SUPERVULKANI PLANETA ZEMLJE

Tekst: Dinko Jakić/HAK

Foto: Live Science

Treći put 2023. godine u studenom je eruptirao najaktivniji europski vulkan Etna na talijanskom otoku Siciliji. Erupcija nije bila snažna, no dovoljno jaka za spektakularne snimke koje su ponovno obišle svijet i podsjetile na snagu najvišeg europskog vulkana. U isto vrijeme, nakon serije potresa na Islandu, koji su donijeli realnu opasnost od erupcije vulkana, evakuiran je čitav grad Grindavik od 4000 stanovnika, a na krajuje došlo do spektakularne erupcije. U svijetu je oko 1350 vulkana, dok je broj supervulkana mnogo manji i supererupcije se događaju vrlo rijetko. No što ako se dogode i kako bi to utjecalo na život na Zemlji? Na ta, kao i druga pitanja vezana uz supervulkane i vulkane, odgovorio nam je doc. dr. sc. Frane Marković s Geološkog odsjeka Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu.

– Točan broj vulkana se ne zna, ali broj potencijalno aktivnih vulkana na svijetu kreće se oko 1350, s tim da tu nisu ubrojeni vulkani, odnosno izljevi koji se odvijaju na srednjooceanskim hrptovima koji se nalaze u oceanima. Njih 500 od tih 1350 ima zabilježene povijesne zapise o erupcijama. Broj supervulkana je izuzetno malen u odnosu na prije spomenuti ukupni broj vulkana. U geološkom zapisu je zabilježeno minimalno 47 supererupcija, iako je taj broj vjerojatno veći.

Vulkani su građeni od materijala koji izbacuju, a dijele se prema obliku, veličini i građi. Pri izlijevanju lave niskog udjela silicijeva dioksida (SiO2), dakle bazaltnog sastava, nastaju štitasti vulkani. Uglavnom su to veliki vulkani, široki nekoliko desetaka kilometara i viši od dva kilometra, primjerice Mauna Loa na Havajskom otočju. Postoje i mali čunjasti vulkani koji izbacuju samo piroklastični materijal, tvore oblik čunja s obroncima nagiba 30 stupnjeva i visine su do 500 metara. Stratovulkani su najpoznatiji tip vulkana. Takvi vulkani eruptiraju na različite načine. Pri eksplozivnim erupcijama vulkan iz kratera izbacuje piroklastični materijal koji se odlaže na strmim obroncima. Pri izlijevanju lave, tokovi lave ne dospiju daleko, skrutnu se i čine zaštitni sloj za slabo vezan materijal iz prijašnjih erupcija. Primjer takvog vulkana je Etna. Taj tip vulkana obično zna nacrtati svako dijete i takve smatramo ‘običnim’ vulkanima – rekao nam je Frane Marković.

Ovisno o tome koliko je snažna erupcija, odnosno koliko materijala izbaci pojedini vulkan možemo pojedinim erupcijama pripisati indeks vulkanske eksplozivnosti (VEI – volcanic explosivity indeks), koji označava jakost vulkanske erupcije s brojevima na ljestvici od 0 do 8. Supervulkani su oni vulkani koji imaju zabilježenu barem jednu supererupciju, a mogu ih imati i više. Supererupcija je ona erupcija prilikom koje je izbačeno iz vulkana približno ili više od 1000 km3 piroklastičnog materijala, a pripisuje im se se krajnji indeks vulkanske eksplozivnosti, što je 8. Za ilustraciju, vulkan Kilauea na Havajskom otočju izbacuje 0.000001 km3 na dnevnoj bazi i njegov VEI iznosi 1. Dva vulkana koja su relativno nedavno eruptirala, Mount St. Helens (SAD, 1980. g., VEI = 5) i Pinatubo (Filipini, 1991. g., VEI = 6) i izazvala goleme štete čine samo 1/10.000 (Mt. St. Helens) i 1/500 (Pinatubo) izbačenog materijala koji je izbacio supervulkan Toba prije otprilike 74.000 godina, koji je imao indeks vulkanske eksplozivnosti 8. 

No gdje se nalaze supervulkani na Zemlji i koliko često eruptiraju?

