Wulkany i trzęsienia ziemi nie występują przypadkowo. Większość z nich koncentruje się na granicach płyt litosfery, gdzie płyty zderzają się, rozsuwają albo przesuwają wzdłuż uskoków. Wyjątkiem są wulkany powstające nad plamami gorąca, czyli wewnątrz płyt.
Jak ruch płyt wywołuje wulkany i trzęsienia ziemi?
Litosfera, czyli sztywna zewnętrzna warstwa Ziemi, jest podzielona na wielkie płyty. Przemieszczają się one bardzo powoli, ale ich ruch powoduje narastanie naprężeń w skałach. Gdy skały nie mogą już dłużej przenosić obciążenia, dochodzi do nagłego przesunięcia wzdłuż uskoku i uwolnienia energii w postaci fal sejsmicznych.
Wulkany powstają wtedy, gdy stopiona materia skalna z głębi Ziemi przedostaje się ku powierzchni. Magma to gorąca, stopiona masa skał znajdująca się pod powierzchnią, zawierająca także gazy i wodę. Kiedy wydostanie się na powierzchnię, nazywamy ją lawą. Towarzyszyć jej mogą popioły i gazy wulkaniczne.
Największa aktywność występuje przy granicach płyt. Ich typ wpływa na to, czy dominuje silna sejsmiczność, wulkanizm, czy oba zjawiska jednocześnie:
| Typ granicy | Mechanizm | Aktywność | Przykłady |
|---|---|---|---|
| Konwergentna | Płyty zbliżają się. W strefie subdukcji jedna płyta, zwykle oceaniczna, pogrąża się pod drugą. Może też dojść do kolizji kontynentów. | Bardzo silna aktywność sejsmiczna, częsty wulkanizm i możliwość powstawania tsunami. | Japonia, Indonezja, Andy, Aleuty |
| Dywergentna | Płyty rozsuwają się, a magma wypełnia powstającą szczelinę. Taki obszar nazywa się ryftem, a na dnie oceanów często występuje wzdłuż grzbietów śródoceanicznych. | Wulkanizm szczelinowy i oceaniczny oraz zwykle płytsze, słabsze wstrząsy. | Grzbiet Śródatlantycki, Islandia, Ryft Wschodnioafrykański |
| Transformująca | Płyty przesuwają się względem siebie wzdłuż uskoku. | Silna aktywność sejsmiczna, ale zwykle niewielki lub brak bezpośredniego wulkanizmu. | Wybrane uskoki na lądach i dnie oceanów |
Pacyficzny Pierścień Ognia – gdzie występuje najwięcej zjawisk?
Największym obszarem aktywności wulkanicznej i sejsmicznej jest Pacyficzny Pierścień Ognia. Tworzy go pas stref subdukcji i innych granic płyt otaczających niemal cały Ocean Spokojny. Według danych przywoływanych w materiałach geologicznych skupia się tam około 90% czynnych wulkanów Ziemi.
W wielu miejscach płyta oceaniczna zanurza się pod płytę kontynentalną albo pod inną płytę oceaniczną. Wysokie ciśnienie i tarcie powodują silne trzęsienia ziemi, a procesy zachodzące w pogrążającej się płycie sprzyjają powstawaniu magmy. Dlatego wzdłuż tych granic pojawiają się zarówno wulkany, jak i głębokie rowy oceaniczne oraz pasma górskie.
Do najważniejszych regionów Pacyficznego Pierścienia Ognia należą:
- Indonezja, gdzie spotykają się liczne strefy subdukcji i występują liczne wulkany wyspowe.
- Japonia, położona na styku kilku płyt litosfery, z częstymi trzęsieniami ziemi i aktywnością wulkaniczną.
- Wybrzeża Ameryki Południowej, szczególnie Andy, gdzie płyta oceaniczna zanurza się pod płytę południowoamerykańską.
- Wybrzeża Ameryki Północnej oraz Aleuty, tworzące łuk wysp i stref silnych wstrząsów.
Aktywne obszary znajdują się także poza Pacyfikiem. W Europie należą do nich Islandia i część regionu Morza Śródziemnego, w Afryce – Ryft Wschodnioafrykański, a na Atlantyku – między innymi okolice Azorów. Wulkany występują też na Hawajach, choć ich położenie wymaga osobnego wyjaśnienia.
Dlaczego wulkany powstają wewnątrz płyt?
