Erupcje wulkaniczne można klasyfikować na kilka sposobów – między innymi ze względu na środowisko, w którym zachodzą, rodzaj otworu, przez który magma wydostaje się na powierzchnię, mechanizm napędzający erupcję oraz dominujące produkty. Podziały te częściowo się nakładają: ta sama erupcja może być jednocześnie np. subaeralna, szczelinowa, magmowa i efuzywna.
Nie istnieje więc jedna, uniwersalna klasyfikacja obejmująca wszystkie przejawy aktywności wulkanicznej. Co więcej, charakter pojedynczej erupcji może zmieniać się w czasie – faza eksplozywna może przejść w efuzywną lub odwrotnie.
Gdzie dochodzi do erupcji?
Ze względu na środowisko, w którym magma dociera do powierzchni, można wyróżnić erupcje:
- subaeralne – zachodzące na powierzchni lądów i wysp, bezpośrednio w kontakcie z atmosferą,
- podmorskie – zachodzące na dnie mórz i oceanów,
- podlodowcowe – zachodzące pod lodowcami lub lądolodami.
Pod względem objętości produkowanej magmy ogromna część ziemskiego wulkanizmu zachodzi pod wodą, przede wszystkim wzdłuż globalnego systemu grzbietów śródoceanicznych, gdzie powstaje nowa skorupa oceaniczna. Szacuje się, że około 75% ziemskiego wulkanizmu zachodzi w środowisku podmorskim.
Większość takich erupcji pozostaje niewidoczna z powierzchni oceanu. Wysokie ciśnienie hydrostatyczne na dużych głębokościach utrudnia gwałtowne rozprężanie gazów, dlatego częste są tam spokojniejsze wylewy law bazaltowych. Charakterystycznym ich produktem są lawy poduszkowe, powstające wskutek szybkiego chłodzenia lawy w kontakcie z wodą.
Jeżeli natomiast erupcja podmorska zachodzi na niewielkiej głębokości, kontakt magmy z wodą może prowadzić do silnych eksplozji. Nagromadzenie materiału wulkanicznego może z czasem doprowadzić do wynurzenia nowej wyspy. Część takich wysp szybko niszczą fale, inne – jeśli wulkanizm dostarczy odpowiednio dużo materiału – mogą przetrwać i dalej się rozrastać. Przykłady krótkotrwałych wysp powstających podczas erupcji znamy m.in. z rejonu Islandii.
Szczelina czy krater?
Innym kryterium klasyfikacji jest geometria miejsca, z którego wydobywa się magma. Tradycyjnie wyróżnia się przede wszystkim erupcje centralne i szczelinowe.
Podczas erupcji centralnej materiał wulkaniczny wydobywa się z jednego głównego otworu lub zespołu blisko położonych otworów, zwykle związanego z przewodem wulkanicznym. Powtarzające się erupcje mogą w ten sposób budować stożki wulkaniczne, stratowulkany, wulkany tarczowe czy kopuły lawowe.
Erupcje centralne spotykamy zarówno w strefach subdukcji, jak i w wulkanizmie wewnątrzpłytowym czy w obrębie systemów ryftowych.
Podczas erupcji szczelinowej magma wydobywa się natomiast z podłużnej szczeliny lub systemu szczelin. Aktywność może początkowo występować wzdłuż znacznego odcinka szczeliny, a następnie koncentrować się w kilku lub nawet jednym otworze. Tak dzieje się m.in. podczas niektórych erupcji hawajskich.
Erupcje szczelinowe są powszechne w strefach rozbieżnych płyt litosfery, w tym na grzbietach śródoceanicznych i w ryftach kontynentalnych, ale występują również na zboczach dużych wulkanów tarczowych.
Gdy bazalt zalewa ogromne obszary
W przeszłości geologicznej erupcje szczelinowe osiągały niekiedy skalę trudną do porównania ze współczesnymi erupcjami. W stosunkowo krótkich – w sensie geologicznym – okresach na powierzchnię wydostawały się ogromne ilości bazaltowej lawy, tworząc rozległe pokrywy nazywane bazaltami powodziowymi.
Pozostałością takich epizodów są między innymi trapy syberyjskie, powstałe około 252 mln lat temu, trapy Dekanu w Indiach, których główna faza aktywności przypadła około 66 mln lat temu, oraz jurajska prowincja magmowa Karoo w południowej Afryce.
Potoki nakładały się na siebie, tworząc pokrywy o ogromnej powierzchni i miejscami wielokilometrowej miąższości. Tak wielkie epizody magmatyczne określa się obecnie w szerszym ujęciu jako wielkie prowincje magmowe – LIP (Large Igneous Provinces).
Co napędza erupcję?
Ze względu na mechanizm fragmentacji magmy szczególnie istotne jest rozróżnienie erupcji magmowych, freatomagmowych oraz freatycznych.
W przypadku erupcji magmowych zasadniczą rolę odgrywają gazy rozpuszczone w magmie. Gdy magma przemieszcza się ku powierzchni, spada ciśnienie i składniki lotne – przede wszystkim para wodna, dwutlenek węgla i związki siarki – zaczynają wydzielać się w postaci pęcherzyków.
Proces można porównać do otwierania butelki napoju gazowanego. Spadek ciśnienia powoduje wydzielanie się rozpuszczonego wcześniej gazu. W magmie proces ten może być oczywiście znacznie bardziej gwałtowny.
Erupcje magmowe nie są przy tym ograniczone do lądów – mogą zachodzić również pod wodą.