– Zajednička karakteristika svih supererupcija je ta da se velika količina bazaltne magme iz plašta nakupi ispod debele kore koja je kiselijeg sastava. Na svijetu ima više područja koja zadovoljavaju taj preduvjet za stvaranje supererupcije. Supervulkani se tako mogu naći u zonama subdukcije, odnosno mjestima gdje se jedna tektonska ploča podvlači pod drugu, poput Japana, Indonezije, Novog Zelanda i Anda (Čile). Međutim, mogu se naći i unutar samih ploča na mjestima gdje se nalaze tzv. vruće točke poput Yellowstonea u SAD-u ili u zonama ekstenzije poput Long Valleyja u Kaliforniji u SAD-u. Kad govorimo o supererupcijama, možemo reći da ih je minimalno 47 zabilježeno u geološkom zapisu i za koje sigurno znamo da su se dogodile. Njihov broj je sigurno veći, no nisu sve ostale u geološkom zapisu jer se produkti tih erupcija lako erodiraju ili pretvore u tlo. Mnogo materijala može ostati u kalderi (strukturi, depresiji koja nastaje urušavanjem magmatske komore nakon erupcije), pa zapravo volumen izbačenog materijala može biti značajno podcijenjen i supererupcija ostane neprepoznata. Supererupcije se događaju u velikim, nepravilnim vremenskim razmacima, ali u prosjeku jedna u razdoblju od otprilike 100.000 godina. To ne znači da treba proći točno toliko vremena da bi došlo do nove erupcije, supervulkan može eruptirati i nekoliko desetaka tisuća godina ranije, odnosno kasnije. Dobar primjer supererupcije je erupcija vulkana Toba u Indoneziji prije otprilike 74.000 godina. Taj je supervulkan erupcijom izbacio od 2000 do 13.000 km3 materijala što ga na skalu indeksa vulkanske eksplozivnosti smješta na sami kraj, odnosno pripisan mu je indeks 8. Posljedice su bile globalne u vidu klimatskih promjena što je pak utjecalo i na ljude tako da se vrsta reducirala na 5000 jedinki, od čega je bilo oko 1000 parova sposobnih za razmnožavanje, tako da je ta erupcija dovela u pitanje opstanak vrste – kaže Marković.

Supererupcije se, dakle, događaju iznimno rijetko, no pitanje je mogu li i obični vulkani prouzročiti katastrofu golemih razmjera…

− I ‘obični’ vulkani mogu donijeti mnogo negativnih posljedica, ne moraju nužno biti supervulkani. Erupcija vulkana Skaftáreldar na Islandu 1783. godine dovela je do toga da je Island izgubio četvrtinu stanovništva, ne zbog same erupcije, nego zbog pepela i otrovnih plinova koji su doveli do bolesti stoke, koja je dovela do gladi, a i klima se promijenila. Primjera ima puno, erupcija Krakatoe 1883. godine je izmijenila i trgovačke rute brodova pa je bilo nestašice začina. No nije sve tako crno, vulkani stvaraju novo plodno tlo. Na kanarskom otoku La Palma su, primjerice, plantaže banana, a na Etni vinogradi, upravo zbog tog plodnog tla. Zatim, istaloženi i litificirani pepeo koji se naziva tuf je odličan termički i zvučni izolator pa se koristi u graditeljstvu. Na Islandu je 90% kućanstava grijano geotermalnom energijom. Ljudi su od davnina koristili vulkansko staklo za izradu oruđa i oružja, čak i danas se za neke potrebe u kirurgiji rade oštrice od opsidijana. Koliko god bilo grozno za Rimljane, erupcija Vezuva 79. p. n. e., koja je pepelom zatrpala Pompeje i Herkulanej, dala nam je uvid u mnoge aspekte života tadašnjih ljudi – objašnjava.

Erupcije vulkana ne mogu se predvidjeti, no može li se reći koji su supervulkani najopasniji, odnosno koji bi mogao u budućnosti ozbiljnije eruptirati?

