Skrivnostno življenje supervulkanov

Prav v dneh, ko vulkan Gunung Sinabung na indonezijskem otoku Sumatra (na fotografiji) spet razkazuje svojo moč, je evropskim znanstvenikom uspel poskus, ki znatno povečuje razumevanje, kaj povzroča izbruhe tako imenovanih supervulkanov – ognjenikov, katerih izbruh je nekaj tisočkrat silovitejši od tistih pri običajnih vulkanih.

Doslej je v znanstvenih krogih veljalo, da se supervulkani šele pod vplivom zunanjega dejavnika, tako imenovanega sprožilca – denimo potresa – prebudijo in planet osupnejo z izbruhom orjaških razsežnosti. Poskusi v evropskem sinhrotronskem radiacijskem centru (ESRF) v Grenoblu pa so pokazali, da že sam volumen tekoče magme povsem zadostuje za uničujoči superizbruh.

Med raziskavo, katere ugotovitve so objavljene v reviji Nature Geoscience, je skupina švicarskih, francoskih in britanskih znanstvenikov umetno ustvarila pogoje, ki ustrezajo siloviti vročini in tlaku znotraj takšnih »spečih velikanov«. In njihova ugotovitev utegne precej olajšati napovedovanje tovrstnih naravnih katastrof v prihodnje.

Vodilni avtor raziskave Wim Malfait s züriškega zveznega inštituta za tehnologijo (ETH) je povedal: »Že dolgo smo vedeli, da ura neusmiljeno tiktaka, nismo pa vedeli, kako hitro. Zato nas je zanimalo, kaj natanko je potrebno za nastanek supererupcije.«

Po njegovih besedah so s poskusom neizpodbitno dokazali, da za izbruh orjaškega ognjenika ni nujen zunanji dejavnik – supervulkan lahko izbruhne zgolj zaradi svojega velikanskega obsega. »Kakor hitro je količina magmatskega materiala dovolj velika, smo lahko priča supererupciji.«

Mogočna dvajseterica

Na Zemlji je približno 20 znanih supervulkanov. Med bolj zloglasnimi so jezero Toba na indonezijskem otoku Sumatra, jezero Taupo na Severnem otoku Nove Zelandije in nekoliko manjši Campi Flegrei (Goreča polja) zahodno od Neaplja.

K sreči so erupcije teh velikanov dokaj redke – v povprečju se zgodijo le na vsakih 100.000 let. Toda kadar se superognjeniki prebudijo, so učinki njihove dejavnosti pogubni tako za Zemljino ozračje kot za naravno okolje v celoti.

Ko je, denimo, pred 600.000 leti izbruhnil supervulkan na območju današnjega narodnega parka Yellowstone v ameriški zvezni državi Wyoming, je v atmosfero izstrelil več kot tisoč kubičnih kilometrov lave in pepela – dovolj, da bi veliko mesto prekril nekaj kilometrov na debelo. Ta izbruh je bil kar stokrat silovitejši od erupcije filipinskega vulkana Pinatubo leta 1991. Povsem je zasenčil celo izbruh indonezijskega vulkana Krakatoa (Krakatau) v Sundskem prelivu med Sumatro in Javo leta 1883, ki velja za največjo vulkansko erupcijo v človeški pisani zgodovini.

»Tudi takšni siloviti izbruhi so nekaj, s čimer se bomo ljudje kot vrsta prej ali slej morali spoprijeti,« pojasnjuje dr. Malfait. »Povsem nemogoče je namreč, da bi se jim v bližnji ali malo manj bližnji prihodnosti lahko izognili.«

Posledice izbruha superognjenika primerja s padcem asteroida na Zemljo: »Nevarnost takšnega dogodka je v danem trenutku sicer majhna, toda kadar se zgodi, so posledice katastrofalne, in to v prvinskem pomenu besede.« Po študiji iz leta 2005 lahko dogodek, kakršen je bil izbruh supervulkana Yellowstone, poleg drugega za desetletje ali več ohladi zemeljsko površje za 10 stopinj Celzija, ker vulkanski pepel v stratosferi vztrajno odbija sončne žarke.

Napovedi in opozorila

Zmožnost predvidevanja in čim zanesljivejšega opozarjanja pred takšnimi uničujočimi pojavi je zato seveda nujna. Zanjo pa je ključno razumevanje, kaj natanko sproži izbruh supervulkana, saj se ta proces razlikuje od izbruhov običajnih ognjenikov, kakršna sta omenjeni Pinatubo ali Sveta Helena v ameriški zvezni državi Washington.

Med možnimi sprožilnimi mehanizmi so znanstveniki pred tokratnim poskusom predvideli dovolj visok tlak v ognjeniškem kotlu, ki nastane kot posledica razlike med manj gosto staljeno magmo in gostejšimi kamninami okoli nje.

