SUPERVULCANII – NE AŞTEAPTĂ CURÂND O NOUĂ ERUPŢIE MAJORĂ?

Dorin Jurcău

1. Supervulcanii

Nu există o definiţie clară a unui supervulcan, de aceea este greu de apreciat câţi vulcani s-au încadrat în această categorie de-a lungul timpului. După unii autori ultima explozie a unui supervulcan (Toba) s-a produs acum circa 74000 de ani, deci toate aprecierile privind supervulcanii sunt arbitrare. În general, în categoria supervulcanilor apar nume de vulcani precum Yellowstone din SUA, Toba din Indonezia, Siberian Traps din Rusia, Long Valley California, Valle Grande din New Mexico, Taupo din Noua Zeelandă sau Aira din Japonia (figura 1.).

Figura 1. Amplasarea supervulcanilor

Supervulcanii produc erupţii vulcanice deosebit de energice. Faptul că aceste erupţii sunt atât de explozive este determinat de patru factori:

- cantitatea de gaz dizolvat în magmă;

- vîscozitatea magmei (creşte în general cu creşterea conţinutului de silice);

- viteza de decompresie a magmei când urcă spre suprafaţă;

- numărul de locuri de nucleere pe care încep să se formeze bule de gaz.

Într-un supervulcan, magma este blocată şi nu poate ajunge la suprafaţă. Zona din adâncime unde se acumulează magma devine tot mai mare. În final, magma începe să urce spre suprafaţă, presiunea acumulată devine foarte mare şi întreaga suprafaţă de deasupra camerei magmei este aruncată în aer de o explozie gigantică.

Erupţiile explozive se compară între ele recalculând volumul de materiale rezultate în urma exploziei în termeni de volum de magmă topită, originală.

Supervulcanii se pot încadra în clasa VEI 7-8. Volumul de tefra eliminată în urma erupţiei este în general mai mare de 500 km3.

De exemplu, la erupţia vulcanului Yellowstone de acum 2,1 milioane de ani cantitatea de magmă eliminată a fost de 2450 km3, de 6000 de ori mai mare decât la erupţia vulcanului St. Helens din 1980.

Fiecare erupţie de la Yellowstone cu formare de calderă a avut loc când un volum mare de magmă de tip riolitic s-a acumulat la o adâncime mică de circa 5 km sub scoarţă. Magma foarte vîscoasă a început să urce spre suprafaţă presând crusta şi generând cutremure. Când magma s-a apropiat de suprafaţă şi presiunea a scăzut, a avut loc expansiunea gazelor, ceea ce a produs o explozie violentă. Erupţia magmei de tip riolitic a fost responsabilă şi pentru formarea calderei de la Long Valley, California [1-10].

Specific supervulcanilor este formarea unei depresiuni numită calderă. O asemenea calderă poate fi foarte întinsă. Astfel, caldera de la Yellowstone a putut fi observată clar doar din aer.

Figura 2. Formarea unei caldere.

Modul cum se formează o calderă este destul de simplu. După o erupţie puternică, camera în care s-a aflat magma se goleşte iar rocile aflate deasupra alunecă înăuntru şi o umplu (figura 2).

2. Supervulcanul Yellowstone

2.1. Amplasarea vulcanului Yellowstone

Statele Unite se găsesc într-o zonă destul de activă din punct de vedere vulcanic. Harta din figura 3. prezintă locaţiile vulcanilor activi din SUA şi ale celor care au fost activi în trecutul apropiat.

Figura 3. Vulcani activi din SUA şi cei care au fost activi în trecutul apropiat.

Caldera Yellowstone este localizată pe muntele Sheridan din lanţul Munţilor Stâncoşi, la o altitudine de 3142 metri. Parcul Naţional Yellowstone se întinde pe o calderă foarte mare (figura 4 şi 5). Caldera măsoară aproximativ 55 km pe 72 km. Ea s-a format în urma erupţiei supervulcanului Yellowstone. Ultima erupţie majoră a vulcanului Yellowstone a avut loc acum 640000 de ani.

Figura 4. Parcul Naţional Yellowstone se întinde pe o calderă foarte mare.