− Kad bismo mogli predvidjeti erupcije vulkana, supervulkana ili potrese, svi bismo živjeli puno bezbrižnije. Bolji termin od predviđanja je prognoza. Znanstvenici mogu na temelju saznanja o prošlim erupcijama iz geološkog zapisa, odnosno proučavanjem stijena, uz podatke o potresima, sastavu vulkanskih plinova, geodetskih mjerenja, dati prognozu koliko je izgledna ili vjerojatna erupcija. Tu prognozu mogu jasno dati koji dan prije erupcije. Supererupcija kojega god supervulkana je opasna, ne bih rekao da tu ima manje ili više opasnih supervulkana. Nekoliko je kandidata poput Tobe u Indoneziji koji je zadnji put eruptirao prije otprilike 74.000 godina, Oruanui na Novom Zelandu sa zadnjom erupcijom prije otprilike 26.000 godina, Atitlan u Gvatemali sa zadnjom erupcijom prije 84.000 godina. Nekoliko ih je i u Japanu, primjerice, Aso, koji je imao zadnju erupciju prije otprilike 90.000 godina, Kikai-Akahoya sa zadnjom erupcijom prije oko 7000 godina i Aira sa zadnjom erupcijom prije oko 25.000 godina. Uz navedene se posebno motri i područje Flegrejskih poljana u Italiji, gdje je bila zadnja erupcija prije otprilike 39.000 godina, jer se nalazi u gusto naseljenom području i predstavlja veliki geološki hazard, ali strogo gledano ne spada u kategoriju supererupcija.

Upravo su Flegrejske poljane (Campi Flegrei), koje uz Vezuv čine vulkanski pojas koji poput luka okružuje Napuljski zaljev na jugu Italije, nama najbliži supervulkan. Može li njegova erupcija, pa i snažnije erupcije Vezuva i Etne imati posljedice za ljude u Hrvatskoj?

− Snažna se erupcija Flegrejskih poljana dogodila prije otprilike 39.000 godina, ali ona strogo gledano ne ispunjava kriterije supererupcije. Međutim, potencijalna nova erupcija te snage predstavlja ozbiljnu prijetnju. Najviše su ugroženi građani Napulja. Više je nevolja u pitanju. Okruženi su s tri aktivna vulkana, od kojih su dva izuzetno opasna, Vezuv i Flegrejske poljane. Ako dođe do erupcije, evakuaciju će biti teško efikasno provesti zbog velike naseljenosti, jer tamo živi oko tri milijuna ljudi, i uskih ulica. Oni koji se ne evakuiraju, a nađu se na putu piroklastičnog toka, ugušit će se bilo od otrovnih plinova, bilo od pepela. Drugi su, pak, ugroženi od urušavanja zgrada pod teretom pepela. To je najcrnji scenarij. Naravno da znanstvenici svakodnevno prate što se događa s vulkanima i izdaju upozorenja civilnoj zaštiti koja ima spremne protokole za postupanje. Ne postoji ozbiljna opasnost od Vezuva i Etne za Hrvatsku jer produkti njihovih erupcija, pepeo, može stići do naših udaljenijih otoka, ali u zanemarivim količinama koje ne predstavljaju nikakav rizik za ljude. S druge strane, snažna erupcija Flegrejskih poljana  imala bi razorne i štetne posljedice prvenstveno za građane Italije, ali i velik utjecaj na veći dio Europe. Dovoljno se prisjetiti erupcije vulkana Eyjafjallajökull na Islandu 2010. godine koja je tjednima paralizirala zračni promet iznad Europe koji se nije mogao odvijati zbog čestica vulkanskog stakla koje su se nalazile u zraku i koje su predstavljale opasnost za kvar, odnosno otkazivanje rada motora zrakoplova. 

Mehanizmi nastanka supervulkana su također zanimljivi.

