Kaldery to rozległe, zwykle koliste lub owalne zagłębienia wulkaniczne powstające przede wszystkim wskutek zapadania się skał ponad opróżnianym lub częściowo opróżnionym zbiornikiem magmowym. Mogą mieć od około kilometra do kilkudziesięciu kilometrów średnicy i należą do najbardziej imponujących struktur tworzonych przez procesy wulkaniczne.
Nazwa „kaldera” pochodzi od hiszpańskiego caldera, oznaczającego kocioł. I rzeczywiście – oglądane z góry kaldery często przypominają olbrzymie misy otoczone stromymi ścianami.
Kaldera nie jest jednak po prostu bardzo dużym kraterem. Krater wulkaniczny powstaje przede wszystkim wokół miejsca wydobywania się materiału podczas erupcji i zazwyczaj ma znacznie mniejsze rozmiary. Kaldera jest natomiast strukturą zapadliskową, obejmującą często znaczną część wcześniejszej budowli wulkanicznej.
Jak powstaje kaldera?
Klasyczny mechanizm powstawania kaldery jest związany z przemieszczaniem się dużej ilości magmy z płytkiego zbiornika magmowego.
Podczas potężnej erupcji magma może być gwałtownie wyrzucana na powierzchnię w postaci materiałów piroklastycznych albo przemieszczać się z podziemnego zbiornika w inne miejsce, np. zasilając potoki lawy lub intruzje. W rezultacie ciśnienie podtrzymujące znajdujące się wyżej skały spada. Jeżeli strop zbiornika nie jest już w stanie utrzymać ciężaru nadległych skał, zostaje poprzecinany uskokami, a ogromne bloki skorupy zaczynają się obniżać. Powstaje rozległe zagłębienie – kaldera zapadliskowa.
Nie oznacza to jednak, że przed zapadnięciem musi zostać opróżniona cała komora magmowa. Badania kaldery Kīlauea powstałej podczas erupcji w 2018 roku wykazały, że proces zapadania rozpoczął się po wycofaniu z płytkiego zbiornika zaledwie części znajdującej się w nim magmy.
Tworzenie kaldery może przebiegać etapami. Kolejne fragmenty podłoża zapadają się wzdłuż systemu uskoków pierścieniowych, a procesowi mogą towarzyszyć trzęsienia ziemi i kolejne epizody erupcyjne.
Nie każda kaldera oznacza „superwulkan”
Kaldery często kojarzone są z gigantycznymi erupcjami eksplozywnymi i tzw. superwulkanami. To skojarzenie jest jednak mylące. Rzeczywiście, największe kaldery na Ziemi powstały podczas wyjątkowo potężnych erupcji, podczas których wyrzucane były setki lub tysiące kilometrów sześciennych materiału. Przykładami są Yellowstone w Stanach Zjednoczonych, Toba na Sumatrze czy Taupō w Nowej Zelandii. Kaldery mogą jednak powstawać również podczas znacznie mniejszych erupcji, a nawet w systemach wulkanicznych zdominowanych przez magmę bazaltową.
Spektakularnym współczesnym przykładem jest Kīlauea na Hawajach. Podczas erupcji w 2018 roku magma odpływała z rejonu szczytowego w kierunku dolnej części wschodniej strefy ryftowej. Spadek ciśnienia w płytkim systemie magmowym spowodował serię zapadnięć dna kaldery. Powstałe w ten sposób zagłębienie miało objętość około 0,8 km³.
Kaldery występują więc zarówno na stratowulkanach, jak i na rozległych wulkanach tarczowych oraz w innych systemach wulkanicznych. Nie są również wyłącznie formami charakterystycznymi dla „późnego stadium” życia wulkanu. Po utworzeniu kaldery aktywność magmowa może trwać jeszcze przez dziesiątki, setki tysięcy, a nawet miliony lat.
Krakatau – narodziny kaldery na oczach ludzi
Jednym z najsłynniejszych historycznych przykładów powstania kaldery jest katastrofalna erupcja Krakatau w Indonezji w 1883 roku. Przed erupcją Krakatau było wyspą utworzoną przez kilka połączonych ze sobą stożków wulkanicznych. W sierpniu 1883 roku doszło do serii niezwykle silnych eksplozji. Podczas kulminacyjnej fazy erupcji znaczna część budowli wulkanicznej uległa zniszczeniu i zapadnięciu.
