Wulkanizm i Plutonizm

Najbardziej widomym przejawem wewnętrznego ciepła Ziemi są wulkany, owe niezwykłe góry dymiące, ziejące ogniem i potokami rozpalonej lawy. Zazwyczaj mają one kształt mniej lub więcej prawidłowego stożka z zagłębieniem w szczytowej części góry, zwanym kraterem. Wulkany od najdawniejszych czasów budzą zaciekawienie, podziw, ale i grozę niektóre wybuchy należały, bowiem do największych katastrof, jakie dotknęły ludzkość.

Gdy wulkan jest spokojny, „drzemie”, można czasem zejść na dno krateru i badać zachodzące tam zjawiska. Czynił to ostatnio z dużym powodzeniem, ale i z ryzykiem, zapalony wulkanolog belgijski orientalnego pochodzenia, Harun Tazieff, którego piękne książki i wspaniałe filmy obiegły cały świat, ciesząc się ogromnym powodzeniem. Do niektórych aktywniejszych wulkanów spuszczali się w specjalnych gondolach

Amerykanie i Japończycy.
Niejako „popisowym”, stale czynnym wulkanem jest Kilauea na Hawajach. W jego kraterze Halemaumau wrze bezustannie jezioro ognistej lawy, która od czasu do czasu podnosi się i spływa potokami, sięgającymi niekiedy aż do morza. Ale wszystko to odbywa się spokojnie, bez gwałtownych wybuchów. Setki tysięcy turystów przybywa tam, co roku, by podziwiać bezpiecznie niezwykłe widoki ognistych fontann. W Europie najbardziej znane są Wezuwiusz i Etna. Na wszystkich trzech wymienionych wulkanach znajdują się od dziesiątków lat specjalne obserwatoria wulkanologiczne, które stale badają ich zachowanie.

Niezwykłym wydarzeniem było powstanie w Włoszech na Polach Flegrejskich koło Neapolu nowej góry- Monte Nuovo. Po serii wstrząsów podziemnych, powstawały szczeliny, z których zaczęły wylatywać na znaczną wysokość gorące popioły, bryły zakrzepłej lawy i inne rozpalone bloki skalne. W ciągu trzech dni wulkan urósł 150m ponad teren, po czym wybuchy osłabły i po tygodniu wszystko uspokoiło się. Dziś, po czterech wiekach, Monte Nouvo stanowi niewysokie wzgórze o złagodzonych zboczach.

Znacznie częściej zdarzają się narodziny wysp wulkanicznych. Swego czasu wielką sensację wywołało pojawienie się w 1707 r. Na Morzu Egejskim obok wyspy Santorin- nowej wysepki. Santorin to fragment dawnego wulkanu, którego krater zapadł się podczas ogromnego wybuchu, prawdopodobnie około 3000 lat temu. W lecie 1707 r. wśród wstrząsów, dymów i płomieni, wydobywających się wprost z morza, wynurzyły się małe wysepki, zbudowane ze świeżo zakrzepłej lawy, które po niedługim czasie połączyły się w jedną wysepkę, nazwaną Nowa Spalona.
Wulkanizm nie ogranicza się jedynie do tworzenia „gór wulkanicznych”, zaliczamy, bowiem do niego wszelkie zjawiska przyrodnicze związane z wydobywaniem się na powierzchnię Ziemi magmy oraz innych towarzyszących tym procesom produktów wnętrza Ziemi. Zjawiska te są bardzo różnorakie, co do swej formy i skutków, tak jak bardzo różnorodne bywa zachowanie się samych wulkanów. Jedne są stale czynne, inne odzywają się tylko od czasu do czasu, ale za to niekiedy gwałtownie, z katastrofalnymi skutkami. Wszystko to zależy od sposobu, w jaki magma wydostaje się na powierzchnię Ziemi i od jej rodzaju.