– Magma, odnosno lava može izbiti na Zemljinu površinu na dva načina. Prvi je izlijevanjem, kad magma izbija polagano i jednolično, a drugi je način eksplozivno – erupcijom. Koji će mehanizam biti dominantan ovisi o dva čimbenika. Prvi je kemijski sastav taljevine (magme), a drugi količina otopljenih volatila, odnosno plinova (vode, CO2, SO2 i dr.). Što je niži udio SiO2 u taljevini, to je ona manje viskozna, odnosno može teći. Suprotno tome, kako raste udio SiO2 to je taljevina viskoznija, teže pokretljiva. Ako su u magmi pak otopljeni plinovi, oni pri dolasku magme pri površinu dolaze u područje manjeg pritiska, volumen im se povećava i nastaju mjehuri. U slučaju magme koja je fluidna mogu relativno lako pobjeći, ali u slučaju viskozne magme ti mjehuri nakon nastanka ostaju zarobljeni u magmi koja se djelomično skrutnula. Daljnji porast pritiska pridonijet će eksploziji, odnosno erupciji. Kako postoji mnogo kombinacija vezanih uz sastav magme/lave, otopljenih plinova i interakcije vode s lavom, tako i postoje različiti tipovi erupcija. Kod supervulkana se velika količina magme nakuplja kroz izuzetno dugi period u relativno plitko smještenoj magmatskoj komori. Kako se magma s vremenom diferencira, raste njen eksplozivni potencijal. U kritičnom trenutku nastane dovoljno mjehura pa dolazi do erupcije ili stijene koje se nalaze iznad magmatske komore popuste iz nekog razloga pa i to može biti razlog erupcije.

Najveća erupcija vulkana u poznatoj povijesti dogodila se 5. travnja 1815. godine, kad je eruptirao vulkan Tambora u Indoneziji. Kakve je posljedice ta erupcija imala po ljude i atmosferu na Zemlji?

− To je uistinu najveća erupcija zabilježena u povijesti, ali ne i najveća u geološkoj prošlosti. Procjenjuje se da je pri toj erupciji vulkan izbacio oko 175 km3 piroklastičnog materijala. Prije erupcije vulkan je bio visok oko 4300 metara, a danas je visok 2851 metar. Nakon same erupcije nastala je kaldera promjera šest kilometara. Zbog izbačenih plinova i sitnih čestica vulkanskog pepela u atmosferu, sunčeva se svjetlost manje, odnosno slabije probijala do površine Zemlje te je globalna prosječna temperatura pala. Sljedeća 1816. godina je nazvana ‘godinom bez ljeta’ i te je godine ljeto bilo neuobičajeno hladno, čak je i padao snijeg u srpnju. Smrtno je stradalo oko 10.000 ljudi od piroklastičnih tokova i tsunamija, a razoreni su domovi oko 35.000 ljudi. U vremenima nakon erupcije je dodatno oko 80.000 ljudi stradalo od bolesti i gladi, koja je uslijedila zbog nemogućnosti uzgoja usjeva. Vulkanski indeks eksplozivnosti te erupcije iznosio je 7. U ovom se slučaju, kao i kod svih velikih erupcija, dogodilo to da je velika količina viskozne kisele magme bogate volatilima došla do kritične točke u kojoj je pritisak bio prevelik i nastala je erupcija.

Zbog čega su neka područja poput Havaja i Islanda mnogo vulkanski aktivnija od drugih. Postoji li još takvih područja na svijetu s mnogo vulkana?
– Postoje mjesta na Zemlji na kojima neovisno o rubovima litosfernih ploča na površinu izbija magma podrijetlom iz plašta formirajući vulkane. Ta se mjesta nalaze iznad izbojaka ili perjanica plašta i nazivamo ih vruće točke. Vruće točke su fiksne u odnosu prema Zemljinoj osi rotacije, a litosferne ploče se miču iznad njih. Havajski vulkanski niz nalazi se usred Pacifičke litosferne ploče, odnosno Tihog oceana. Svi otoci tog vulkanskog niza nastali su djelovanjem jedne vruće točke – havajske vruće točke koja se danas, a i pri nastanku najstarijeg otoka u nizu nalazila na istome mjestu dok se litosferna ploča iznad nje kretala. Danas je iznad te točke najveći, ujedno i najmlađi havajski otok s dva aktivna vulkana, a to su Mauna Loa i Kilauea. Hlađenjem magmatskih stijena, ali i erozijom, većina vulkanskih otoka Havajskog niza danas su podmorske planine i ne izdižu se iznad razine mora. Island je izuzetno zanimljivo mjesto jer je na posebnoj lokaciji na Zemlji. Nalazi se na Srednjoatlanskom hrptu, odnosno na mjestu na kojem se dvije tektonske ploče razmiču. Na mjestu gdje se Sjevernoamerička i Euroazijska ploča razmiču, kroz tu pukotinu, odnosno pukotine magma lako može izbijati na površinu. Uz to, nalazi se i na vrućoj točki, mjestu koje na vrlo malenom (ograničenom) prostoru ima anomalno veliku toplinu, a to isto pogoduje izbijanju magme na površinu. Zbog tih je razloga Island bogat vulkanima i izuzetno zanimljiv geolozima jer je to laboratorij na otvorenom, pruža lake mogućnosti istraživanja gdje nisu potrebni specijalni brodovi ili podmornice za izučavanje srednjooceanskog hrpta i procesa koji se odvijaju na njemu jer je na površini. Vulkani se nalaze na onim mjestima gdje magma ima priliku izbiti na površinu. Mnogo se vulkana nalazi unutar takozvanog Pacifičkog vatrenog prstena, pojasa koji okružuje Tihi ocean, unutar kojega se nalaze tektonske granice među litosfernim pločama. Unutar tog prstena nalazi se od 750 do 900 vulkana.