Kaldera powstała wskutek kolapsu podczas katastrofalnej erupcji, która zniszczyła stożki Danan i Perbuwatan i pozostawiła jedynie fragment Rakaty.
Zapadanie się wulkanu i gwałtowne przemieszczanie ogromnych mas materiału było związane z powstaniem katastrofalnych tsunami. W wyniku erupcji i przede wszystkim wywołanych przez nią fal zginęło ponad 36 tys. ludzi na wybrzeżach Jawy i Sumatry.
Co ciekawe, nie była to pierwsza kaldera Krakatau. Współczesna budowla rozwinęła się wewnątrz znacznie starszej kaldery o średnicy około 7 km, powstałej prawdopodobnie w pierwszym tysiącleciu naszej ery.
Wulkan odradza się wewnątrz kaldery
Powstanie kaldery nie oznacza też końca aktywności wulkanicznej. Jeżeli do systemu ponownie napływa magma, na jej dnie mogą powstawać nowe kratery, kopuły lawowe i stożki wulkaniczne.
Po katastrofie Krakatau z 1883 roku przez kilkadziesiąt lat nad powierzchnią morza nie było w centrum kaldery czynnego stożka. Pod koniec 1927 roku rozpoczęły się jednak nowe erupcje. Stopniowo z morza wyłonił się nowy wulkan nazwany Anak Krakatau – „Dziecko Krakatau”. Od tego czasu wielokrotnie wybuchał.
Podobne zjawisko obserwujemy w wielu innych kalderach. Na ich dnie mogą rozwijać się stożki potomne, kopuły lawowe, a niekiedy całe zespoły młodszych wulkanów.
Gdy dno kaldery znowu się podnosi
Kaldera po zapadnięciu nie zawsze pozostaje nieruchomym zagłębieniem. Jeżeli po wielkiej erupcji do płytkich części systemu ponownie napływa magma, może ona powodować unoszenie centralnej części dna. Powstaje wówczas tzw. kopuła resurgentna (resurgent dome).
Takie struktury występują m.in. w dużych, długowiecznych systemach kalderowych. Ich obecność pokazuje, że pod kalderą system magmowy może pozostawać aktywny długo po erupcji, która doprowadziła do jej powstania.
W zagłębieniu kalderowym często gromadzi się również woda. W ten sposób powstają spektakularne jeziora kalderowe. Przykładami są Crater Lake w Stanach Zjednoczonych czy jezioro Toba na Sumatrze.
Czym jest somma?
Z kalderami związany jest charakterystyczny typ złożonej budowli wulkanicznej określany jako wulkan typu somma. Nazwa pochodzi od Monte Somma, będącej pozostałością starszego wulkanu, wewnątrz którego rozwinął się młodszy stożek Wezuwiusza.
W budowli typu somma młodszy stożek wulkaniczny wyrasta wewnątrz starszej struktury, której fragmenty tworzą otaczający go łuk lub pierścień. Wezuwiusz–Monte Somma jest klasycznym przykładem takiego układu.
Nie należy natomiast automatycznie określać mianem sommy każdego wulkanu, który po częściowym zniszczeniu starszego stożka wytworzył nową kopułę lub krater. Dlatego Mount St. Helens nie jest równie dobrym, klasycznym przykładem sommy jak Wezuwiusz. W 1980 roku jego północna część została zniszczona przez gigantyczne osuwisko i eksplozję boczną, pozostawiając rozległy, otwarty ku północy krater, w którym później rozwijały się kopuły lawowe.
Kaldera może być większa niż cały widoczny wulkan
Największe kaldery są tak rozległe, że stojąc wewnątrz nich, trudno dostrzec, że znajdujemy się w strukturze wulkanicznej. Nie przypominają klasycznego stożka z kraterem na szczycie, a mogą obejmować góry, doliny, jeziora i całe systemy hydrotermalne.
Przykładem jest Yellowstone, którego współczesny krajobraz jest rezultatem wielu milionów lat aktywności magmowej i kilku wielkich erupcji kalderotwórczych. Podobnie gigantyczna kaldera Toba jest dziś w znacznej części zajęta przez jezioro o długości około 100 km.