Magma może wydobywać się na powierzchnię albo przez większe podłużne pęknięcia- szczeliny, albo przez szczeliny wąskie z wylotem kominowym w jednym miejscu. Odpowiednio do tego wyróżniane są erupcje linearne, czyli liniowe (szczelinowe) i centralne, kominowe. Niektóry wydzielają jeszcze erupcje arealne, polegające na tym, że magma podnosząc się do góry w wielkiej masie przetapia skorupę ziemską na pewnym obszarze i wylewa się całą powierzchnią. Ten typ erupcji rozwijał się najprawdopodobniej najodleglejszych erach, kiedy skorupa ziemska była jeszcze cienka. Erupcje linearne należą obecnie do rzadkości i w zasadzie w typowej postaci spotkać je można w Islandii, gdzie w czasach historycznych parokrotnie dawały o sobie znać.

Olbrzymie wylewy szczelinowe zdarzały się w dawniejszych okresach geologicznych. Pozostały po nich do dziś ogromne pokrywy lawowe, grube na setki, a niekiedy na przeszło tysiąc metrów, tworzące rozległe wyżyny tzw. plateau bazaltowe. Należy do nich słynny trap dekański w Indiach, powstały na przełomie okresu kredowego i trzeciorzędowego.

Niewątpliwie potężne ilości lawy wydobywały się kiedyś i wylewają dziś z pęknięć w dnach mórz i oceanów, ale nie jesteśmy w stanie tego ocenić. Od czasu do czasu dają one o sobie znać, gdy z morza wynurzy się nowa wyspa wulkaniczna. Prawie wszystkie dzisiejsze erupcje wulkaniczne należą do to typu centralnych, kominowych. Nawet, jeśli grupują się one wzdłuż pewnych linii pęknięć, jak np. ciągi czynnych wulkanów na Sumatrze i Jawie, niektóre wulkany meksykańskie czy wygasłe Owernii we Francji, to jednak zasilanie ich z wnętrza Ziemi odbywa się nie wzdłuż całej długości szczeliny, lecz w pojedynczych punktach- w centrach erupcyjnych, dookoła których wyrastają poszczególne góry wulkaniczne.
Ich charakter, kształt i wielkość, a przede wszystkim zachowanie się wykazują ogromne różnice, można jednak wydzielić głównie na podstawie rodzaju aktywności kilka zasadniczych typów wulkanów. Typ hawajski reprezentują przede wszystkim wulkany na Wyspach Hawajskich. Erupcje są spokojne, ograniczają się w zasadzie do wylewów lawy. Lawa takich wulkanów jest rzadka, ruchliwa i łatwo spływa po zboczach. Stożki mają zwykle dość płaskie, rozległe, łagodne zbocza, bywają nazywane również wulkanami tarczowymi.
Odmiennie zachowuje się przedstawiciel drugiego typu, wulkan Stromboli. W środku stożka zieje krater głęboki na kilkaset metrów, z którego stale wydobywają się pary i gazy i co pewien czas wyrzucane są chmury popiołów oraz kawałki zakrzepłej lub półgęstej lawy, tzw. bomby wulkaniczne.

Najczęściej spotykany obecnie rodzaj działalności wulkanicznej reprezentuje Wezuwiusz. Wulkany należące do tego typu charakteryzuje duża zmienność aktywności. Po krótszych lub dłuższych okresach, gdy wulkan czasem nawet nie dymi, następują erupcje, w czasie, których wyrzucane są nieraz na znaczną wysokość chmury popiołów i wylewają się potoki ognistej lawy. Tego typu działalność jest, zatem nieperiodyczna i różnoraka. Przy gwałtownych wybuchach znaczna część stożka może zostać zrujnowana.
Zupełnie odrębny typ aktywności reprezentują wulkany „suche”, wyrzucające wyłącznie produkty sypkie, głównie popioły. Wybuchają one rzadko, ale gwałtownie. Klasycznym przedstawicielem tego typ jest wulkan Kratakau.
„Leje kimberlitowe” (Afryka) należą do tego samego typu, zawierają diamenty w wypełniających kominy tufach i brekcjach (okruchowcach) wulkanicznych. Podobne „rury diamentowe” znane są w Brazylii i Syberii. W Afryce kopalnie diamentów założone w takich lejach, stwierdziły niejednokrotnie, że te ostatnie przechodzą ku dołowi w normalne, wydłużone szczeliny i tylko górna ich część ma przekrój okrągławy. Przez takie kominy nigdy nie wylewała się lawa, być może była ona za gęsta, a szczeliny za wąskie.