»Učinek si lahko predstavljamo, če nogometno žogo tiščimo pod vodo. Kakor hitro jo spustimo, bo z zrakom napihnjena žoga švignila proti površju, ker je pač okoli nje gostejša voda,« pojasnjuje dr. Malfait.

Toda ali je samo tlak dovolj? Je mar za izbruh supervulkana potreben še dodaten sprožilec – denimo nenaden dodaten vdor magme, vodne pare ali pa potres?

Za simulacijo velikanskega pritiska in vročine v ognjeniškem kotlu supervulkana so znanstveniki obiskali evropski center ESRF v Grenoblu, ki je opremljen tudi z eksperimentalno optično napravo. Z delcem umetne magme so napolnili malo diamantno kapsulo, nato pa vanjo poslali visokoenergijski rentgenski žarek in tako v kapsuli ustvarili izjemno visok tlak.

»Če izmerimo razliko v gostoti trdne in tekoče magme, lahko izračunamo tudi tlak, potreben za spontano erupcijo,« je postopek opisal dr. Mohamed Mozouar, znanstvenik v centru ESRF. »Poustvariti razmere v Zemljini skorji seveda ni lahka naloga, toda v pravi ‘posodi’ lahko tekočo magmo vzdržujemo pri stabilni temperaturi 1700 stopinj Celzija in pritisku 36.000 atmosfer.«

»Pred nami še nihče ni izmeril gostote staljene kamnine v magmatski komori supervulkana,« je ponosno dodal dr. Malfait. »Kajti gostota je zelo pomembna: magma je manj gosta od trdne kamnine, zato čedalje bolj pritiska na streho magmatske komore.«

Z opisanim eksperimentom so se prepričali, da prehod iz trdne v tekočo magmo ustvari tolikšen tlak, da lahko razpoči več kot deset kilometrov Zemljine skorje nad ognjeniškim kotlom. »Magma, ki hitro zalije vse nastale razpoke, bo nazadnje dosegla zemeljsko površje. In ker se med dviganjem k površju silovito širi, nazadnje povzroči eksplozijo velikanskih razsežnosti,« je proces dodatno pojasnila dr. Carmen Sanchez-Valle s züriškega zveznega inštituta za tehnologijo ETH.

Skratka, pri običajnih vulkanih njihovo aktivnost določa velikost magmatske komore – kamninskega »kotla« pod ognjenikom. Ker je razmeroma majhen, redni vdori magme v njem stalno povečujejo pritisk, zato magma razmeroma pogosto bruhne na površje, a v zmernih količinah.

Pri supervulkanih pa je magmatska komora kratko malo prevelika, da bi dotoki magme vanjo lahko hitro dovolj povečali pritisk, potreben za erupcijo. Količina magme se zato povečuje in povečuje – dokler nazadnje ne izbruhne v obliki kataklizmične supererupcije.

Teoretični model

A če je kateri od supervulkanov na našem planetu morda tik pred izbruhom, je manj slaba novica vsaj ta, da je pred tem uničujočim pojavom – v nasprotju s potresi – opaziti jasna opozorilna znamenja: »Med drugim se bo zemeljsko površje na tistem območju občutno dvignilo – za kar nekaj sto metrov,« je povedal dr. Malfait.

Za ponazoritev je uporabil yellowstonski supervulkan. »Domnevamo, da je v njem približno 10 do 30 odstotkov delno staljene magme; za tlak, potreben za superizbruh, pa bi je moralo biti staljene še približno 20 odstotkov več.«

Z ločeno študijo, katere ugotovitve so prav tako objavljene v reviji Nature Geoscience, pa je druga skupina znanstvenikov pod vodstvom dr. Luca Caricchija z ženevske univerze uporabila računalniški model ognjeniške aktivnosti in še teoretično poskusila pojasniti razlike med navadnimi ognjeniki in supervulkani.

In ena njihovih ugotovitev ni posebno pomirjujoča: »hiperaktivni« običajni vulkan se lahko sčasoma spremeni v »speči« supervulkan. Torej v še večjo potencialno grožnjo.

»Delovni skupini pod vodstvom profesorjev Malfaita in Caricchija sta nam predstavili zelo provokativno sliko,« je ugotovitve obeh raziskav strnil profesor Mark Jellinek z Univerze Britanske Kolumbije. »Na podlagi njunih ugotovitev je namreč mogoče sklepati, da so tako orjaške supererupcije kot zmernejši, a pogostejši vulkanski izbruhi posledica medsebojnega prehajanja ključnih gonilnih sil vulkanizma iz ene oblike v drugo. In te sile nam očitno pripravljajo še marsikatero presenečenje.«