Księżycowy krajobraz Doliny Wulkanów. Czy polscy badacze igrają z ogniem?

Około 1500 r. p.n.e. wybuch wulkanu Santorini (Grecja) zakończył świetlane czasy cywilizacji minojskiej, Wezuwiusz w 79 r. n.e. zasypał popiołami bogate i pełne przepychu miasto należące do imperium rzymskiego. W 2010 r. wybuch mało znanego wulkanu na Islandii (Eyjafjallajökull) uziemił na kilka dni samoloty na obszarze całej Europy. Czy na świecie są jeszcze niezbadane wulkany, których erupcja może być równie zaskakująca? Dr Andrzej Gałaś (IGSMiE, PAN) jest jednym z wulkanologów, którzy badają odległe wulkany w peruwiańskich Andach.

Pierwsze zdjęcia z ukrytej w Andach Doliny Wulkanów trafiły na łamy National Geographic w 1936 roku. Zdjęcia wykonali Sheepe i Johnson. „Mieszkańcy Arequipy powiadają, że kiedy Księżyc oddzielał się od Ziemi, zapomniał zabrać z sobą okolice tego peruwiańskiego miasta. Gdyby jednak powierzchnia Księżyca wyglądała tak jak peruwiańska kraina kanionów i wulkanów, załoga z Apollo 11 miałaby znacznie większe trudności z poruszaniem się po Srebrnym Globie” – w ten sposób o regionie pisał przed laty na łamach „Wprost” Olgierd Budrewicz, relacjonując powrót grupy Polaków do Colca. Odkrycie w 1981 r. Kanionu Colca i pokonanie nurtu rzeki przez studentów z klubu „Bystrze” przy Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie sprowokowało prace Polskiej Wyprawy Naukowej do Peru (PWNP).

Czym są i jak powstają wulkany?

By zrozumieć, czym zajmują się naukowcy w ramach Polskiej Wyprawy Naukowej do Peru, musimy sięgnąć po definicję wulkanu – miejsca, z którego wydobywała się na powierzchnię Ziemi magma. W najprostszych słowach wulkan to góra powstała z produktów erupcji (lawy i popiołu) wokół komina wulkanicznego, a jego budowa będzie zależała od wielu czynników, w tym od siły i częstotliwości aktywności (erupcji).

– Wulkan powstały w wyniku serii erupcji o niewielkiej sile, które skutkują usypaniem stożka piroklastycznego o wysokości około 100 metrów, będzie miał stosunkowo prostą strukturę (monogenetyczną). Zupełnie inaczej będzie wyglądał wulkan taki jak znana w Europie Etna, której wysokość to ponad 3000 metrów i oprócz głównego wierzchołka ma na swoich zboczach około 200 pasożytniczych stożków. Etna ma długą historię aktywności i skomplikowaną budowę (poligenetyczną) – mówi „Wprost” dr inż. Andrzej Gałaś, wulkanolog i kierownik techniczny Polskiej Wyprawy Naukowej do Peru (PWNP), pracujący obecnie w Instytucie Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.

Jeśli więc mamy informacje dotyczące tego, jak powstają wulkany, adekwatne staje się pytanie, gdzie i dlaczego to się dzieje. Wszystko za sprawą budowy naszej planety. Aktywność wulkaniczna obecna jest w strefach ryftu (rozłamu) i subdukcji (podsuwania) skorupy ziemskiej oraz w gorących punktach (ang. Hot spots).

– Nasza planeta przypomina trochę pas transmisyjny. Płyty skorupy ziemskiej rozrywane i rozpychane w jednym miejscu (ryft) przesuwają się i czasem dochodzi do kolizji miedzy nimi. Tak powstały Himalaje. Czasem też jedna płyta wsuwa się pod drugą i proces ten nazywamy subdukcją. Oczywiście w strefie ryftu często magma, wciskając się pomiędzy płyty, wydostaje się na powierzchnię, wskutek czego tworzą się łańcuchy wulkanów, także podmorskich. W strefie subdukcji płyta oceaniczna zanurza się pod płytę kontynentu i zagłębia aż do gorących stref płaszcza Ziemi. Gwałtowne topienie skał skorupy, która zawiera dodatkowo wodę powoduje, że z płaszcza Ziemi wznoszą się ku powierzchni strumienie energii. W efekcie powstają grzbiety wulkaniczne jak np. Andy w Ameryce Południowej – wyjaśnia ekspert.

Z kolei punkty lub plamy gorąca to miejsca, gdzie z płaszcza Ziemi ku jej powierzchni wstępuje strumień gorąca materii. W efekcie często powstaje w tym miejscu wulkan. Jeśli nad takim punktem przesuwa się płyta skorupy oceanicznej, to tworzą się szeregi wysp. – Taka budowa naszej planety powoduje, że stale aktywne są wulkany w różnych częściach globu. W okresie 11-17 stycznia 2023 było aktywnych 20 wulkanów, w tym Anak Krakatau znany każdemu wulkanologowi z erupcji w 1883 roku, która spowodowała śmierć 36 tys. ludzi i ochłodzenie klimatu na Ziemi przez 2-3 lata – mówi wulkanolog.

