Superwulkany: globalne zagrożenie egzystencjalne

                                                    

Superwulkany i supererupcje

Termin „superwulkan” odnosi się do wulkanu, który miał w przeszłości tzw. supererupcje, czyli erupcje eksplozywne o sile 8 w skali VEI, które można określić jako mega-kolosalne. Skala VEI, tzw. Wulkaniczny Indeks Eksplozywności została opracowana w 1982 roku przez dwójkę geologów z USGS i University of Hawaii, Chrisa Newhalla i Stephena Selfa, ma charakter logarytmiczny, otwarty i obrazuje eksplozywność wybuchu danego wulkanu (od 0 – erupcja łagodna, nieeksplozywna do 8 – mega-kolosalna). Supererupcje o sile 8 w skali VEI charakteryzują się wyrzuceniem 1000 km sześciennych materiału wulkanicznego (tefry, na którą składają się m.in. popiół i bomby wulkaniczne ) i kolumną erupcyjną o wysokości ponad 20 km, która sięgnie stratosfery. 

Supererupcje o sile 8 w skali VEI emitują tyle magmy, że zazwyczaj prowadzą do całkowitego bądź częściowego opróżnienia komory magmowej, zapadnięcia się wulkanu i uformowania ogromnej depresji zwanej kalderą.

Rozmieszczenie geograficzne superwulkanów

Do najsłynniejszych superwulkanów, czyli wulkanów zdolnych do mega-kolosalnych erupcji piroklastycznych należą: kaldery Yellowstone, Long Valley i La Garita (USA), Toba (Indonezja) oraz Taupo (Nowa Zelandia). Superwulkany znajdują się także w Ameryce Południowej (np. kaldera La Pacana w Chile czy kaldera Cerro Guacha w Boliwii) oraz w Japonii (kaldera Aira na wyspie Kiusiu obejmująca czynne stratowulkany Sakurajima oraz Shinmoedake).

Popularność oraz kontrowersje wokół terminu superwulkan

Termin ‘superwulkan’ stał się popularny dzięki telewizyjnej produkcji katastroficznej z 2005 roku „Superwulkan – scenariusz  katastrofy” traktującej o hipotetycznej supererupcji kaldery Yellowstone. Wcześniej nie był raczej używany w pracach naukowych. Dla niektórych badaczy np. dla geofizyka Mike Polanda z Obserwatorium Wulkanologicznego Yellowstone jest on kontrowersyjny, nieostry i zbyt sensacyjny. Naukowiec preferuje używać bardziej rozbudowanych terminów: „wulkany zdolne do supererupcji” czy „systemów kalder”. Faktem jest, że włoska kaldera Campi Flegrei (Pola Flegrejskie) znajdująca się w okolicach Neapolu nie miała erupcji o sile 8 w skali VEI, jednak często uchodzi za superwulkan. Podobnie jezioro kraterowe Laacher See w Niemczech (Nadrenia-Palatynat) wchodzące w skład obszaru wulkanicznego East Eifel, które zasłynęło jedną potężną erupcją eksplozywną około 13 000 lat temu o sile 6 w skali VEI (siła pamiętnej erupcji filipińskiego wulkanu Pinatubo w 1991 roku).

Przykłady superwulkanów i supererupcji

Yellowstone

Znajdujący się w granicach trzech stanów Wyoming, Montana i Idaho  superwulkan Yellowstone to największy system wulkaniczny w Ameryce Północnej. Powstał w trakcie trzech cykli wulkanicznej aktywności mających miejsce w ciągu dwóch milionów lat. Do ostatniej, niewielkiej erupcji lawowej w obrębie kaldery Yellowstone doszło 77 000 lat temu w Pitchstone Plateau.

Yellowstone targnęły trzy supererupcje, dlatego też uchodzi  za najgroźniejszy superwulkan na świecie. Do pierwszej z nich, Huckelberry Tuff Ridge doszło 2.1 miliona lat temu. Wyemitowała ona 2450 km sześciennych materiału wulkanicznego i uformowała kalderę o szerokości około 75 km oraz grube depozyty wulkaniczne. Kolejna mniejsza supererupcja Yellowstone miała miejsce 1.3 miliona lat temu i nazwana  została Mesa Tuff Falls. Kulminacją supererupcji Yellowstone była erupcja Lava Creek Tuff około 640 000 lat temu, która uformowała obecną kalderę o wymiarach 45 x 75 km. Lawa pokryła wówczas obszar o powierzchni  4.4 tysiąca km kwadratowych, a opad popiołu miał miejsce m.in. w stanach Iowa, Luizjana i Kalifornia.