Erupcje efuzywne – gdy dominuje lawa
Podczas erupcji efuzywnych, czyli wylewnych, magma dociera na powierzchnię przede wszystkim w postaci lawy.
Sprzyja temu niewielka lepkość magmy i możliwość stosunkowo łatwego uwalniania zawartych w niej gazów. Typowym przykładem są erupcje bazaltowe, podczas których powstają rozległe potoki lawowe.
Nie oznacza to jednak, że erupcja efuzywna musi być całkowicie spokojna. Nawet podczas typowych erupcji hawajskich mogą występować wysokie fontanny lawowe. Rekordowa fontanna podczas erupcji Kīlauea Iki w 1959 roku osiągnęła około 580 m wysokości.
W przypadku bardzo lepkiej magmy może natomiast dochodzić do jej powolnego wyciskania na powierzchnię i tworzenia kopuł lawowych. Proces ten określa się często jako ekstruzję.
Erupcje eksplozywne – gdy magma ulega fragmentacji
Podczas erupcji eksplozywnych rozprężające się gazy mogą doprowadzić do fragmentacji magmy. Powstają wówczas materiały piroklastyczne – od bardzo drobnego popiołu po lapille, bomby i bloki wulkaniczne.
Gorąca mieszanina gazu i cząstek może zostać wyrzucona ponad krater i utworzyć kolumnę erupcyjną. Podczas największych erupcji pliniańskich może ona osiągać wysokość kilkudziesięciu kilometrów. Jeżeli kolumna utraci zdolność dalszego wznoszenia się i ulegnie częściowemu lub całkowitemu kolapsowi, mogą powstać niezwykle niebezpieczne prądy gęstościowe piroklastyczne, przemieszczające się szybko po powierzchni terenu.
Granica między erupcją efuzywną i eksplozywną nie zawsze jest ostra. Jeden wulkan może podczas pojedynczego okresu aktywności przechodzić przez różne style erupcji.
Erupcje mieszane
Erupcje efuzywno-eksplozywne, nazywane również mieszanymi, obejmują zarówno fazy wybuchowe, jak i wylewy lawy.
Częstym scenariuszem jest przejście od bardziej eksplozywnej fazy początkowej do spokojniejszego wypływu lawy, kiedy część gazów została już uwolniona z magmy. Nie jest to jednak uniwersalna kolejność – charakter erupcji może zmieniać się wielokrotnie.
Gdy magma spotyka wodę
Odmienny mechanizm występuje podczas erupcji freatomagmowych. Dochodzi do nich wtedy, gdy magma lub bardzo gorąca lawa gwałtownie oddziałuje z zewnętrzną wodą – np. gruntową, jeziorną, morską albo pochodzącą z topniejącego lodu. USGS definiuje erupcję freatomagmową jako erupcję obejmującą zarówno magmę, jak i wodę, których interakcja prowadzi zazwyczaj do eksplozji oraz wyrzucania pary i materiału piroklastycznego.
Fot. Howell Williams/NOAA, Wikimedia Commons, domena publiczna
Woda ogrzewana przez magmę może gwałtownie przechodzić w parę i zwiększać swoją objętość, powodując intensywną fragmentację zarówno magmy, jak i otaczających skał.
Produktem takich erupcji jest często bardzo drobnoziarnisty materiał piroklastyczny. W warunkach lądowych mogą w ten sposób powstawać m.in. maary i pierścienie tufowe.
Do interakcji magmy z wodą dochodzi również podczas erupcji podmorskich i podlodowcowych. Nie każda taka erupcja jest jednak silnie eksplozywna. Na dużych głębokościach wysokie ciśnienie hydrostatyczne ogranicza rozprężanie gazów, dlatego magma może wypływać stosunkowo spokojnie i tworzyć lawy poduszkowe.
Freatomagmowa czy freatyczna?
Te dwa pojęcia łatwo pomylić, ale oznaczają coś innego. Podczas erupcji freatomagmowej w eksplozji uczestniczy świeża magma. Natomiast erupcja freatyczna, nazywana również eksplozją parową, zachodzi wtedy, gdy woda zostaje gwałtownie ogrzana przez magmę lub gorące skały, ale świeża magma nie jest wyrzucana na powierzchnię. Eksplozja rozdrabnia i wyrzuca przede wszystkim starsze skały znajdujące się nad źródłem ciepła.
Jedna erupcja może należeć do kilku kategorii
Klasyfikacje erupcji nie są konkurencyjnymi systemami, lecz opisują różne ich cechy. Erupcja może być jednocześnie podmorska i szczelinowa, a pod względem przebiegu efuzywna. Inna może być subaeralna, centralna i silnie eksplozywna, a jeszcze inna – podlodowcowa i freatomagmowa.
Do tego dochodzą nazwy określające charakterystyczne style erupcyjne, takie jak hawajski, strombolijski, wulkaniański czy pliniański. Nie są one jednak prostymi odpowiednikami opisanych wyżej kategorii. Jeden wulkan może podczas swojej historii, a czasem nawet podczas jednego okresu aktywności, przechodzić od jednego stylu erupcji do drugiego.
Wulkanizm jest więc zjawiskiem znacznie bardziej złożonym, niż sugerowałby pojedynczy podział na erupcje „spokojne” i „wybuchowe”. O przebiegu erupcji decyduje jednocześnie skład i lepkość magmy, zawartość gazów, tempo jej wznoszenia, geometria systemu wulkanicznego, ciśnienie otoczenia oraz obecność zewnętrznej wody.