Przyczyną gwałtownych wybuchów wulkanów są gazy zawarte w dużej ilości w płynnej magmie. Obserwujemy to w każdym wulkanie. Główne składniki tych gazów to para wodna oraz rozmaite gazy duszące i żrące: tlenki siarki, chlor, siarkowodór, metan. Niektóre lawy są tak bogate w gazy, że przy szybkim stygnięciu nie zdążą ujść, czyniąc ją porowatą, gąbczastą, pęcherzykowatą.
Jeśli lawa jest rzadka, ma wysoką temperaturę i nie zastyga, ani nawet nie gęstnieje w kraterze, gazy mogą bez przeszkód wydobywać się na zewnątrz w powietrze, a jeżeli zbierze się ich więcej gdzieś w głębi, będą przeciskać się przez komin do góry, jako „pęcherz gazowy” i co najwyżej wypchną z krateru część lawy, która wyleje się spokojnie na zewnątrz. Inaczej rzecz się ma z lawami gęstymi, mało ruchliwymi, które szybko krzepną i zatykają wylot z komina. Gazy utworzone w podziemnych magmowych ogniskach nie mają ujścia, prą z coraz większą siłą, aż jakimiś szczelinami utorują sobie drogę do powierzchni i wyrywają się gwałtownie, porywają ze sobą część płynnej magmy, rozpylanej całkowicie podczas takiej eksplozji i wyrzucając także kawały dawniej, zakrzepłej już lawy. Czasem jednak korek lawowy może być tak mocny i tkwić tak głęboko, że napór gazów rozsadzi górę np. wybuch Kratakau, czy Bandaisan w Japonii.
Rozmaity rodzaj law zależy od ich składu chemicznego. Lawy „zasadowe” są ubogi w krzemionkę, są rzadkie, w skutek tego bardziej ruchliwe. Mogą on łatwo dotrzeć do powierzchni Ziemi, nie krzepnąc w szczelinach i nie zatykając kraterów. Taki charakter mają lawy bazaltowe, a wśród nich lawy Oceanu Spokojnego. Lawy ”kwaśne”, bogatsze są w krzemionkę, są gęstsze, łatwiej, więc korkują kominy i kratery, powodują przerwy w działalności wulkanów oraz są przyczyną gwałtownych wybuchów.

W skorupie ziemskiej w różnych miejscach istnieją jak gdyby zbiorniki ognistopłynnej magmy. Może ona tkwić tam niezmiernie długo, aż w końcu zastygnie w magmową skałę głębinową, jak granit, dioryt, czy gabro. Ale może także szczelinami utorować sobie drogę do powierzchni ziemi w wówczas w tym miejscu rodzi się wulkan takie podziemne ogniska magmowe znajdują się na różnych głębokościach i mogą mieć nie jednakowe lawy. Dla Wezuwiusza przyjmuje się głębokość najpłytszego ogniska na kilka kilometrów. Ocena ta opiera się na następującym rozumowaniu: podczas wybuch Wezuwiusz wyrzuca od czasu do czasu bloki skał porwane ze swego podłoża. Skały należące do formacji triasowej wykazują duże zmiany termiczne, są często zupełnie przepalone, przetopione, co świadczy o długim przebywaniu w wysokiej temperaturze. Nie mogą to być, zatem bloki oderwane od ścian komina wulkanicznego, lecz muszą pochodzić ze ścian samego ogniska, prawdopodobnie z jego stropu. Z budowy geologicznej najbliższego otoczenia wynika, że formacja triasowa znajduje się w podłożu Wezuwiusza na głębokości kilku kilometrów. Toteż zdaniem A.Rittmanna, znakomitego współczesnego wulkanologa i dyrektora Instytutu Wulkanologicznego na Sycylii, strop ogniska magmowego Wezuwiusza powinien znajdować się na głębokości zaledwie około 5km. Czynione są także próby oznaczenia głębokości ognisk metodami pośrednimi, geofizycznymi. Erupcje wielu wulkanów są mianowicie poprzedzane wstrząsami podziemnymi, zazwyczaj niezbyt silnymi i ograniczonymi do małego obszaru. Nie można, więc ich porównywać z prawdziwymi „tektonicznymi trzęsieniami ziemi”. Wstrząsy poprzedzające wybuch wulkanu, uważane są za przejaw ruchu magmy w podziemnym ognisku. Obliczenie, zatem głębokości, z których one pochodzą, dałoby pojęcie samego ogniska.

