Śmiech Wulkana

Urocza i dzika Islandia przesłała nam obłok pyłu wulkanicznego. Czy raczej - popiołu, bo jest to materiał pochodzący przede wszystkim z rozżarzonej magmy, gwałtownie wyrzucanej podczas erupcji. Ziarna pyłu mają mikrometrową średnicę, choć na mniejsze dystanse wyrzucane są okruchy nawet milimetrowe. Pył najdrobniejszy, który w potężnym wulkanicznym kominie konwekcyjnym dociera do kilometrowych wysokości, może przemieszczać się daleko. Ma zwykle porowatą strukturę, liczne krawędzie i wyżłobienia, jest lekki, ale twardy, działa więc jak proszek polerski. Składa się w znacznym stopniu z krzemionki, ale zależnie od typu wulkanu może mieć bardzo różne parametry fizyczne, a więc także temperaturę topnienia.

Drobiny

Koncentracja pyłu także bywa bardzo różna, ale tam, gdzie notuje się zagrożenia, jest ona porównywalna do burz pyłowych na Saharze, czyli nawet pojedynczych miligramów na m3. Zwykle to kilkadziesiąt - kilkaset mikrogramów. To setki i tysiące drobin w metrze sześciennym. Przeciętny silnik odrzutowy podczas lotu przez taką chmurę zasysa miliardy cząstek na sekundę.

Pył krzemionkowy, a taki przeważa w przypadku wulkanów, jest wielokrotnie mniej groźny niż pyły przemysłowe, motoryzacyjne oraz "domowe", zbierane przez odkurzacze. Nasze płuca są przygotowane na przyjmowanie nawet drobin o takich rozmiarach, że potrafią docierać do wnętrz pęcherzyków płucnych. Dopiero po wielu latach, zwykle pod koniec życia, mogą się pojawić objawy silikozy, czyli narastających trudności w oddychaniu. Ale i tak choroba ta dotyczy przede wszystkim pyłu "świeżego", czyli pochodzącego np. z obróbki skał. Pyły takie mają liczne ostre krawędzie, co powoduje, że płuca, zwłaszcza pęcherzyki płucne, są uszkadzane oraz wydzielają się substancje odpowiedzialne za proces zwłóknienia tkanki płucnej. Pyły wulkaniczne odpowiadają za to w mniejszym stopniu, dlatego że człowiek raczej nie przebywa bez osłony na wysokościach, na których można je znaleźć, natomiast grubsze ziarna pochodzenia wulkanicznego są zwykle obtopione.

Prowadzone także w Polsce pomiary pyłu PM10, czyli drobin poniżej 10 mikrogramów, nie wykazały w ostatnich tygodniach wzrostu stężeń. O wiele większe prawdopodobieństwo pojawienia się zdrowotnych następstw zapylenia krzemionkowym pyłem występuje w sąsiedztwie pustyń. Beduini z Pustyni Syryjskiej po 20 latach przebywania w krainie, gdzie powietrze nieustannie zawiera co najmniej pół tysiąca mikrogramów pyłu na m3, skarżą się na trudności z oddychaniem, ich płuca trwale chorują, a pęcherzyki zapełniają się ochronną substancją białkową.

Wulkany nie powodują więc bezpośrednich skutków w naszym zdrowiu, jeśli oczywiście jesteśmy od nich odpowiednio daleko. Wystarczy zwykle kilkanaście kilometrów, czyli niewiele więcej niż w przypadku rekina czy kobry.

Erupcja

Wulkany to zjawisko zanikające. Ziemia jest już stara, osiągnęła wiek emerytalny i nie stać jej na fajerwerki erupcyjne sprzed setek milionów lat. Ogromne pokrywy lawowe z Brazylii, Indii, Afryki świadczą o rozmiarach wulkanizmu setki razy potężniejszych niż dzisiejsze. Nawet 2 mln lat temu, kiedy funkcjonowały jeszcze wulkany w Yellowstone, wyrzucana masa produktów wulkanicznych, w tym popiołów, sięgała 2,5 tys. km3, czyli kilka miliardów ton. Straszący Europę Eyjafjöll, jak się dziś ocenia, nie wyrzucił jeszcze tysięcznej części tej masy.

Stopniowo, bez pośpiechu, ale jednoznacznie, będzie nam wulkanów ubywać i pewnie kiedyś, za setki milionów lat, ktoś za nimi zatęskni. Ziemska skorupa, a zwłaszcza górna jej część, zestala się i twardnieje, izolując ogniska magmy leżące zaraz pod nią. Jest ich jeszcze sporo, zwłaszcza w strefach kontaktu płyt tektonicznych, ale ostygną i nie starczy im mocy, by się przebić. Zanim to nastąpi, będziemy świadkami wielu jeszcze nagłych, a także spodziewanych erupcji. Niektóre będą szczególnie silne, bo zakończą wieloletni wysiłek wyrwania się wulkanicznych gazów ze skalnych pułapek.

