, zatrucie wód i powietrza narusza biocenozy, przerywając łańcuchy pokarmowe, co prowadzi do destabilizacji ekosystemów. Tego rodzaju katastrofy ekologiczne pociągają za sobą śmierć ludzi i zwierząt, najczęściej w wyniku głodu i chorób. Znaczne ilości gazów i popiołów wulkanicznych, wyrzucane do atmosfery w czasie silnych erupcji, powodują wyraźne zmiany klimatyczne.

 

Zapobieganie skutkom erupcji wulkanicznych.

Badania wulkanów, prowadzone w celu prognozowania erupcji, ich siły i przebiegu obejmują m.in. monitoring sejsmiczny, akustyczny, termiczny i geochemiczny. Stosuje się również monitoring satelitarny wybuchów wulkanów, a także komputerowe modelowanie dynamiki i termodynamiki procesów wulkanicznych, oparte na danych uzyskanych zarówno w wyniku monitoringu, jak też prac eksperymentalnych. Dla osiedli znajdujących się w pobliżu wulkanów są opracowywane szczegółowe plany ewakuacyjne; duże znaczenie ma rozwój systemów ostrzegania, powoływanie i szkolenie specjalnych służb ratowniczych, edukacja mieszkańców zagrożonych obszarów, a także długoterminowe planowanie urbanistyczne, pozwalające uniknąć koncentracji ludności w rejonach szczególnie niebezpiecznych. Niekiedy buduje się również zapory i kanały, które mają ukierunkować przemieszczanie się produktów erupcji.

 

Największe wybuchy wulkanów w ostatnim dziesięcioleciu

W ostatnim dziesięcioleciu katastrofalne wybuchy wulkanów występowały głównie na wyspach u wschodnich i południowo-wschodnich wybrzeży Azji, a także w Ameryce Środkowej, w tym na Małych Antylach. Wybuchy te pochłonęły ponad 1500 ofiar; spośród nich 80% zginęło w wyniku erupcji jednego wulkanu (Pinatubo), w tym: 30% wskutek opadów popiołowych i bomb wulkanicznych, 12% wskutek laharów, reszta — z powodu chorób epidemicznych. Przyczyną śmierci ofiar pozostałych wybuchów były głównie lawiny piroklastyczne i chmury gorejące, a tylko w 12% — opady piroklastyczne.

 

W 1990 na Jawie wznowił działalność jeden z najniebezpieczniejszych wulkanów, Kelud, który w ciągu ostatnich sześciu wieków pochłonął ok. 15 tys. ofiar. W wyniku erupcji eksplozywnej został zdewastowany obszar 35 km² w odległości 2–4 km od krateru; od opadów popiołowych i bomb wulkanicznych zginęło 35 osób. Poerupcyjne lahary (33) zniszczyły 1546 budynków, drogi i mosty, ok. 25 tys. ha ziemi uprawnej, ok. 6400 ha lasów; spowodowały także poważne obrażenia 43 osób.

 

Sprawcą największej katastrofy ostatniego dziesięciolecia był wulkan Pinatubo, położony na filipińskiej wyspie Luzon. Po 500-letnim okresie spokoju, w 1991 wystąpiły silne erupcje eksplozywne, które wzbiły chmurę popiołów do wysokości 40 km, doprowadziły do zapadnięcia wierzchołka wulkanu i powstania kaldery głębokości 600 m i średnicy 2 km. Erupcjom towarzyszyły wstrząsy sejsmiczne i ulewne deszcze, w tym samym czasie wystąpiły też tajfuny, co doprowadziło do uruchomienia laharów. Eksplozje, zapadnięcie wierzchołka wulkanu i opady piroklastyczne były przyczyną śmierci 364 osób i obrażeń 184; 143 osoby zginęły wskutek laharów, a 700 zmarło w wyniku chorób epidemicznych. Na obszarze 100 km² zostały zniszczone uprawy, drogi, kilka wsi i miast.

 

Wybuchy japońskiego wulkanu Unzen, wznowione w 1990, osiągnęły apogeum w roku następnym. Erupcje o charakterze mieszanym spowodowały wydźwignięcie kopuły lawowej oraz wytworzenie chmur gorejących, lawin piroklastycznych i gruzowych, a także laharów; śmierć poniosły 43 osoby, rannych zostało 9 osób; spaleniu uległo 400 budynków, zburzeniu — 137. Ewakuowano 8600 osób.

 

W 1993 doszło do erupcji wulkanu Mayon (wyspa Luzon, Filipiny). Wulkan wyrzucił popioły na wysokość 5 km, a lawiny i opady piroklastyczne, sięgające ok. 6 km od krateru, spowodowały śmierć 70 osób i obrażenia ponad 100. Popioły, potoki lawy i lahary zniszczyły drogi i pola uprawne.

 

Wulkan Merapi, który w XI w. przyniósł zagładę wysoko rozwiniętej cywilizacji jawajskiej, a potem jeszcze kilkakrotnie wywoływał tragiczne katastrofy, eksplodował w 1994; popioły były wyrzucane na wysokość 10 km. Opady piroklastyczne objęły obszary położone w odległości 45 km od wierzchołka wulkanu. Wskutek laharów, lawin piroklastycznych i chmur gorejących zginęły 64 osoby, 43 zostały ciężko ranne; zniszczeniu uległo kilka wsi, spaleniu — 500 ha lasów. Ponad 6 tys. osób ewakuowano.

 

Ostatnia z większych katastrof wulkanicznych nastąpiła w 1997; wybuchł wówczas aktywny od trzech lat wulkan Soufrière Hills na wyspie Montserrat (Małe Antyle). Erupcja wybiła w kopule wulkanu otwór o średnicy 200 m, przez który wytrysnął na wysokość 10 km pióropusz rozpylonej lawy. Opady popiołów pokryły obszar 4 km². Lahary, uruchomione częściowo przez wstrząsy sejsmiczne towarzyszące erupcji, spowodowały śmierć 19 osób i zniszczenie ok.150 budynków.

 

Silne erupcje wulkaniczne występowały również na słabo zaludnionych obszarach Andów, Alaski, Wysp Aleuckich, Kamczatki i Islandii. Erupcje te były przyczyną strat materialnych i szkód w środowisku naturalnym, spowodowanych przez intensywne opady popiołowe (Mount Hudson, Chile, 1991), lahary (Spurr, Alaska, 1992) lub wylewy wód roztopowych (strefa ryftu wschodniego w Islandii, 1996).

Elżbieta Jackowicz

Bibliografia

H. Rast Vulkane und Vulkanismus, Leipzig 1980;

R.J. Blong Volcanic hazards, Sydney 1984;

J.H. Latter Volcanic hazards, assessment and monitoring, Berlin–Heidelberg–New York 1989;

D. Chester Volcanoes and Society, Sevenoaks 1993;

T. Simkin, L. Siebert Volcanoes of the world, Tucson 1994;

Monitoring and mitigation of volcano hazard, red. R. Scarpa, R.I. Tilling, Berlin 1996.

Wulkan, erupcja na Kamczatce.