Figura 5. Vedere de sus a calderei Yellowstone.

Vulcanul care a generat această calderă uriaşă a fost deosebit de puternic. El nu este stins, generând continuu o activitate geotermală care atrage milioane de turişti anual.

Poate acest vulcan să erupă din nou? Majoritatea specialiştilor sunt de acord că da. Problema nu este - dacă, ci mai mult - când.

2.2. Istoricul erupţiilor

În această zonă vulcanică au avut loc trei erupţii majore: acum 2.1 milioane ani, acum 1.3 milioane ani şi acum 640 mii ani. Zona este deosebit de activă.

În afară de supererupţiile de la Yellowstone au avut loc şi multe erupţii mai mici. De la ultima erupţie majoră au avut loc mai multe erupţii minore de lavă de tip riolit şi bazalt. Astfel, au fost identificate circa 30 de curgeri de lavă ce şi-au avut izvorul în interiorul calderei. Cea mai recentă a avut loc acum 70000 de ani.

Unele dintre aceste erupţii au avut mărimea erupţiei vulcanului Pinatubo din Filipine şi câteva au fost chiar mai mari. Pe lângă erupţiile explozive au mai avut loc şi erupţii neexplozive, cu curgeri de lavă, precum şi explozii mici de abur.

Se poate afirma că la Yellowstone au avut loc patru tipuri de evenimente vulcanice:

1.  Erupţii cu formare de calderă.
2.  Curgeri de lavă – circa 30 între acum 640000 şi 70000 de ani.
3.  Cutremure – între 1000 şi 3000 anual; ultimul mai mare a fost în 1959.
4.  Erupţii hidrotermale (de abur) – în secolul 20 au fost mici, dar între perioada de acum 14000 şi 3000 de ani au fost circa o duzină de explozii majore.

Caldera formată acum 2,1 milioane ani măsoară 80 km lungime, 65 km lăţime şi sute de metrii adâncime, extinzându-se din exteriorul Parcului Naţional Yellowstone spre zona centrală a parcului.

Acum 1,3 milioane ani, erupţia unui supervulcan a avut loc în sud-vestul Parcului Naţional Yellowstone, în zona Island Park din Idaho de est.

A treia supererupţie a avut loc tot în zona Parcului Naţional Yellowstone acum 640000 de ani, formând caldera care se poate vedea azi. Caldera formată acum 640 mii de ani are 72 km lungime şi 55 km lăţime. În zona din jurul vulcanului Yellowstone, o suprafaţă de 3000 de mile pătrate a fost supusă unei curgeri piroclastice gigantice a mai multor sute de km3 de cenuşă şi rocă.

În cele trei erupţii ale vulcanului Yellowstone, cantitatea de magmă eliminată a fost de 2450 km3, 280 km3, şi 1000 km3.

În această zonă a mai existat o supererupţie, acum 760 de mii de ani, la Long Valley, California. În această erupţie, cantitatea de magmă eliminată a fost de 580 km3.

Fiecare erupţie a împrăştiat un strat de cenuşă vulcanică deasupra întregii Americi de Nord (figura 6.).

Figura 6. Suprafaţa din Statele Unite care a fost acoperită de cenuşă vulcanică provenită de la erupţia din Yellowstone de acum 2,1 milioane ani şi de acum 640 de mii de ani, comparativ cu aria acoperită cu cenuşă datorată erupţiei vulcanului Long Valley, California de acum 760000 de ani şi erupţiei vulcanului St.Helens din 1980.

2.3. Fenomene ce indică posibilitatea unei noi erupţii

Vulcanul Yellowstone este foarte complex şi nu este încă înţeles pe deplin. Specialiştii nu pot încă să spună dacă el va erupe în viitorul apropiat sau nu [11-16].

Erupţiile vulcanice ca şi activitatea izvoarelor geotermale sunt rezultatul existenţei unei mari pungi de magmă localizată în zona calderei.

Cercetătorii au constatat că pământul din Parcul Naţional Yellowstone se ridică. Între 2004 şi 2006 viteza de ridicare a fost de 7 centimetri pe an. Ridicarea pământului este atribuită urcării unei pungi de magmă lichidă spre suprafaţă [17, 18].

