Wulkany tarczowe – gdzie występują i jak powstają?

Wulkany tarczowe to szerokie, niskie formy wulkaniczne o łagodnych zboczach. Powstają głównie z płynnej lawy bazaltowej, która podczas erupcji efuzywnych rozlewa się na duże odległości. Na Ziemi występują przede wszystkim nad plamami gorąca i w strefach rozsuwania płyt tektonicznych, a poza nią tworzą znacznie większe struktury, między innymi marsjański Olympus Mons.

Czym jest wulkan tarczowy?

Wulkan tarczowy ma szeroką podstawę i stosunkowo niewielkie nachylenie stoków. Jego kształt przypomina tarczę ułożoną wypukłą stroną ku górze, choć w rzeczywistości jest wynikiem wielokrotnych wylewów lawy. Każda kolejna warstwa zastygłej skały powiększa formę przede wszystkim na boki, a nie tylko ku górze.

Decyduje o tym skład magmy. Lawa bazaltowa zawiera stosunkowo mało krzemionki, dlatego ma niską lepkość i łatwo płynie. Gazy mogą się z niej uwalniać, a sama lawa rozprzestrzenia się po rozległym obszarze. Taki przebieg erupcji nazywa się erupcją efuzywną.

Inaczej budują się stratowulkany, takie jak Etna czy Wezuwiusz. Ich magma jest zwykle bardziej lepka, a erupcjom często towarzyszy gromadzenie popiołu i innych materiałów piroklastycznych. Zastygające warstwy tworzą wtedy wyższy, bardziej stromy stożek. Nie każdy wulkan o dużej wysokości jest więc wulkanem tarczowym.

W jakich warunkach powstają wulkany tarczowe?

Najczęściej rozwijają się tam, gdzie magma bazaltowa może wielokrotnie docierać do powierzchni i rozlewać się bez silnego zablokowania kanału wulkanicznego. Ważne są dwa środowiska geologiczne: plamy gorąca oraz strefy rozsuwania płyt.

Plama gorąca to obszar podwyższonego dopływu ciepła z głębi płaszcza, położony zwykle wewnątrz płyty tektonicznej, a nie na jej granicy. Gdy gorący materiał częściowo topi skały, powstaje magma, która może przebić skorupę. Płyta przesuwa się nad względnie stałym źródłem magmy, dlatego z czasem tworzy się łańcuch wulkanów, jak na Hawajach.

Drugim środowiskiem są grzbiety śródoceaniczne. W miejscach, gdzie płyty odsuwają się od siebie, skorupa jest rozciągana i łatwiej dochodzi do jej pękania. Magma bazaltowa wypełnia powstające szczeliny, budując nową skorupę oceaniczną. Duża część tego wulkanizmu odbywa się pod wodą.

Najważniejsze miejsca sprzyjające powstawaniu wulkanów tarczowych to:

• Plamy gorąca – źródła magmy znajdujące się wewnątrz płyt, czego przykładem są Hawaje.
• Grzbiety śródoceaniczne – rozległe strefy rozsuwania płyt i tworzenia nowej skorupy.
• Obszary szczelinowe – miejsca, w których magma wydostaje się przez długie pęknięcia zamiast przez jeden centralny komin.
• Cienka lub rozciągana skorupa – środowisko ułatwiające przemieszczanie się magmy ku powierzchni.

Gdzie na Ziemi występują wulkany tarczowe?

Najbardziej znane przykłady znajdują się na Hawajach. Mauna Loa i Mauna Kea powstały w wyniku wielokrotnych wylewów bazaltowej lawy związanych z hawajską plamą gorąca. Mauna Loa jest klasycznym wulkanem tarczowym, którego rozległe stoki łagodnie opadają ku oceanowi.

Wulkany tarczowe występują także na Islandii, związanej z Grzbietem Śródatlantyckim i dodatkowym wpływem plamy gorąca, oraz na dnie oceanów. Podmorskie wylewy lawy budują grzbiety i płaskowyże, choć ich kształt bywa modyfikowany przez ciśnienie wody, chłodzenie oraz lokalną rzeźbę dna.

Warto oddzielić lokalizację wulkanu od jego typu. Pierścień Ognia obejmuje wiele aktywnych wulkanów, ale znaczna ich część to stratowulkany powstające w strefach subdukcji, a nie klasyczne wulkany tarczowe. Etna, Wezuwiusz i Fudżi nie są wzorcowymi przykładami wulkanów tarczowych, ponieważ mają bardziej złożoną budowę i strome, stożkowe profile.

Wulkany tarczowe w Układzie Słonecznym

Wulkany tarczowe występują również poza Ziemią. Największe znane struktury tego typu znajdują się na Marsie. W regionach Tharsis i Elysium powstały rozległe wulkany o łagodnych stokach, centralnych kalderach i ogromnej objętości. Marsjańskie wulkany są obecnie uznawane za uśpione, a najmłodsze rozpoznane potoki lawowe mają kilka milionów lat.

Wulkany na Marsie mogły osiągnąć tak wielkie rozmiary między innymi dlatego, że planeta nie ma aktywnej tektoniki płyt podobnej do ziemskiej. Punkt zasilania pozostawał przez długi czas pod tym samym fragmentem skorupy, więc kolejne wylewy układały się w jedną rozległą budowlę. Znaczenie ma też mniejsza grawitacja Marsa, która ułatwia wznoszenie wyższych konstrukcji.

Olympus Mons ma około 600 km szerokości u podstawy i jest największym znanym wulkanem tarczowym w Układzie Słonecznym. Na jego szczycie znajduje się rozległa, złożona kaldera. W regionie Tharsis leżą także Arsia Mons, Pavonis Mons i Ascraeus Mons.

Na Wenus zidentyfikowano liczne wulkany tarczowe oraz rozległe pokrywy lawowe. Jednym z najbardziej znanych jest Maat Mons. Nie ma pewności, czy obecnie jest aktywny, choć obserwacje wskazywały na możliwe ślady niedawnych procesów wulkanicznych. W przypadku Wenus status aktywności wielu struktur pozostaje przedmiotem badań.

Nieco innym zjawiskiem jest kriowulkanizm. Kriowulkany nie wyrzucają stopionej skały, lecz substancje takie jak woda, amoniak lub metan. Kandydatów na takie struktury obserwuje się między innymi na Enceladusie, Europie i Trytonie. Nie są one klasycznymi wulkanami tarczowymi, ale pokazują, że procesy przypominające wulkanizm mogą zachodzić także na lodowych ciałach niebieskich.

Najważniejsza zasada jest prosta: płynna, nisko lepka lawa buduje formy szerokie i łagodne, a bardziej lepka magma sprzyja powstawaniu stromych stożków i bardziej eksplozywnych erupcji. Dlatego wulkany tarczowe spotyka się przede wszystkim nad plamami gorąca, w strefach ryftowych i na innych planetach, gdzie przez długi czas działało jedno, stabilne źródło magmy.