Erupcja wulkanu kojarzy się zwykle z fontannami lawy, chmurą popiołu i potokami rozgrzanej skały spływającymi po zboczach. Jednak nie wszystkie wulkany mają bezpośredni kontakt z atmosferą. Niektóre wybuchają pod setkami metrów lodu. W takich warunkach magma musi najpierw zmierzyć się z ogromnym ciśnieniem, lodem i wodą powstającą podczas jego topnienia. Efektem może być powstanie charakterystycznego wulkanu o stromych zboczach i niemal płaskim wierzchołku – tui.
Erupcje subglacjalne, czyli zachodzące pod lodowcem lub lądolodem, mogą przebiegać w kilku etapach. Charakter aktywności zmienia się wraz z rozwojem wulkanu, topnieniem otaczającego go lodu oraz zmianą ciśnienia wywieranego przez lód i wodę.
Najpierw lawa pod wodą
Początkowa faza erupcji odbywa się głęboko pod lodem. Gorąca magma powoduje jego intensywne topnienie, ale powstająca woda może pozostawać uwięziona pod lodowcem. Erupcja zaczyna więc przypominać aktywność wulkaniczną zachodzącą na dnie morza.
Lawa, która styka się z bardzo zimną wodą, gwałtownie się ochładza. Powstają wówczas charakterystyczne lawy poduszkowe – zaokrąglone lub wydłużone bryły zastygłej lawy przypominające ułożone jedna na drugiej poduszki. Są one jednym z najbardziej charakterystycznych produktów erupcji zachodzących pod wodą.
Nagłe chłodzenie może również powodować rozpad lawy i szkliwa wulkanicznego na drobniejsze fragmenty. W ten sposób powstaje hyaloklastyt – skała zbudowana głównie z fragmentów szkliwa wulkanicznego utworzonych podczas gwałtownego kontaktu gorącej magmy lub lawy z wodą.
Pod lodowcem powstaje jezioro
W miarę trwania erupcji ilość uwalnianego ciepła rośnie, a nad wulkanem powiększa się przestrzeń wytopiona w lodzie. Może w niej powstać jezioro wód roztopowych. Jednocześnie rosnąca budowla wulkaniczna zbliża się do powierzchni tego jeziora, przez co zmniejsza się ciśnienie działające na miejsce erupcji.
Zmienia to jej przebieg. Kontakt magmy z wodą może prowadzić do gwałtownych eksplozji pary i fragmentacji magmy. Aktywność zaczyna przypominać erupcje surtsejskie, których nazwa pochodzi od islandzkiej wyspy Surtsey, powstałej podczas erupcji w latach 1963–1967. W tej fazie tworzą się duże ilości hyaloklastytów, tufów i innych materiałów piroklastycznych. Wokół miejsca erupcji narasta stroma budowla wulkaniczna.
Jezioro podlodowcowe nie musi być jednak trwałe. Część jego wody może odparowywać pod wpływem ciepła wulkanicznego, a część odpływać szczelinami i kanałami powstającymi w lodzie.
1 – Chmura pary wodnej. 2 – Jezioro. 3 – Lód. 4 – Warstwy lawy i popiołu 5 – Warstwa 6 – Lawa poduszkowa 7 – Przewód magmowy
8 – Komora magmowa 9 – Wał
Wulkan wydostaje się ponad wodę
Jeżeli erupcja trwa wystarczająco długo, wulkan może w końcu osiągnąć poziom wody w jeziorze lub wyrosnąć ponad niego. Wtedy wpływ wody na przebieg erupcji gwałtownie maleje.
Aktywność może przybrać charakter podobny do erupcji strombolijskich albo zostać zdominowana przez spokojniejsze wylewy lawy. Lawa rozlewa się po powierzchni wcześniej powstałej budowli, tworząc poziome lub słabo nachylone pokrywy.