Zasadniczymi produktami erupcji są lawa i popioły. Te ostatnie przedstawiają albo rozpyloną na mgłę lawę płynną, która zastyga dopiero w powietrzu, albo rozkruszone na drobny pył fragmenty dawniej już zakrzepłej lawy, porwane z krateru czy z korka zatykającego komin. W najbliższym sąsiedztwie krateru spadają oprócz tego większe, okruchy- bomby wulkaniczne. Najczęściej są to strzępy półgęstej lawy, która zastygając w powietrzu przybiera kształt bochenkowaty lub skręcony wrzecionowato, jeśli dostanie się w wir powietrzny, powstający przy eksplozji wulkanu. Wszystkie te „produkty wnętrza Ziemi” gromadzą się przed wszystkim w najbliższym otoczeniu krateru. Gdy erupcje powtarzają się wielokrotnie podczas dłuższego okresu czas, materiał wulkaniczny wytworzy na powierzchni ziemi olbrzymie góry wulkaniczne. Kształt gór wulkanicznych zależy od wyrzucanego materiału i od działalności wulkanu. Wulkany produkujące rzadką lawę bazaltową tworzą płaskie stożki tarczowe, nieraz kolosalnych rozmiarów. Najczęściej jednak mamy do czynienia z wulkanami „mieszanymi”, których stożki budowane są z warstw popiołów i lawy. Przybierają czasem one formy niezwykle prawidłowe. Dzieje się to wówczas, gdy erupcje nie są zbyt gwałtowne i nie niszczą stożka. Ale są takie przypadki, kiedy potężna eksplozja rozwala znaczą część góry wulkanicznej i na jej miejscu powstaje głęboka wyrwa. Wówczas tworzą się ogromne leje kraterowe, tzw. kaldery zapadliskowe, o średnicy sięgającej niekiedy długości wielu kilometrów.

Wulkany są rozmieszczone na kuli ziemskiej bardzo nierównomiernie. Na około 450 uważanych za czynne, przeszło 280 znajduje się na obszarze Oceanu Spokojnego w tzw. pasie dookoła pacyficznym. Na samym oceanie dziś czynne są tylko 4 wulkany w Archipelagu Hawajskim i 3 na wyspach Galapagos, mimo że dziesiątki dawnych gór wulkanicznych wynurzają się w różnych częściach południowego Pacyfiku tworząc wyspy strefę dookoła pacyficzną cechuje także obecność licznych głębokich pęknięć skorupy ziemskiej, wzdłuż których odbywają się od czasu do czasu pewne przemieszczenia, wywołujące drgania tej skorupy- trzęsienia ziemi. Pęknięcia jeszcze nie zasklepione umożliwiają wydobywanie się na powierzchnie ziemi lawy.

Druga strefa obfitująca w wulkany to pas śródziemnomorski, ciągnący się od Morza Śródziemnego aż do Archipelagu Malajskiego. W tym pasie naliczono prawie 100 wulkanów, z czego aż 77 znajduje się w Indonezji. Tylko 20 czynnych wulkanów przypada na Ocean Atlantycki. Czynne wulkany Atlantyku zgrupowane są głównie na Azorach i Małych Antylach. 16 wulkanów znajduje się na kontynencie Afrykańskim w Afryce Wschodniej, w Etiopii, Ugandzie i Kenii. Dwa wulkany na Oceanie Indyjskim oraz Erebus na Anktartydzie. Podobny charakter ma pas śródziemnomorski, położony w strefie młodych gór systemu alpejskiego ciągnącego się od Atlantyku po Archipelag Malajski. Tam istnieją świeże pęknięcia i zapadliska skorupy ziemskiej, szczególnie w rejonie samego morza śródziemnego i Indonezji.