În iulie 2003, a fost închisă întreaga zonă a bazinului Geyserului Norris din cauza deformării terenului şi a temperaturii excesive a pământului. Acestă zonă are o lungime de 28 de mile şi o lăţime de 7 mile. Peste tot, în această zonă, vegetaţia se usucă, iar animalele au migrat spre alte zone.

Tot în 2003 s-a observat că fundul lacului Yellowstone a început să se ridice, iar temperatura lui să crească. Şi lacul a fost închis publicului.

Există şi o ipoteza conform căreia înălţarea şi adâncirea fundului calderei este un fenomen ciclic, neînţeles pe deplin. În ultimii 10000 de ani fenomenul s-ar fi repetat de trei ori, amplitudinea ridicării şi adâncirii suprafeţei fiind de circa 22 de metri.

Figura 7. Camera de magmă actuală a vulcanului Yellowstone [8]

În concluzie, fenomenele care indică posibilitatea unei erupţii în următoarea perioadă sunt următoarele:

- o serie de cutremure de magnitudine mică indică faptul că magma topită se ridică spre suprafaţă.

- fundul lacului Yellowstone se ridică.

- deformarea pământului la sud de bazinul Norris pe o suprafaţă de 28 mile pe 7 mile.

- s-a măsurat cu aparate moderne volumul camerei magmei şi s-a constatat că acest volum este suficient de mare pentru o supererupţie (figura 7.).

2.4. Ce efecte ar avea o supererupţie produsă în zilele noastre

O erupţie a supervulcanului Yellowstone va avea efecte catastrofale pentru tot pământul.

Cea mai afectată regiune va fi cea care se întinde pe o rază de circa 600 mile în jurul vulcanului (figura 8.).

Figura 8. Regiunea aflată pe o rază de 600 mile în jurul vulcanului va fi cea mai afectată.

Din cauza gazelor vulcanice, curgerilor piroclastice, căderilor masive de cenuşă, este puţin probabil ca cineva să supravieţuiască în această suprafaţă.

Restul Statele Unite vor fi îngropate sub un strat de cenuşă de circa un metru.

Cenuşa vulcanică şi gazele vulcanice ce se vor ridica în stratosferă vor aduce o nouă perioadă glaciară.

3. Supervulcanul Aira, din Japonia  

Vulcanul Aira este situat în sudul insulei Kyushu din Japonia.

Caldera Aira a fost creată de o erupţie masivă a vulcanului acum aproximativ 22000 de ani. Ea se întinde pe 23 km lungime şi 17 km lăţime (figura 9).

Se estimează că vulcanul Aira a eliminat mai mult de 400 km3 of tefra [19-21].

Înăuntrul calderei se află acum cea mai mare parte a oraşului Kagoshima ca şi vulcanul Sakurajima, unul dintre cei mai activi vulcani ai Japoniei, care are o vârstă de 13000 de ani.

Figura 9. Caldera Aira situată în sudul insulei Kyushu din Japonia [21

4. Vulcanul Taupo, din Noua Zeelandă 

Vulcanul Taupo este situat în Nnoua Zeelandă, în insula de nord (figura 10).

Cea mai mare erupţie a vulcanului Taupo a avut loc acum 26500 de ani. El a eliminat circa 1170 km³ de materiale vulcanice, formând o calderă care este acum ocupată de lacul Taupo.

Acest vulcan a erupt destul de des în trecut. Între acum 26500 şi 65000 de ani au fost cinci erupţii explozive. De asemenea, vulcanul a mai erupt acum 330000 de ani şi acum 150000 de ani. Datele despre acest vulcan sunt încă incomplete [22-24].

Figura 10. Caldera Taupo situată în Noua Zeelandă [21].

Ultima mare erupţie din lacul Taupo a avut loc în anul 181 dH. Au fost eliminate circa 100 km³ de materiale vulcanice. Curgerile piroclastice au acoperit 20000 km2. Această ultimă erupţie a fost destul de puternică pentru a produce fenomene care au fost consemnate în cronici, şi anume, cerul a devenit roşu la Roma şi în China.

