Vulkanizmas ir žemės drebėjimai

Įsivaizduokite jėgą, galinčią per kelias valandas sukurti naują salą vandenyne arba akimirksniu sulyginti su žeme milijoninį miestą. Tai ne mokslinės fantastikos scenarijus, o mūsų planetos kasdienybė. Po mūsų kojomis, giliai Žemės mantijoje, slypi neįtikėtina energija. Kartais ši energija prasiveržia į paviršių – ugnikalnių išsiveržimais ir žemės drebėjimais.

Šie reiškiniai yra vieni įspūdingiausių ir kartu baisiausių gamtos spektaklių. Jie – tie patys „Žemės skulptoriai“, kurie per milijonus metų suformavo kalnynus, vandenynų dugną ir netgi pačią atmosferą, kuria kvėpuojame. Tačiau jie taip pat primena mums apie gamtos galią ir žmogaus trapumą.

Šioje pamokoje pasinersime į ugnies ir drebėjimo pasaulį. Išsiaiškinsime, kas sukelia ugnikalnių išsiveržimus ir kodėl dreba žemė. Suprasime, kodėl vieni ugnikalniai ramiai lieja lavos upes, o kiti sprogsta su neįsivaizduojama galia. Išmoksime atskirti žemės drebėjimo stiprumą nuo jo poveikio ir sužinosime, kaip gimsta cunamiai. Svarbiausia, pabandysime atsakyti į klausimą: kaip žmonija išmoko gyventi šalia šių snaudžiančių milžinų, sugebėdama ne tik apsisaugoti, bet ir panaudoti jų teikiamą naudą? Pasiruoškite kelionei į neramiausią mūsų planetos kampelį – jos pačios širdį.

Vulkanizmas – tai procesų visuma, apimanti magmos susidarymą Žemės gelmėse, jos judėjimą link paviršiaus ir išsiveržimą lavos, dujų ar kietųjų dalelių pavidalu. Ugnikalnis, arba vulkanas, yra tiesiog matoma šio proceso išraiška – kalnas ar plyšys Žemės plutoje, pro kurį veržiasi magma.

Magma prieš lavą: koks skirtumas?

Dažnai šios sąvokos maišomos, tačiau skirtumas esminis.

• Magma – tai išsilydžiusių uolienų, dujų ir kristalų masė, esanti po Žemės paviršiumi.
• Lava – tai magma, kuri pasiekė Žemės paviršių ir išsiliejo. Išsiveržimo metu iš jos pasišalina didžioji dalis ištirpusių dujų.

Kur ir kodėl veržiasi ugnikalniai?

Ugnikalnių veikla, kaip ir žemės drebėjimai, yra glaudžiai susijusi su litosferos plokščių tektonika. Dauguma (apie 95 %) aktyvių ugnikalnių koncentruojasi ties plokščių pakraščiais. Likę 5 % susiję su vadinamaisiais „karštaisiais taškais“.

Ugnikalnio forma ir jo išsiveržimo pobūdis tiesiogiai priklauso nuo magmos savybių, ypač nuo jos klampumo (tirštumo). Klampumą lemia silicio dioksido (SiO₂) kiekis ir temperatūra. Kuo daugiau silicio ir kuo žemesnė temperatūra, tuo magma klampesnė.

Trys pagrindiniai ugnikalnių tipai

Kas išsiveržia iš ugnikalnio?

Išsiveržimo metu į aplinką patenka ne tik lava. Produktai gali būti skysti, kieti ir dujiniai.

• Lava. Išsilydžiusi uoliena paviršiuje. Gali būti skysta ir greitai tekanti (bazaltinė) arba tiršta ir lėta (riolitinė).
• Piroklastinės medžiagos (tefra). Tai kietosios dalelės, kurias sprogimo metu ugnikalnis išmeta į orą. Pagal dydį skirstomos į pelenus (mažiausios), lapilius (žirnio dydžio) ir vulkanines bombas (didelės, dažnai aptakios formos).
• Vulkaninės dujos. Daugiausia vandens garai (H₂O), anglies dioksidas (CO₂), sieros dioksidas (SO₂). Sieros dioksidas reaguoja su vandeniu atmosferoje ir sukelia rūgščiuosius lietus bei gali paveikti klimatą.