Nie wszystkie wulkany leżą na granicach płyt. Część z nich powstaje nad plamami gorąca, nazywanymi też hot spotami. Są to obszary, pod którymi z głębi płaszcza ku górze może przemieszczać się wyjątkowo gorąca materia. Jej ciepło prowadzi do częściowego topienia skał i powstawania magmy, która następnie przeciska się przez litosferę.
Przykładem są Hawaje. Archipelag leży wewnątrz płyty pacyficznej, a jego wulkany powstały nad plamą gorąca. Ponieważ płyta przesuwa się nad względnie stałym źródłem ciepła, w czasie geologicznym może powstać ciąg wysp i podwodnych gór w różnym wieku.
Innym przykładem jest obszar Yellowstone w Stanach Zjednoczonych. Znajduje się on z dala od typowej granicy płyt i słynie z aktywności geotermalnej, między innymi gorących źródeł i gejzerów. Plamy gorąca nie wyjaśniają jednak powstania wszystkich wulkanów położonych wewnątrz płyt. W niektórych regionach znaczenie mają także pęknięcia litosfery i lokalne procesy zachodzące w płaszczu.
W pobliżu aktywnych lub niedawno aktywnych wulkanów mogą występować gejzery, gorące źródła i fumarole. Fumarola jest miejscem, w którym na powierzchnię wydostają się gorące gazy pochodzenia wulkanicznego.
Trzęsienia ziemi – nie tylko skutek wulkanizmu
Najsilniejsze trzęsienia ziemi powstają wskutek nagłego przesunięcia płyt lub bloków skalnych wzdłuż uskoków. Występują przede wszystkim w strefach subdukcji, kolizji kontynentów i przesuwania się płyt względem siebie. Wstrząsy towarzyszą także rozsuwaniu płyt w ryftach i na grzbietach śródoceanicznych.
Inne przyczyny są lokalne i zwykle powodują słabsze zjawiska:
- ruchy magmy i erupcje wulkaniczne, które zmieniają ciśnienie w skorupie ziemskiej,
- działalność górnicza, w tym tąpnięcia związane z nagłym załamaniem skał w wyrobiskach,
- zapadanie się stropów jaskiń lub pustek podziemnych,
- bardzo rzadko uderzenia dużych meteorytów.
Hipocentrum to miejsce we wnętrzu Ziemi, w którym rozpoczyna się pękanie lub przesunięcie skał i skąd rozchodzą się fale sejsmiczne. Epicentrum znajduje się na powierzchni bezpośrednio nad hipocentrum. W jego pobliżu wstrząsy często pojawiają się najwcześniej, ale ich rzeczywista siła zależy także od głębokości ogniska, rodzaju podłoża i odległości od zabudowy.
Trzęsienie pod dnem oceanu może wywołać tsunami, jeśli spowoduje nagłe przemieszczenie dużej części dna. Dlatego obszary subdukcji przy wybrzeżach są zagrożone nie tylko samymi wstrząsami, lecz także falami tsunami.
Jak naukowcy obserwują aktywność Ziemi?
Trzęsienia rejestrują sejsmografy rozmieszczone na całym świecie. Dane z wielu stacji pozwalają określić położenie hipocentrum, czas zdarzenia i jego magnitudę. Mapy epicentrów pokazują charakterystyczne pasy wzdłuż granic płyt, szczególnie wokół Pacyfiku. Naukowcy potrafią więc wskazać regiony podwyższonego ryzyka, ale nie potrafią dokładnie przewidzieć dnia i godziny konkretnego trzęsienia.
Polska jest obszarem asejsmicznym w skali globalnej. Wstrząsy naturalne są u nas na ogół słabe i rzadkie, choć lokalnie mogą występować wstrząsy związane z działalnością górniczą.
Gdzie występują wulkany i trzęsienia ziemi?
Największe prawdopodobieństwo występowania obu zjawisk wiąże się z granicami płyt litosfery. Trzęsienia ziemi szczególnie często pojawiają się w strefach subdukcji i uskoków transformujących, natomiast wulkany dominują w strefach subdukcji, ryftach i nad plamami gorąca. Rozmieszczenie zjawisk można więc wyjaśnić za pomocą map tektonicznych, a nie przypadkowym układem kontynentów.
Nie da się wskazać dokładnej daty przyszłego trzęsienia ani erupcji, lecz geologia pozwala dość precyzyjnie określić obszary, w których takie zjawiska mogą powtarzać się w przyszłości.