5. Vulcanul Valle Grande, lângă Los Alamos, SUA 

Caldera Valle Grande este situată în centrul câmpului vulcanic Jemez din New Mexico (figura 11 si 12). Ea are un diametru de circa 22 km şi o vechime estimată la un 1.12 milioane de ani. Caldera s-a format în urma erupţiei unui supervulcan. În această erupţie, cantitatea de magmă eliminată a fost de circa 600 km3.

Figura 11. Caldera Valle Grande situată în New Mexico, SUA [25]

Câmpul vulcanic Jemez se află la intersecţia riftului Rio Grande, ce traversează nord-sud prin New Mexico, cu aliniamentul Jemez, se se întinde din nord-estul Arizonei până în partea vestică a Oklahomei. Activitatea vulcanică este provocată de mişcarea tectonică de-a lungul acestei intersecţii.

Până recent caldera Valles făcea parte din Baca Ranch, proprietatea familiei Dunigan, dar guvernul federal a cumpărat o suprafaţă de circa 95000 de acrii (380 km²) şi a înfiinţat Rezerva Naţională Valles Caldera.

Figura 12. O vedere panoramică a calderei Valles şi a munţilor Jemez.

Caldera Valles este cea mai bine explorată calderă. Studiile oamenilor de ştiinţă se canalizează pe examinarea proceselor fundamentale ce au loc în sistemele magmatice şi hidrotermice şi pe examinarea depozitelor de minereuri.

În această zonă a mai avut loc o supererupţie acum circa 1,4 milioane de ani, care a dat naştere la caldera Toledo.

6. Vulcanul Long Valley din California

Vulcanul Long Valley este situat în California, la graniţa cu Nevada (figura 13).

Figura 13. Caldera Long Valley, California

Caldera Long Valley are o forma ovală, cu o lungime de circa 30 km şi o lăţime de circa 15 km. Depresiunea este situată de-a lungul părţii estice a munţilor Sierra Nevada.

Această zona a produs mai multe erupţii vulcanice în timpul ultimilor 3 milioane de ani. Ultima erupţie a avut loc acum circa 250 de ani în Mono Lake.

Figura 14. Perimetrul şi grosimea zonei acoperită cu tefra în urma ultimei supererupţii a vulcanului Long Valley.

Caldera Long Valley s-a format în urma unei supererupţii, acum circa 760000 de ani. În această erupţie, cantitatea de magmă eliminată a fost de 580 km3.

In figura 14 este prezentat perimetrul şi grosimea zonei acoperită cu tefra în urma ultimei supererupţii a vulcanului Long Valley.

Zona Long Valley este monitorizată din 1982, de U.S. Geological Survey, deoarece este o zonă potenţial periculoasă, existând posibilitatea unei noi erupţii. Se monitorizează activitatea seismică, deformarea suprafeţei terestre şi emisiile de gaze (natura lor şi cantitatea emisă). Aceşti parametrii sunt indicatori ai activităţii vulcanice.

7. Vulcanul Toba din Sumatra 

Vulcanul Toba este amplasat in Sumatra (figura 15).

Vulcanul Toba este unul dintre cei mai puternici supervulcani. Erupţia de acum 74000 de ani a expulzat 2500 – 2800 km3 de magmă şi a creat cea mai mare calderă cuaternară. Caldera are 100 km lungime şi 30 km lăţime.

 

Figura 15. Caldera vulcanului Toba din Sumatra [26]

Figura 16. Caldera vulcanului Toba

Valurile piroclastice provenite în urma supererupţiei au distrus circa 20000 km2 în jurul vulcanului. Cenuşa de la erupţia vulcanului Toba s-a depus în unele zone situate la depărtare de vulcan, în India, în straturi de 6 metri. Pe insula Samosir stratul de cenuşă depăşeşte 600 metri. Această erupţie a dus la scăderea temperaturii Pământului cu 5° - 10° C pentru mai mulţi ani.

Caldera Toba este parţial acoperită de Lacul Toba. În mijlocul lacului se află insula Samosir care este de fapt un dom vulcanic resurgent. Caldera s-a format probabil în patru etape. Erupţii masive în zonă au mai avut loc acum 840000 de ani, acum 700000 de ani şi acum 75000 de ani. Erupţia de acum 75000 de ani a produs Young Toba Tuff (figura 16).