Nie można jednak liczyć, że wulkany, powoli niknąc, staną się spokojniejsze, na wzór prowadzącej statki przez cieśninę Messyńską naturalnej latarni - wulkanu Stromboli. Jakże dobrze o tym świadczy historia Wezuwiusza, Etny i "rodziny islandzkiej".

Gwałtowny wybuch wulkanu wywołany przedarciem się gazów i magmy, czyli lawy, do powierzchni, zawsze powoduje w pierwszej fazie ogromną emisję przeróżnych "produktów". Są to wielkie odłamy skał z brzegów krateru, bomby wulkaniczne, czyli zestalona kuliście lub wrzecionowato lawa o rozmiarach arbuza; tzw. lapille i scoria w postaci różnokształtnych, zwykle obtopionych na krawędziach fragmentów lawy lub skał podłoża wielkości orzechów lub ziaren grochu; lekkie i porowate bryłki pumeksu o gęstości poniżej grama na cm3; wreszcie popioły i pyły. Gazy wydobywają się spokojnie lub gwałtownie, w postaci pary wodnej, CO2, wodoru, azotu, związków chloru, siarki. Wszystko to bywa gorące i przy powierzchni ziemi może się mieszać w straszliwe obłoki piroklastyczne.

Kataklizmy

Historia emisji pyłów wulkanicznych wiąże się z historią wielkich erupcji. Wydaje się, że najpotężniejszy pod każdym względem był nie tak odległy w czasie, katastrofalny wybuch wulkanu Tambora na sundajskiej wyspie Sumbawie, leżącej pomiędzy Floresem i Lombokiem, parę setek kilometrów na wschód od uroczej Bali, też znanej z wulkanów. Góra miała przed wybuchem 4200 metrów. Była najwyższa w całej Indonezji. Po 10 kwietnia 1815 r. obniżyła się do 2850 m. Skały zmieniły się w okruchy i pył. W ciągu trzech całkowicie czarnych dni i nocy Tambora wypluł 150 km3 pyłów i popiołów, pokrywając wszystko półtorametrową warstwą w promieniu 40 km. Na całej Ziemi nastały dwa lata bez urodzajów, bo pyły obiegały planetę wielokrotnie, obniżając temperaturę powietrza o około 3 st. C. Zginął praktycznie cały lud Tambora, zanim został poznany przez Holendrów. Dziś znamy tylko kilkadziesiąt ich słów, świadczących o fascynującym pochodzeniu zabranego przez wulkan ludu.

Nieco mniej pyłu wyrzucił Katmai 6 czerwca 1912 r. Ocenia się, że było ich "tylko" 20 km3. Bez trudu obiegły kulę ziemską, powodując krwiste zachody i wschody słońca. Dzięki położeniu wulkanu (nasada Płw. Alaska w sąsiedztwie wyspy Kodak) pyły szybko, ze strumieniem wiatrów zachodnich, dotarły do wszystkich miejsc szerokości umiarkowanych. Dobrze, że w tym czasie nie było jeszcze masowej komunikacji lotniczej. Można obliczyć, że masa wyrzuconych pyłów spowodowała powstanie chmury o objętości ok. pół miliona km3.

Dostawcą kolosalnych ilości pyłu wulkanicznego był także Krakatau. Podczas jego słynnego wybuchu w 1893 r. pyły pokryły 750 tys. km2. Dzięki położeniu w sąsiedztwie równika, trasy wędrówki smugi pyłowej ujawniły swoistość cyrkulacji w strefie tzw. konwergencji pasatów: pyły przez pół roku wędrowały na wschód, a następnie zawracały. Oczywiście i tak pokryły niebo prawie nad całą strefą międzyzwrotnikową. A było ich około 18 km3.

Być może bardziej wydajny był wulkan (lub wulkany) wyspy Santorin (Thera) na Morzu Egejskim. Ta straszliwa erupcja odnotowana w roku 1650 p.n.e., którą niektórzy wiążą z zagładą Atlantydy, spowodowała przemieszczenie do atmosfery połowy ówczesnego archipelagu, co mogło oznaczać nawet 40 km3 pyłu. Dziesięciokrotnie mniej wyrzucił już w nowej erze Wezuwiusz, choć wiemy, jakie spustoszenia uczynił spadający wokół popiół.

Na tej liście słynny wulkan St. Helens jest na szarym (dosłownie i w przenośni) końcu. Ocenia się, że jego niespodziewana erupcja w 1980 r. uwolniła - zaledwie! - dwa miliardy ton pyłów, pokrywając opadłym pyłem 1/5 powierzchni USA.