Prognozowanie aktywności pomaga uniknąć tragedii

Kolejna kwestia to aktywność wulkanów. Nasz ekspert wyjaśnia, że w prognozowaniu zagrożenia kluczową rolę odgrywa wiedza o historii wulkanu. Jeśli już wiemy, że jest groźny i są mieszkańcy, którym zagraża, buduje się stacje badawcze (naziemne bądź prowadzi obserwacje satelitarne). Są one wyposażone w instrumenty śledzące intensywność zjawisk: wstrząsów, wzrostu temperatury, odkształceń terenu, emisji gazów, geochemii (zmiana składu chemicznego wód).

– Jeżeli intensywność tych zjawisk rośnie, wzrasta poziom zagrożenia i ogłaszane są kolejne poziomy alarmu. W ten sposób śledzony jest też ruch magmy ku powierzchni (sejsmika, grawimetria). Precyzja prognoz stale się poprawia, pod warunkiem istnienia wspomnianych sieci monitoringu. Oczywiście wulkany stanowią zagrożenie. Są duże miasta, które położone są wyjątkowo blisko wulkanów o złej sławie. Np. Quito, Arequipa, Neapol. Wezuwiusz ma w sąsiedztwie Neapol, ale akurat wulkanolodzy bardziej obawiają się wulkanu Campi Flegrei (Pola Flegrejskie), który położony jest po drugiej stronie miasta nad Zatoką Neapolitańską. Popioły z jego erupcji 40 tys. lat temu, znaleziono w okolicy Moskwy. Czynne fumarole, wahanie poziomu dna w zatoce i na brzegu, potwierdzają obecność i aktywność zbiornika gorącej magmy. Wielu twierdzi, że to najgroźniejszy wulkan Europy – powiedział dr inż. Andrzej Gałaś.

Z kolei wulkan La Palma (Wyspy Kanaryjskie) był aktywny w okresie 19 września – 13 grudnia 2021. W trakcie erupcji powstało 6 kraterów, najwyższy stożek miał 175 metrów i wyrzucił 200 mln m³ lawy. Jej temperatura wynosiła 1140°C i całkowicie zniszczyła domy dwóch wiosek, infrastrukturę i pola uprawne. – Szczęśliwie erupcja była monitorowana i mieszkańców wcześniej ewakuowano. Możemy sobie wyobrazić, co stanie się, gdy w sąsiedztwie wulkanu znajduje się wielomilionowe miasto o gęstej zabudowie – mówi ekspert.

Od odkrycia Kanionu Colca do utworzenia Geoparku UNESCO

Zdobycie Kanionu Colca na kajakach było przyrównywane do wejścia na Mount Everest. Udało się to w 1981 r. Polakom: kierownikowi wyprawy Andrzejowi Piętowskiemu, kajakarzowi Piotrowi Chmielińskiemu, kapitanowi pontonu Jerzemu Majcherczykowi, członkom załogi Stefanowi Danielskiemu i Krzysztofowi Kraśniewskiemu, filmowcowi Jackowi Boguckiemu oraz fotografowi Zbigniewowi Bzdakowi. Dokonania wyprawy kajakowej Canoandes '79, wpisane zostały w 1984 roku do Księgi Rekordów Guinnessa. Starania uczestników Polskiej Wyprawy Naukowej do Peru miały też na celu ochronę tego miejsca. W efekcie ustanowiono tam Geopark UNESCO.

Historia badań naukowców z AGH sięga natomiast 2003 r., kiedy odbył się rekonesansowy wyjazd pracowników Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, prof. Andrzeja Paulo i dr. Andrzeja Gałasia do Doliny Wulkanów. Głównym walorem tamtych rejonów jest czytelna budowa geologiczna, dająca możliwość obserwowania zachodzących tam procesów: następstw trzęsień Ziemi, uskoków, erozji, ruchów masowych oraz różnego rodzaju form młodej aktywności wulkanicznej.

– Dolina Wulkanów, gdzie występują najpiękniejsze stożki piroklastyczne grupy Andahua objęta jest od 2019 roku Geoparkiem UNESCO Colca i Wulkany Andagua. Dziwnym trafem w Dolinie jest też obszar zwany Pampa Huajana, co w języku qechua oznacza „Pampa, gdzie dzieci płaczą”. To ważna informacja dla zapewnienia bezpieczeństwa licznie przybywającym do geoparku turystom, co jest przedmiotem mojej współpracy z peruwiańskimi naukowcami z Obserwatorium Wulkanologicznego w Arequipa (INGEMMET, Peru) – mówi wulkanolog.

Aktywność wulkaniczna regionu Colca

Dr inż. Andrzej Gałaś prowadzi projekt grupy wulkanów w południowym Peru. Ostatni z nich był czynny około 350 lat temu. Są to głównie rozproszone w trudnym górskim terenie małe kopuły lawowe oraz stożki piroklastyczne. Jak mówi, gdy rozpoczynał badania, nie były one nawet wyznaczone w terenie i policzone, więc pierwsze lata spędził na pracy kartograficznej, żeby określić zasięg występowania i liczbę centrów erupcyjnych.