8. Vulcanul Siberian Traps, Rusia

Siberian Traps formează o provincie vulcanică mare în Siberia, Rusia. Ea s-a format în perioada Permian-Triasic, acum circa 250 milioane ani. Este cel mai mare eveniment vulcanic cunoscut din ultimii 500 de milioane de ani [27-49].

Termenul de Traps derivă din cuvântul suedez trappa, ce se referă la dealuri în trepte.

Figura 17. Localizarea zonei Siberian Traps din Rusia [45]

Figura 18. Siberian Traps

Zona vulcanică este centrată în jurul oraşului siberian Tura. Se apreciază că zona acoperită de curgerea piroclastică are o suprafaţă de 2 milioane de km2, o suprafaţă mai mare decât toată Europa. Volumul de magmă care s-a eliminat este estimat la 3 milioane km3. Magma a fost de tip bazalt.

Datarea exactă a erupţiei vulcanice nu s-a făcut încă, deoarece metoda potasiu-argon, care s-ar potrivi acestei perioade nu este suficient de sigură.

Spre deosebire de alte curgeri de lavă de tip bazalt, Siberian Traps a acoperit o suprafaţă imensă cu curgeri piroclastice. Aceasta înseamnă că vulcanul a fost de tip exploziv.

a)                                    b)

Figura 19. a) Lavă bazaltică pe platoul Putorana b)Imagini din zona Siberian Traps

Figura 20. Imagini din zona Siberian Traps

Se poate compara erupţia de la Siberian Traps cu cea a vulcanului islandez Laki din 1783-1784. Vulcanul Laki a eliminat 12 km3 de lavă. Gazele vulcanice au ucis o mare parte din locuitorii Islandei, şi apoi au afectat viaţa multor oameni din Europa nordică şi centrală. Vulcanul a afectat clima timp de mai mulţi ani.

Vulcanul Siberian Traps a fost de circa 250000 de ori mai puternic decât Laki. Efectele lui trebuie să fi fost devastatoare asupra climei şi vieţuitoarelor de pe Pământ.

Cea mai mare erupţie vulcanică din această zonă a fost asociată cu cea mai mare extincţie a vieţuitoarelor de pe Pământ care a avut loc între Permian şi Triasic.

Perioada permiană s-a extins undeva între acum 290 şi 250 milioane de ani. Extincţia permian-triasică a fost deosebit de intensă. Se estimeză că în această perioadă a pierit 95% din vieţuitoarele de pe Terra.

Bibliografie

1. Daniel, Christiansen Robert L., Pierce Kenneth L., Yellowstone: Restless Volcanic Giant, Dzurisin USGS Report, 1995.

2. http://vulcan.wr.usgs.gov/Volcanoes/Yellowstone/OFR95-59/OFR95-59.html

3. http://vulcan.wr.usgs.gov/yvo/faqs4.html, 1995.

4. Gurney Ian, A Monster Awakens?, Online Journal, September 11, 2003 http://www.onlinejournal.com/Special_Reports/091103Gurney/091103gurney.html.

5. Canon Scott, Ridder Knight, Scientists' Interest Bubbling, News Service/Philadephia Inquirer, November 27, 2003

6. U.S. Geological Survey, Menlo Park, California, USA, http://volcanoes.usgs.gov/yvo/faqs2.html

7. Smith Robert B., Siegel Lee J., Windows into the Earth, The Geologic Story of Yellowstone and Grand Teton National Park, Oxford University Press, 2000.

8. http://www.ccs.neu.edu/home/futrelle

9. Yellowstone Net - http://www.yellowstone.net

10. www.solcomhouse.com

11. Timmer John, Yellowstone recharges. arstechnica.com. Retrieved on 2007-11-08.

12. Smith, Robert B.; Wu-Lung Chang, Lee Siegel. "Yellowstone rising: Volcano inflating with molten rock at record rate", Press release, University of Utah Public Relations, EurekAlert! (American Association for the Advancement of Science), 2007-11-08.