Jedna vrlo snažna erupcija podvodnog vulkana Hunga Tonga u jugozapadnom dijelu Tihog oceana dogodila se početkom prošle godine. Bila je toliko snažna da su udarni val erupcije, odnosno anomalije u tlaku zraka, zabilježile gotovo sve svjetske meteorološke postaje, pa tako i one u Hrvatskoj. Što se to dogodilo u Polineziji?

– Vulkan Hunga Tonga – Hunga Ha´apai, odnosno to otočje je dio Pacifičkog vatrenog prstena. Tu se Pacifička ploča podvlači pod Australsku ploču i tali se. Magma nastala taljenjem, na putu prema površini mijenja se jer se određeni minerali kristaliziraju i tako se mijenja njen sastav, magma postaje sve bogatija sa SiO2, odnosno postaje sve viskoznija. Uz to, dolazi u kontakt s vodom pa su stvoreni svi preduvjeti za eksplozivnu erupciju. Taj se vulkan prati od 1912. godine i od tada je bilo šest erupcija. U jednoj od njih se urušilo vulkansko grotlo i nastala je kaldera koja se ispunila vodom. Tad je omogućen put vodi da dođe prilično duboko i kad dođe u kontakt s magmom, nastaje nešto poput parnog kotla, samo što para nema kuda pa dolazi do eksplozije. Eksplozija u siječnju 2022. bila je prilično jaka, 500 puta jača od bombe bačene na Hirošimu, koliko jaka govori nam da je indeks vulkanske eksplozivnosti 4. U svijetu vulkana to ipak nije mnogo, jer smo u 19. stoljeću imali i erupcije koje su imale taj indeks 6 (Krakatau – 1883.) ili 7 (Tambora – 1815.). Samo da dočaram tu skalu, razlika između 4, 5, 6 i 7 nije da je svaka sljedeća duplo jača, nego petica je 10 puta jača od 4, šestica 100 puta, a sedmica 1000 puta jača od 4. Takva snaga je ljudima zapravo nepojmljiva. U ovom slučaju smo imali stupac vodene pare koji je dosegao 35 km visine, a pepeo je dosegao 20 km. Zvučni val se čuo nekoliko tisuća kilometara daleko, tsunamiji su bili na nekim mjestima 15 metara visoki, a u atmosferu je otpušteno 400 tisuća tona SO2  – objašnjava doc. dr. sc. Frane Marković.

U Hrvatskoj nema vulkana, ali je li ih bilo u povijesti, odnosno ima li vulkanskih stijena u Hrvatskoj?

– U Hrvatskoj nema aktivnih vulkana, ali ima pojava vulkanskih stijena. Dio njih su efuzivne magmatske stijene, a dio su vulkanoklastične stijene, odnosno riječ je o vulkanskom pepelu koji je izbačen iz vulkana koji su eruptirali na području današnje Mađarske, Rumunjske i Italije, i taj se pepeo istaložio u slojevima koje danas nalazimo na različitim mjestima u geološkom zapisu na području Hrvatske. Negdje su to slojevi centimetarske debljine, a ponegdje nalazimo i slojeve dekametarskih debljina, što nam posredno govori o snazi vulkanizma koji je kroz geološku prošlost varirao od mirnih razdoblja do jake vulkanske aktivnosti – zaključuje doc. dr. sc. Frane Marković.