– W Polsce nie ma obecnie żadnych aktywnych wulkanów. Dlatego moim poligonem badawczym od 2003 roku są wulkany grupy Andahua położone w południowych Andach. PWNP ma za zadanie dokumentację walorów środowiska Kanionu Colca i Doliny Wulkanów. Mój projekt doskonale wpisuje się w ten cel. Wulkany są ciekawym obiektem badawczym, a dodatkowo stanowią wielką atrakcję turystyczną. Trudnodostępny teren spowodował, że te wulkany długo uchodziły za niezbadane. W porównaniu ze stratowulkanami są małych rozmiarów i ukryte w górach nie stanowią dużego zagrożenia dla niewielkiej populacji mieszkańców – mówi dr. inż. Gałaś.

Odkrycie Polaków zmieniło pogląd na zagrożenie

Przypomnijmy, że gdy rozpoczynał projekt, nie była znana nawet ich liczba i zasięg produktów (law, popiołów). Po latach pracy udało mu się odnaleźć ponad 146 centrów erupcji: 43 stożki piroklastyczne i 103 kopuły lawowe. Prace prowadził na obszarze 10 tys. km2, w przedziale wysokości od 1 130 do 5 700 m n.p.m. – Nieliczni badacze zwracali uwagę tylko na stożki piroklastyczne, które łatwo odróżnić w terenie. Wulkany tej grupy określano jako monogenetyczne, o prostej budowie. Tymczasem moje badania spowodowały, że dzisiaj grupa Andahua określana jest jako zdominowana przez wypływy lawy. Udowodniłem też, że poza prostymi stożkami są też wulkany o złożonej budowie. Moimi pracami zainteresował się światowej sławy wulkanolog prof. Károly Németh z Massey University w Nowej Zelandii, którego doświadczenie wykorzystałem w redagowaniu finalnych wniosków – mówi „Wprost”.

W 2017 roku wulkanolog kierował wyprawą, w której brali udział: dr Paulina Lewińska (Wydział Geodezji i Inżynierii Górniczej, AGH) oraz czterej studenci (Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, AGH). W lawach udało im się odnaleźć rzadkie minerały – granaty. – Jest to pierwsze, unikalne wystąpienie tych minerałów we współczesnych lawach w Andach. Co więcej, inkluzje zawarte w kryształach granatów zawierają siarkę. Znany specjalista od granatów prof. Jarek Majka (Uniwersytet Uppsala i AGH) stwierdził, że powstały one podczas kontaktu magmy ze skałami bogatymi w siarczany. Zmienia to pogląd na zagrożenie, jakie mogą stanowić wulkany grupy Andahua, jeśli się przebudzą. Erupcji może towarzyszyć znacznie większa ilość związków siarki w powietrzu. Także w stężeniu szkodliwym dla ludzi i innych organizmów żywych. Tego typu małe wulkany, gdy są aktywne, chętnie odwiedzane są przez turystów (np. na Islandii) – dodaje Andrzej Gałaś.

Istnieje konieczność dalszych badań

Prace odbywają się w ramach Polskiej Wyprawy Naukowej do Peru, grupy zrzeszającej naukowców z różnych ośrodków (Uniwersytet Śląski, Uniwersytet Jagielloński) bez stałego źródła dofinansowania.

W wulkanologii od wielu lat obowiązuje pewien regionalizm. Obszary wulkanów przyciągają naukowców, tworzy się ośrodki badawcze, obserwatoria wulkanologiczne. Ich zadaniem jest dalszy rozwój metod prognozowania oraz opisania procesów, które zachodzą we wnętrzu Ziemi i są odpowiedzialne za erupcje wulkanów. Bardzo trudno jest znaleźć obiekt badań, który jest poza sferą zainteresowań takich ośrodków. Tym bardziej że wulkany mają „wybuchowy charakter” i bez „skrępowania” ogłaszają swoje istnienie deszczem popiołów, fajerwerków, falami tsunami itp.

Badana przez dr. Andrzeja Gałasia grupa wulkanów w południowym Peru nadal skrywa wiele tajemnic. Czy opuszczone przed setkami lat osady to efekt chmur zawierających siarkowodór, kwas siarkowy? Jaki ma związek istnienie tak wielu małych wulkanów wzdłuż najgłębszego kanionu na świecie? Czy wody termalne wypływające u podnóża law mogą być wykorzystane jako źródło energii i surowców? Czekamy na kolejne analizy, może wkrótce uda się odpowiedzieć na te i inne pytania. Zainteresowani mogą zasięgnąć aktualnych informacji na stronie głównej projektu.

Nauka to polska specjalność
Wielkie postacie polskiej nauki

Przeczytaj inne artykuły poświęcone polskiej nauce



Projekt współfinansowany ze środków Ministerstwa Edukacji i Nauki w ramach programu „Społeczna Odpowiedzialność Nauki”