Aktywności wulkanicznej bardzo często towarzyszą trzęsienia ziemi. Zdecydowana większość z nich jest niewielk, ale dla wulkanologów stanowią niezwykle cenne źródło informacji o tym, co dzieje się pod powierzchnią wulkanu.
Dlaczego wulkan zaczyna się trząść?
Jedną z najważniejszych przyczyn jest przemieszczanie się magmy i gazów wulkanicznych. Rosnące ciśnienie i intruzje magmy zmieniają naprężenia w otaczających skałach. Kiedy skały pękają lub przesuwają się wzdłuż istniejących szczelin, powstają fale sejsmiczne.
Drgania mogą być związane również z ruchem płynów i gazów w systemie wulkanicznym, eksplozjami, zapadaniem się fragmentów wulkanu czy przemieszczaniem ogromnych mas skalnych. Sygnały sejsmiczne mogą generować także procesy zachodzące na powierzchni – lawiny gruzowe, spływy piroklastyczne i lahary.
Nie wszystkie wulkaniczne trzęsienia ziemi są takie same
Sejsmolodzy rozróżniają kilka charakterystycznych rodzajów sygnałów.
Trzęsienia wulkanotektoniczne (VT) powstają wskutek kruchego pękania skał pod wpływem zmieniających się naprężeń. Mogą pojawiać się m.in. wtedy, gdy magma przeciska się przez skorupę i tworzy nowe szczeliny.
Trzęsienia długookresowe (LP) mają inny charakter i są związane przede wszystkim z zachowaniem płynów – magmy, gazów i roztworów hydrotermalnych – w szczelinach i kanałach systemu wulkanicznego.
Jeszcze innym zjawiskiem jest tremor wulkaniczny – drganie trwające znacznie dłużej niż pojedyncze trzęsienie ziemi. Może być związane m.in. z długotrwałym przepływem magmy i gazów, rezonansem w szczelinach albo nakładaniem się bardzo wielu niewielkich zdarzeń sejsmicznych.
Trzęsienia wywołane wznoszeniem się magmy w kanale poprzedzają erupcję o kilka godzin, dni lub nawet miesięcy, a także występują w jej pierwszych fazach. Trzęsienia te są zatem wskaźnikiem zbliżającej się erupcji i na ich podstawie przewidziano m.in. erupcję wulkanów St. Helens w 1980 r. i Pinatubo w 1991 r.
Jak głęboko znajdują się ich ogniska?
Większość trzęsień związanych bezpośrednio z aktywnością wulkaniczną jest płytka – ich ogniska często znajdują się na głębokości mniejszej niż 10 km. Zdarzenia sejsmiczne mogą jednak występować również znacznie głębiej. Szczególnie interesujące są tzw. głębokie trzęsienia długookresowe (DLP), które mogą wskazywać na procesy zachodzące w głębszych częściach systemu magmowego.
Epicentra trzęsień związanych bezpośrednio z aktywnością wulkanu zazwyczaj koncentrują się w jego sąsiedztwie, a zmiany ich położenia i głębokości mogą dostarczać informacji o przemieszczaniu się magmy.
Czy trzęsienia ziemi zapowiadają erupcję?
Często tak – ale nie każde nasilenie aktywności sejsmicznej oznacza, że wulkan wkrótce wybuchnie.
Wiele erupcji poprzedzają roje trzęsień ziemi. W miarę przemieszczania się magmy może zmieniać się liczba, położenie, głębokość i charakter zdarzeń sejsmicznych. Większość rojów sejsmicznych pod wulkanami nie kończy się jednak erupcją, choć większość erupcji jest poprzedzana wzrostem aktywności sejsmicznej.
Dlatego współczesne prognozowanie aktywności wulkanicznej nie opiera się wyłącznie na sejsmometrach. Dane sejsmiczne zestawia się z pomiarami deformacji powierzchni za pomocą GNSS i InSAR, emisji gazów, temperatury oraz zmian zachodzących w systemach hydrotermalnych. Dopiero połączenie wielu rodzajów obserwacji pozwala lepiej ocenić, czy magma rzeczywiście zbliża się do powierzchni.
Mount St. Helens – wulkan, który zaczął ostrzegać
Dobrym przykładem jest Mount St. Helens w 1980 roku. Pierwszym wyraźnym sygnałem przebudzenia wulkanu była seria niewielkich trzęsień ziemi rozpoczęta 16 marca. Jedenaście dni później, po setkach kolejnych wstrząsów, nastąpiła pierwsza erupcja parowa. Jednocześnie północne zbocze wulkanu zaczęło się gwałtownie wybrzuszać wskutek intruzji magmy.
18 maja 1980 roku trzęsienie o magnitudzie około 5 uruchomiło gigantyczną lawinę gruzową. Usunięcie części zbocza gwałtownie zmniejszyło ciśnienie działające na system magmowy, co doprowadziło do katastrofalnej erupcji bocznej, a następnie erupcji plinijskiej.
W kolejnych latach monitoring stał się jeszcze skuteczniejszy. Trzynaście erupcji Mount St. Helens pomiędzy czerwcem 1980 a grudniem 1982 udało się przewidzieć z wyprzedzeniem od kilkudziesięciu minut do nawet kilku tygodni dzięki połączeniu obserwacji sejsmicznych, deformacji wulkanu i emisji gazów.
Ogromne znaczenie miało monitorowanie sejsmiczne również podczas kryzysu Pinatubo w 1991 roku. Analiza różnych typów trzęsień i tremoru, w połączeniu z innymi metodami obserwacji, pozwalała śledzić zmiany zachodzące w systemie magmowym i oceniać rosnące zagrożenie erupcją.
Sejsmometr jako „stetoskop” wulkanu
Sieci współczesnych sejsmometrów potrafią rejestrować drgania, których człowiek w ogóle nie odczuwa. Wulkanolodzy obserwują nie tylko liczbę trzęsień, lecz także ich głębokość, położenie, częstotliwość oraz sposób, w jaki zmieniają się w czasie. Dzięki temu można śledzić migrację aktywności sejsmicznej i próbować odtworzyć procesy zachodzące we wnętrzu wulkanu.
W pewnym sensie wulkan zaczyna więc „mówić”, zanim wybuchnie.