Pavojingiausi reiškiniai

• Piroklastinis srautas. Pats pražūtingiausias reiškinys. Tai įkaitusių (iki 1000 °C) dujų, pelenų ir uolienų nuolaužų lavina, didžiuliu greičiu (šimtus km/h) skriejanti ugnikalnio šlaitu. Būtent toks srautas palaidojo Pompėjos miestą 79 m.
• Laharas. Vulkaninio purvo nuošliauža. Pelenai ir nuolaužos ant ugnikalnio šlaitų susimaišo su vandeniu (nuo lietaus ar tirpstančio sniego/ledo) ir virsta į betoną panašia mase, kuri dideliu greičiu teka upių slėniais, naikindama viską savo kelyje.
• Vulkaniniai pelenai. Gali pasklisti tūkstančius kilometrų. Jie pavojingi aviacijai (gali sustabdyti lėktuvų variklius), sveikatai (sukelia kvėpavimo takų ligas), gali pražudyti pasėlius ir sugriauti pastatus dėl savo svorio.

Nors ugnikalnių išsiveržimai sukelia milžinišką destrukciją, jie taip pat yra ir gyvybiškai svarbūs planetai bei žmonijai. Jų poveikis yra dvejopas.

Pavojai ir neigiamos pasekmės

Nauda ir teigiamos pusės

Staiga sudreba grindys, nuo lentynų pradeda kristi daiktai, girdisi kurtinantis griausmas. Tai – žemės drebėjimas, staigus Žemės paviršiaus virpėjimas, kurį sukelia uolienose susikaupusios energijos išsilaisvinimas. Ši energija sklinda seisminių bangų pavidalu.

Kas sukelia drebėjimą?

Dauguma žemės drebėjimų kyla dėl staigaus uolienų poslinkio ties tektoniniais lūžiais litosferos plokščių pakraščiuose. Plokštės juda, tačiau dėl trinties jų kraštai vienas į kitą įsikabina. Dėl to uolienose kaupiasi įtampa ir deformacijos energija, panašiai kaip lenkiant lazdą. Kai įtampa viršija uolienų atsparumą, jos lūžta ir pasislenka, o sukaupta energija staiga išsilaisvina seisminių bangų pavidalu. Šis procesas vadinamas elastinės atotampos teorija.

Svarbiausios sąvokos

• Hipocentras (arba židinys). Tai vieta Žemės gelmėse, kurioje prasideda uolienų lūžis ir energijos išsilaisvinimas. Jis gali būti seklus (iki 70 km), vidutinio gylio (70-300 km) ar gilus (daugiau nei 300 km). Seklūs drebėjimai yra pavojingiausi.
• Epicentras. Tai taškas Žemės paviršiuje, esantis tiesiai virš hipocentro. Epicentre drebėjimo poveikis dažniausiai būna stipriausias.
• Seisminės bangos. Tai energijos bangos, sklindančios nuo hipocentro visomis kryptimis. Jos skirstomos į tūrines ir paviršines.

Norint suprasti žemės drebėjimo poveikį, svarbu atskirti jo priežastį (energiją) nuo pasekmių (virpesių ir sugriovimų). Tam naudojamos skirtingos bangos ir matavimo skalės.

Seisminių bangų tipai

Kaip matuojame žemės drebėjimus?

Yra du pagrindiniai būdai drebėjimams matuoti: pagal išsiskyrusią energiją (magnitudę) ir pagal sukeltą poveikį (intensyvumą).

• Magnitudės skalės (pvz., Richterio, Momentinės magnitudės). Šios skalės matuoja energijos kiekį, išsiskyrusį drebėjimo hipocentre. Svarbu suprasti, kad tai logaritminės skalės. Tai reiškia, kad magnitudės padidėjimas vienu vienetu (pvz., nuo 5 iki 6) reiškia apie 32 kartus daugiau išsiskyrusios energijos ir 10 kartų didesnę seisminių bangų amplitudę. 7 balų magnitudės drebėjimas yra maždaug 1000 kartų stipresnis už 5 balų.
• Intensyvumo skalės (pvz., Modifikuota Merkalio skalė). Ši skalė matuoja drebėjimo poveikį žmonėms, pastatams ir aplinkai konkrečioje vietoje. Ji aprašomoji, naudojami romėniški skaitmenys (nuo I iki XII). Intensyvumas priklauso ne tik nuo magnitudės, bet ir nuo atstumo iki epicentro, grunto savybių, pastatų kokybės. Tas pats drebėjimas gali turėti skirtingą intensyvumą skirtingose vietose.