Park Narodowy Yellowstone jest obszarem aktywnym sejsmicznie oraz charakteryzującym się osiadaniem i opadaniem gruntu oraz aktywnością geotermalną. W jego obrębie znajduje się największa koncentracja gejzerów na świecie, w tym najsłynniejszy gejzer Old Faithful (Stary Wiarus).

Geofizycy i sejsmolodzy odkryli pod Yellowstone nie jedną, ale dwie komory magmowe. Mniejsza z nich, płytka znajduje się około 10 kilometrów pod powierzchnią i obejmuje 10 000 km sześciennych magmy. Głębsza i około 4.5 razy większa od płytszej znajduje się na głębokości pomiędzy 20-50 km. W przypadku opróżnienia płytszej komory magmowej w wyniku erupcji głębsza komora magmowa może uzupełniać płytszą roztopionym materiałem.

Taupo

Nowozelandzki wulkan Taupo zasłynął supererupcją około 26 500 lat temu. To potężny wulkan, który znajduje się pod powierzchnią północnej części jeziora Taupo. Wspomniana erupcja zwana Oruanui wyprodukowała 300 km sześciennych ignimbrytu (tufu spieczonego), 500 km sześciennych pumeksu oraz nieznaną objętość materiału wulkanicznego wewnątrz uformowanej kaldery o szerokości 35 km. Do ostatniej, gwałtownej erupcji eksplozywnej Taupo doszło około 1800 lat temu. Objęła ona silny opad popiołu i pumeksu w różnych miejscach Wyspy Północnej Nowej Zelandii oraz wygenerowała olbrzymi i energiczny spływ piroklastyczny. Przyszła, nawet niewielka erupcja Taupo może okazać się lokalnie bardzo destrukcyjna.

Toba

80 kilometrów na południe od miasta Medan (Sumatra Północna) znajduje się kaldera Toba o wymiarach 85 x 30 km. Jest to największa kaldera na Ziemi uformowana w ciągu ostatnich 1.8 miliona lat.

Superwulkan Toba zasłynął kolosalną supererupcją około 74 000 lat temu, w wyniku której wyemitował 2800 km sześciennych magmy. Dla porównania słynna erupcja indonezyjskiego wulkanu Krakatau w sierpniu 1883 roku wyprodukowała zaledwie 12 km sześciennych materiału wulkanicznego i spowodowała wulkaniczne tsunami, które dotarło do wybrzeży Jawy i Sumatry zabijając ponad 36 000 ludzi.

Supererupcja Toba prawdopodobnie trwała przez dwa tygodnie, a wygenerowane przez nią spływy piroklastyczne (mobilne obłoki gorącego gazu, popiołu i fragmentów skalnych) pogrzebały obszar o powierzchni 20 000 km kwadratowych wokół kaldery. Na wyspie Samosir grubość warstwy popiołu sięgnęła 600 metrów, z kolei w Indiach dochodziła do 6 metrów. Stratosferyczna kolumna erupcyjna sięgała wysokości ponad 30 km. Powstała rozległa kaldera, którą z czasem wypełniła woda – w taki oto sposób powstało dzisiejsze jezioro Toba. Musiało dojść do kompletnej anihilacji flory i fauny w okolicach Toba, w tym do unicestwienia ludzkich populacji. Wskutek ogromnej emisji dwutlenku  siarki  (SO2)  do  stratosfery nastąpił globalny i kilkuletni spadek temperatury powierzchniowej o 3-5 stopni Celsjusza, który mógł  zaowocować zjawiskiem natychmiastowej, acz przejściowej, trwającej przez okres 5-10 lat, tzw. wulkanicznej zimy i nieomal całkowitą zagładą ówczesnej populacji ludzkiej albo przynajmniej jej drastycznym zredukowaniem. Nie ma co do tego żadnych wątpliwości, że erupcja wulkaniczna o takiej magnitudzie wpłynie na pogodę i klimat.

Erupcja superwulkaniczna Toba była największą erupcją wulkaniczną co najmniej od 100 000 lat. Jej ślady w postaci warstw popiołu naukowcy odkryli m.in. w Morzu Południowochińskim, Oceanie Indyjskim, Morzu Arabskim oraz w afrykańskim jeziorze Malawi oddalonym od miejsca erupcji o ponad 3600 km.