3. Breining, Greg, Super Volcano: The Ticking Time Bomb beneath Yellowstone National Park, St. Paul, MN: Voyageur Press, 2007.

14. Vazquez, J.A., and Reid, M.R., 2002, Time scales of magma storage and differentiation of voluminous rhyolites at Yellowstone caldera, Wyoming: Contributions to Mineralogy & Petrology, v. 144, p. 274-285

15. http://www.4ecotips.com/eco/index.php

16. http://www.britannica.com/eb/article-9050002/magma#74565.hook

17. Perkins, Sid. Science News, 11/10/2007, Vol. 172 Issue 19, p293-293

18. Perkins, Sid. Science News, 1/29/2005, Vol. 167 Issue 5, p74-76

19. Aramaki Shigeo, Formation of the Aira caldera, southern Kyushu, 22,000 years ago. Journal of Geophysical Research, 89, 8485-8501(1984).

20. http://www.volcanoworld.org/vwdocs/vw_hyperexchange/sakura-jima.html

21. http://worldatlas.com

22. http://volcano.und.nodak.edu/vwdocs/volc_images/australia/new_zealand/taupo.html

23.Froggatt Paul, Volcanic hayard at taupo volcanic centre, Victoria Link Ltd & Research School of Earth Sciences, Victoria University of Wellington

24. http://www.gns.cri.nz/what/earthact/volcanoes/nzvolcanoes/taupoprint.htm

25. http://www.vallescaldera.gov

26. http://www.rpi.edu/~warkd/toba/toba_geology.html

27. Wignall P.B. Earth-Science Reviews, 1177 (2000)

28. Douglas H. Erwin, Nature, vol. 367. (Jan.1994)

29. Renne P.R., Basu A.R., Science, vol. 253, pp 975-979

30. Zolotukhin V.V., Al'Mukhamedov A.I., In. Macdougall, J.D. (Ed.), Continental Flood Basalts. pp 273-310. (1998)

31. Retallack g. et al. Geology vol. 26, no. 1, pp 979-982 (1998)

32. Xu D-Y, Yan Z., Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, vol. 104, pp 171-176, (1998)

33. Yang Z. et al., Episodes vol.18 pp 49-53

34. Holser M., et al., Abhandlungen Geologische Bundesanatalt Autriche, Vienna, vol. 45, pp 213-232. (1991)

35. Knoll A H., Bambach R K., Canfield D E., Grotzinger J P., Science, vol. 273, pp452 - 457, (1996)

36. Hallem A., Bignall P B., Earth Science Reviews, vol. 48, pp217 - 250, (1999)

37. Parish, J T. Journal of Geology, vol. 101, pp215 - 233, (1993)

38. Crowley T J., Geol. Soc. Am. Special paper 288.

39. Gall J.C-L., et al. Sciences de la terre et des planetes/Earth and planetary Sciences, vol.326, pp 1 - 12, (1998).

40. http://deschutes.gso.uri.edu/~rutherfo/milankovitch.html

41. MacLeod K G., Smith R M H., Koch P L., Ward P D., Geology, v.28; no.3; p227-230, (Martie 2000).

42. Benton M J., p218-241 in Evolution and the fossil record. Allen K C., Briggs D E G., Belhaven Press, 1989.

43. Erwin D H., p398-418 in Evolutionary Palaeobiology. Jablonski, D. Erwin, D H. Lipps, J H. University of Chicago Press, 1996.

44. Lawton J H., May R M., Oxford University Press, 1995.

45. http://palaeo.gly.bris.ac.uk/Palaeofiles/Permian/SiberianTraps.html

46. http://www.mantleplumes.org/Siberia.html

47. Czamanske Gerald K., Fedorenko Valeri A., The Demise of the Siberian Plume, U.S. Geological Survey, Jan. 2004

48. Cowen Richard, Tracking the Course of Evolution, http://www.ucmp.berkeley.edu

49. http://www.le.ac.uk/gl/ads/SiberianTraps/Index.html

reclame
 
reclame 
Copyright 2007-2012. Toate drepturile rezervate
Orice fel de reproducere fără acordul nostru scris este interzisă.
Răspunderea pentru conţinutul articolelor le revine autorilor acestora.