To właśnie ten etap odpowiada za charakterystyczny wygląd wielu tui: strome zbocza zbudowane głównie z materiałów powstałych podczas erupcji pod wodą oraz stosunkowo płaski wierzchołek przykryty potokami lawy zastygłej już ponad powierzchnią wody. Badania islandzkich tui pokazują sekwencję od law poduszkowych u podstawy, przez brekcje i hyaloklastyty, aż po pokrywę law subaeralnych na szczycie.
USGS, Public domain, via Wikimedia Commons
Nie każda erupcja podlodowcowa musi jednak przejść przez wszystkie te etapy. Jeżeli zakończy się wcześniej, zanim wulkan przebije się przez lód lub wynurzy ponad jezioro roztopowe, powstała forma będzie wyglądała inaczej. Dlatego budowle powstałe podczas wulkanizmu subglacjalnego mogą dostarczać geologom informacji o warunkach panujących podczas erupcji, a nawet o dawnej grubości pokrywy lodowej.
Skąd wzięła się nazwa „tuja”?
Nazwa nie ma związku z popularnym ogrodowym iglakiem. Pochodzi od Tuya Butte w północnej części Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie – klasycznego przykładu wulkanu powstałego podczas erupcji pod lodem.
Badania wulkanów tego regionu pokazują bardzo czytelny zapis kolejnych etapów ich rozwoju. U podstawy występują lawy poduszkowe powstałe pod grubą warstwą lodu lub wody, wyżej pojawiają się hyaloklastyty i brekcje związane z płytszym środowiskiem wodnym, natomiast najwyższe partie mogą być zbudowane z potoków lawy powstałych już ponad powierzchnią wody.
Tuje znamy jednak nie tylko z Kanady. Szczególnie dobrym miejscem do obserwowania śladów wulkanizmu subglacjalnego jest Islandia, gdzie aktywne systemy wulkaniczne współistnieją z rozległymi lodowcami. Formy związane z dawnymi erupcjami pod lodem występują również m.in. na Alasce i w innych obszarach, które w przeszłości były pokryte lodowcami.
Gdy wulkan topi lodowiec
Erupcja pod lodem może być groźna nawet wtedy, gdy na powierzchni nie widać potoków lawy. Ogromne ilości ciepła dostarczanego przez magmę powodują gwałtowne topnienie lodu. Woda może przez pewien czas gromadzić się pod lodowcem, a następnie zostać nagle uwolniona.
Powstaje wówczas jökulhlaup – gwałtowna powódź lodowcowa. Takie wezbrania mogą przenosić nie tylko wodę, ale również osady, materiał wulkaniczny i ogromne bryły lodu. Największe historyczne jökulhlaupy na Islandii osiągały przepływy rzędu 100 tys. m³/s, a więc porównywalne z przepływem Amazonki.
Spektakularnym przykładem była erupcja Gjálp pod lodowcem Vatnajökull w 1996 roku. W ciągu zaledwie kilku tygodni ciepło związane z erupcją stopiło ponad 3 km³ lodu. Następujący po niej jökulhlaup spowodował poważne zniszczenia na południu Islandii, m.in. infrastruktury drogowej.
Jeżeli woda porywa duże ilości luźnego materiału skalnego, osadów i produktów erupcji, przepływ może przybrać charakter laharu, czyli gwałtownej mieszaniny wody i materiału skalnego. Dlatego zagrożenia związane z erupcjami podlodowcowymi mogą rozciągać się daleko poza bezpośrednie otoczenie wulkanu.
Wulkany, które opowiadają o dawnych lodowcach
Tuje są interesujące nie tylko dla wulkanologów. Ich kształt i budowa stanowią zapis środowiska, w którym dochodziło do erupcji. Obecność law poduszkowych, hyaloklastytów, osadów powstałych w wodzie oraz wieńczących je potoków lawy pozwala odtworzyć kolejne etapy „przebijania się” wulkanu przez środowisko lodowcowe.
Dzięki temu dawne wulkany podlodowcowe mogą pomagać w rekonstrukcji zasięgu i grubości lodowców istniejących tysiące, a nawet setki tysięcy lat temu. Są więc jednocześnie zapisem historii wulkanizmu i zmian środowiska glacjalnego.