Z czasem w poszczególnych wulkanach, erupcje stają się rzadsze, mniej gwałtowne, aż w końcu ustają całkowicie. Wyładowuje się energia podziemnego zbiornika magmy, krzepnie magma w kraterze i w kominie, krzepnie również i w samym ognisku magmatycznym. Przez długi czas jednak temu procesowi towarzyszą tzw. potomne zjawiska wulkaniczne, jak gorące źródła, szczególnie typów gejzeru, wyziewów gazów, najpierw gorących i trujących, zwanych fumarolami, potem chłodniejszych solfatar, wreszcie zupełnie zimnych mofet, złożonych prawie wyłącznie z dwutlenku węgla. Gorące źródła i gejzery, czyli źródła periodyczne, wytryskające niekiedy z regularnością zegarka w stałych odstępach czasu w postaci wspaniałej fontanny, gorącej pary i rozpylonej wody, trwają przez stosunkowo krótki okres czasu po ustaniu działalności wulkanicznej. Do ich istnienia potrzebne, bowiem, aby niegłęboko pod ziemią było dostatecznie gorąco, by woda pochodząca z opadów atmosferycznych i dostająca się tam szczelinami ogrzewała się do temperatury powyżej punktu wrzenia. Część wody może pochodzić ze skroplenia pary wydzielającej się z magmy wraz gazami. Woda gorąca łatwiej rozpuszcza rozmaite składniki skalne, przede wszystkim węglan wapnia, a także krzemionkę. Z tych substancji rosną z czasem dookoła wylotu szczeliny gejzerowej pokłady osadu wapiennego lub krzemionkowego tzw. trawertynów lub martwic. Mogą one tworzyć małe stożki w kraterze w środku, jak również piękne tarasy, gdy źródła gorące biją na zboczu, po którym woda spływa małymi kaskadami. Gejzery spotykamy przy wulkanach czynnych lub niedawno wygasłych. Najbardziej znane na świecie i najpiękniejsze znajdują się w Islandii w Parku Narodowym Yellowstone, w Górach Skalistych Ameryki Północnej i na nowej Zelandii.