Žemės drebėjimai patys savaime retai pražudo žmones. Dažniausiai žūstama dėl jų sukeliamų antrinių padarinių.

Pagrindiniai pavojai

• Grunto virpėjimas. Tai pagrindinė pastatų, tiltų ir kitos infrastruktūros griūties priežastis.
• Grunto suskystėjimas (likvefakcija). Stipriai virpinant vandens prisotintą purų gruntą (pvz., smėlį), jis laikinai praranda tvirtumą ir ima elgtis kaip skystis. Pastatai ant tokio grunto gali pasvirti ar net nugrimzti.
• Nuolaužos ir nuošliaužos. Drebėjimas kalnuotose vietovėse gali sukelti didžiules uolienų ar grunto nuošliaužas.
• Gaisrai. Dėl pažeistų dujotiekių ir elektros linijų miestuose dažnai kyla masiniai gaisrai, kuriuos sunku gesinti dėl sugriautos infrastruktūros (pvz., 1906 m. San Francisko drebėjimas).
• Cunamiai. Tai milžiniškos vandenyno bangos, kurias dažniausiai sukelia galingi povandeniniai žemės drebėjimai, kai vandenyno dugnas staiga pakyla arba nusileidžia. Atvirame vandenyne cunamio bangos yra ilgos ir žemos, tačiau artėdamos prie seklumų jos lėtėja ir išauga į keliolikos ar net keliasdešimties metrų aukščio sieną.

Pasiruošimas: kodėl Japonija atlaiko, o Haitis ne?

Žemės drebėjimo padariniai priklauso ne tik nuo jo magnitudės, bet ir nuo visuomenės pažeidžiamumo ir pasirengimo lygio. Tai ypač ryšku lyginant skirtingo ekonominio išsivystymo šalis.

Šis palyginimas aiškiai parodo, kad investicijos į prevenciją, kokybiškas statybas ir visuomenės švietimą yra gyvybiškai svarbios priemonės, galinčios išgelbėti tūkstančius gyvybių. Tai ne prabanga, o būtinybė seismiškai aktyviuose regionuose.

Šioje pamokoje iš arti susipažinome su vidinėmis Žemės jėgomis – vulkanizmu ir žemės drebėjimais. Supratome, kad tai nėra chaotiški ir atsitiktiniai reiškiniai. Jie yra dėsninga litosferos plokščių judėjimo pasekmė, o jų aktyvumas koncentruojasi aiškiai apibrėžtose planetos zonose.

Išnagrinėjome dvejopą šių procesų prigimtį. Viena vertus, tai griaunančios jėgos, galinčios atnešti milžiniškus nuostolius ir kančias. Piroklastiniai srautai, laharai, cunamiai ir griūvantys pastatai yra grėsminga realybė milijonams žmonių. Kita vertus, tai ir kuriančios jėgos. Būtent vulkanizmas suformavo dalį mūsų planetos sausumos, praturtino dirvožemį ir suteikė mums geoterminės energijos šaltinius.

Svarbiausia išvada – nors negalime sustabdyti žemės drebėjimo ar ugnikalnio išsiveržimo, mes galime išmokti su tuo gyventi. Technologinė pažanga, protingas miestų planavimas, griežtos statybų normos ir, svarbiausia, visuomenės švietimas yra galingiausi įrankiai, padedantys sumažinti šių gamtos stichijų keliamą riziką. Japonijos ir Haičio pavyzdžiai mums parodė, kad ne pati stichija, o pasirengimas jai lemia skirtumą tarp tragedijos ir įveikiamo iššūkio.

Šios vidinės jėgos nuolat kuria pirminį Žemės reljefą – kelia kalnus ir formuoja įdubas. Kitoje pamokoje aiškinsimės, kaip kitos, išorinės jėgos – vanduo, vėjas, ledas – nenuilsdamos ardo, perneša ir perpildo šias uolienas, taip sukurdamos mums pažįstamą, be galo įvairų kraštovaizdį.