Wulkaniczna zima

Przyszła supererupcja formująca kalderę o sile zbliżonej bądź nawet przewyższającej wybuch Toba około 74 000 lat temu byłaby w stanie okresowo i drastycznie schłodzić klimat, a co za tym idzie doprowadzić do częściowego bądź całkowitego wymierania roślin, zwierząt i ludzi. Żyjące w trakcie supererupcji Toby populacje łowców-zbieraczy musiały zaadaptować się do ekstremalnych warunków wulkanicznej zimy tj. zdającego się nie kończyć zimna i mrozu. Prawdopodobnie ludzkość jeszcze nigdy nie stanęła na skraju kompletnego wyginięcia jak w trakcie supererupcji Toba na indonezyjskiej Sumatrze. Przetrwali ten globalny kataklizm jedynie nieliczni, według teorii  geologa Michaela Rampino, antropologa Stanleya Ambrose oraz dziennikarki naukowej Ann Gibbons była to populacja licząca tylko 4000 osobników, potrafiąca ze sobą w okresie kryzysu egzystencjalnego współpracować, a nie się zwalczać. Na pewno na Ziemi zachowały się miejsca, w których łatwiej można było przetrwać globalny kataklizm Toba.

Przyszła erupcja superwulkanu

Przyszłą erupcję określonego superwulkanu (jako przykład niechaj posłuży Yellowstone) zapoczątkują intensywne trzęsienia ziemi mające miejsce przynajmniej na kilka tygodni przed wybuchem. Potem dojdzie do ogromnej emisji lawy oraz powstania ogromnych spływów piroklastycznych i wygenerowania stratosferycznej kolumny popiołu,  który  zacznie opadać na stany Wyoming, Utah i Kolorado. Na wiele dni zapadnie ciemność, gdy rozrastająca się chmura erupcyjna przesłoni Słońce. Opad popiołu zatruje rzeki, jeziora i rezerwuary wody pitnej, zawali dachy tysięcy budynków – w zależności od intensywności opadu popiołu, który jest bardzo ciężki i żrący. W zawalonych budynkach zginą dziesiątki tysięcy ludzi.

Ogromny opad popiołu zniszczy elektrownie, linie energetyczne i telefoniczne oraz transformatory, co będzie skutkować długotrwałym brakiem prądu i blackoutami. Prawdopodobnie załamie się łańcuch dostaw żywności. Nastąpi upadek rolnictwa, pola uprawne i pastwiska zostaną skażone, jeśli supererupcja nastąpi latem czy wiosną. Gleba utraci żyzność na wiele lat. Z głodu, pragnienia i  wskutek zatruć umrą tysiące  zwierząt hodowlanych.  Transport lotniczy zostanie uziemiony, tak jak w przypadku znacznie mniejszej (skala VEI = 4) erupcji  islandzkiego wulkanu Eyjafjallajökull, która w kwietniu 2010 roku doprowadziła do anulowania 100 000 lotów. Wskutek destabilizacji  rolnictwa  rozpocznie się masowy głód i w konsekwencji ogromny krach finansowy.

Jeśli supererupcja nastąpi latem jej konsekwencją będzie globalne ochłodzenie wskutek ogromnej emisji dwutlenku siarki do atmosfery np. spadek globalnych temperatur nawet o 10 stopni C. Długotrwała  wulkaniczna zima doprowadzi  do globalnej klęski głodu. Przyszła erupcja superwulkanu jest jednym z najgorszych zagrożeń egzystencjalnych, jakie możemy sobie wyobrazić. Katastrofą wręcz niewyobrażalną, problemem, który nie jest  jeszcze boleśnie oczywisty jak np. antropogeniczne zmiany klimatyczne.

Yellowstone jest superwulkanem starannie monitorowanym przez licznych wulkanologów,  jednak są na Ziemi także inne słabiej monitorowane superwulkany. Do kolejnej supererupcji  wcale nie musi dojść na terytorium USA. Warto  pamiętać, że w  odróżnieniu od próby zmiany trajektorii lecącej w kierunku Ziemi masywnej asteroidy nie da się zapobiec supererupcji.  Można spróbować dowiercić się  do komory magmowej  superwulkanu i schłodzić ją wodą, ale to  proces ogromnie kosztowny i musiałby potrwać tysiące lat. 

Prawdopodobieństwo

Do ostatniej supererupcji (8 w skali VEI) nowozelandzkiego wulkanu Taupo doszło ponad 26 000 lat, natomiast do ostatniej erupcji wulkanu o sile 7 w skali VEI  doszło w kwietniu  1815 roku,  kiedy  wybuchł  wulkan  Tambora na  indonezyjskiej wyspie Sumbawa zabijając przynajmniej 71 000 ludzi i powodując szereg anomalii klimatycznych w roku 1816 zwanym Rokiem Bez Lata. I choć prawdopodobieństwo całkowitej bądź częściowej zagłady ludzkości z powodu wybuchu superwulkanu jest porównywalne do uderzenia ogromnej asteroidy w Ziemię, to jednak możemy mieć pewność, że taka erupcja  prędzej czy  później nastąpi. Nie jesteśmy na taką przerażającą ewentualność w ogóle przygotowani.