PLUTONIZM
W swych wędrówkach ku górze magma nie zawsze dociera do powierzchni Ziemi, bardzo często więźnie ona i krzepnie w głębi skorupy ziemskiej tworząc tzw. intruzje, czyli ciała magmowe składające się z głębinowych skał magmowych tego typu, co granit, dioryt, gabro i pokrewne im. Niektóre części litosfery są „naszpikowane” intruzjami. Przykładem może służyć Skandynawia z Finlandią i Północna Szkocja. Najprostszy typ intruzji przedstawiają żyły powstające, gdy magma wciska się w pęknięcia i szczeliny w skorupie ziemskiej i w nich zastyga. Są to intruzje małe, grubość żyły, bowiem wyjątkowo tylko przekracza dziesiątki metrów, ale mogą one ciągnąć się dziesiątkami a nawet setkami kilometrów. Bywają także intruzje pokaźnych rozmiarów i dość niezwykłych kształtów, taki lakolit wygląda jak olbrzymi bochen o płaskim spodzie i wypukłym wierzchu. Ku dołowi odchodzi od niego jedna lub kilka szczelin czy kominów, którymi magma wdzierała się do góry. Niezwykłą postać lakolitu tłumaczymy w ten sposób, ż magma wędrująca pod ciśnieniem szczelinami ku górze, gdy natrafi niezbyt daleko od powierzchni Ziemi na skały warstwowe, odspaja je, oddziela w miejscach, gdzie warstwy skalne są ze sobą najsłabiej zrośnięte i podnosi cały ich pakiet, tworząc rodzaj sklepienia. Poniżej powierzchni odspojenia warstwy skalne pozostają nie naruszone, ułożone mniej więcej poziomo. Średnica małych lakolitów może wynosić tylko paręset metrów, zwykle jednak ma kilka kilometrów. Najpotężniejsze są batolity, intruzje ogromne, ale jednocześnie dość pospolite. W przekroju poziomym okrągławe, owalne lub wydłużone, sięgają w dół do nieznanych głębin, nigdy bowiem na żadnym batolicie nie wykonano głębokiego otworu. Batolity stanowią jakby wielkie pnie, tkwiące w skorupie ziemskiej, ich średnica wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset kilometrów, ale niektóre, wciśnięte i rozwalcowane podczas fałdowania się skorupy ziemskiej osiągnęły imponujące rozmiary. Za największy na świecie uchodzi gigantyczny wydłużony batolit Gór Nadbrzeżnych w Kanadzie. Długość około 2000 km, dochodzący miejscami do 200 km szerokości. Podobnej formy i wielkości jest batolit patagoński w Andach Ameryki Południowej. Niezwykle prawidłowy kolisty zarys na powierzchni Ziemi wykazuje natomiast niewielki batolit o średnicy ok. 12km na wyspie Arran w południowej Szkocji. Batolity są tak dużymi ciałami magmowymi, że ich powstawanie nie może być wytłumaczone obecnością jakichś gigantycznych szczelin czy pustych komór w skorupie ziemskiej, czy też rozpychaniem lub podnoszeniem warstw litosfery przez magmę jak w przypadku lakolitu. Według wszelkiego prawdopodobieństwa batolity tworzą się w ten sposób, że ogromne masy bardzo gorącej magmy, podnosząc się ku górze, roztapiają część skorupy ziemskiej i wchłaniają ją niejako w siebie. Oczywiście przy takim procesie następuje zmiana chemizmu magmy. Powinna ona iść w kierunku zwiększania się zawartości krzemionki, albowiem skały osadowe i metamorficzne dominujące w górnych częściach litosfery zawierają jej bardzo dużo. Charakter skał, z których składają się batolity potwierdza rzeczywiście to przypuszczenie, spotykamy tam, bowiem skały kwaśne różne odmiany granitów i granodiorytów. Inny rodzaj wielkich infuzji przedstawiają lopolity. Mają one kształt miskowaty wygięty ku dołowi i osiągają niekiedy olbrzymie rozmiary. Potężny lopolit Bushveldu w południowej Afryce rozciąga się wzdłuż i wszerz na 400 i 200 km zajmując powierzchnie ponad 60000km2 . Bez porównania mniejszy jest lopolit Sudbury w stanie Ontario w Kanadzie, ważny jednak z tego względu że znajdują się w nim największe w świecie złoża rud niklu. Wielkie intruzje, zwłaszcza batolity, bywają nazywane plutonami, a wszelkie procesy geologiczne związane z wędrówką ognistej magmy w skorupie ziemskiej, zanim dotrze do powierzchni nosi nazwę plutonizmu, w przeciwstawieniu do właściwego wulkanizmu przejawiającego się na powierzchni naszego globu. Rola plutonimu w skorupie ziemskiej jest ogromna, skały magmowe stanowią poważną część litosfery. Procesy plutoniczne, a także i wulkanizm powodują wędrówkę rozmaitych potrzebnych pierwiastków z wnętrza ziemi ku jej powierzchni. Podczas wędrówek magmy wydzielają się z niej gorące gazy, pary oraz roztwory wodne zawierając rozpuszczone składniki litosfery, często związki różnych metali, cennych dla człowieka kruszców. Wszystkie te zjawiska zachodzą w głębi ziemi, pod grubą pokrywa pokrywą innych skał, w które wdarł się batolit lub wtargnął lopolit, ale procesy niszczą od milionów lat skorupę ziemską usuwają z czasem tę powłokę i intruzja ukazuje się na powierzchni wraz z towarzyszącymi jej złożami surowców mineralnych. Intruzje przynoszą jeszcze jeden pożytek człowiekowi, są źródłem najlepszych materiałów budowlanych i drogowy. Znakomite granity, piękne kolorowe sienity, poważne czarne gabra lub też barwne porfity, eksploatowane przez człowieka od czasów staroegipskich- wszystkie te skały zawdzięczamy infuzjom magmowym.