Najmniej groźne są wulkany podmorskie. Produkty erupcji pozostają w wodzie. Niestety, pozostają w bezpośrednim sąsiedztwie wulkanu. W ten sposób szybko rośnie podwodna góra wulkaniczna, która z czasem się wynurza. Mamy takich gór dużo, zwłaszcza na Pacyfiku. Mauna Kea i Mauna Loa na Hawajach są szczytami takiej supergóry o wysokości 10 km, a więc wyższej od Himalajów.

Wyspa wulkanów

Popłyńmy (bo nie polecimy) na Islandię. Wyspa lodowców, wulkanów i śledziowego rybołówstwa. Naród często spowity dymami z kraterów i szczelin, nucący podczas długich zimowych nocy ustami wszechobecnych chórów smętne słowa sag. Na Islandii jest 130 wulkanów, z czego 18 czynnych, czyli okresowo dających o sobie znać od czasu zasiedlenia tej wyspy w IX stuleciu. Stąd wydobyła się połowa całej lawy i pyłów w czasach historycznych. To prawdziwe królestwo Wulkana.

Największym zgromadzeniem kraterów jest lodowiec Vatna w południowo-wschodniej części wyspy. Drzemie tam parę zatkanych korkami lawy kraterów. Wymieńmy trzy: Grimsvotn, Bardabunga i Hvannadalshnukur będący jednocześnie najwyższym szczytem wyspy. Erupcje powodują gwałtowne topnienie pokrywy lodowej i potężne powodzie wodno-błotne, spływające nieprzerwaną falą na południe, do Atlantyku. Ocenia się, że pod Vatną aktywność wulkaniczna potęguje się co ok. 40 lat. Notuje się wtedy 6-11 erupcji. Tak mówi tysiącletnie doświadczenie Islandczyków.

Także pod innymi płatami lodowymi ukryte są kominy wulkaniczne. Zresztą "nasz" EyjafjÖll też był spowity czapą lodu, w której zieje już głęboka i szeroka, wytopiona dziura.

Poprawmy przy okazji nazewnictwo. Redaktorzy telewizyjnych "niusów" naśmiewali się z wykręcającej struny głosowe nazwy EyjafjÖllajÖkull. Tymczasem nie jest to nazwa wulkanu, lecz lodowca, pod którym drzemał. JÖkull to w pięknym celtyckim języku Islandczyków - lodowiec.

Nieopodal wznosi się dostojna Hekla, dobrze znana Islandczykom z niszczącego wybuchu w 1491 r., a przez geologów odnotowana metodami pośrednimi także kilka razy przed naszą erą.

Znacznie groźniejszy jest jednak ewenement w skali świata: wulkan szczelinowy Laki, który wyemitował w 1783 r. więcej pyłów niż Wezuwiusz i o wiele więcej niż EyjafjÖll. To tamte lata zapisały się w historii wyspy jako chłodne i głodne. Pokrycie pyłami, już i tak skąpej trawy, wygubiło prawie całą populację owiec. Zmniejszyła się liczba mieszkańców, nie po raz pierwszy zresztą.

Ogromne możliwości ma też Katla, wulkan ukryty pod niedalekim lodowcem Myrdals. O jego skojarzoną z EyjafjÖll erupcję obawiają się wulkanolodzy, znając tragiczną koincydencję prawie równoczesnego wybuchu dwóch antylskich wulkanów Mt. Pelee na Martynice i La Soufriere na sąsiedniej Gwadelupie, w maju 1902 r. Bo wulkany południowej Islandii prawie na pewno mają związek z jednym i tym samym głębokim ogniskiem magmy, a niektóre z nich może nawet z tym samym płytkim jej zbiornikiem, niejako przygotowującym wybuch.

Wreszcie budzi podziw kilka nisko położonych kraterów na półwyspie Snaefels, gdzie docierają młodzi entuzjaści emocji wyzwalanych przez podziemne moce. Groźna wyspa dla odpornych. Zapewne wulkany pozostaną tu ostatnim przejawem potęgi natury każącym skłaniać głowę w podziwie i bojaźni.

W powietrzu

Wobec perypetii lotnictwa z islandzkim pyłem rodzą się pytania o drogi rozprzestrzeniania się pyłów w górnej troposferze, czyli najniższej warstwie atmosfery. Stratosferę - następną po niej - możemy pozostawić poza rozważaniami, gdyż, jeśli pyły tam dotrą, to, chociaż utrzymywać się będą długo, nie zagrożą lotnictwu: loty stratosferyczne słusznie wyeliminowano z obawy o trwałość obecnego tam ozonu.

Cyrkulacja górnotroposferyczna jest odmienna od tej notowanej na poziomach "podchmurowych". Przede wszystkim występują tam prądy strumieniowe, które bardzo szybko mogą przenieść zapylone powietrze na znaczne odległości (z prędkością 200-400 km/h). Ogólnie rzecz biorąc, masy powietrza na północ od zwrotnika Raka dość szybko ulegają wymieszaniu i generalnie przesuwają się na wschód, przy częstych skrętach, rozwidleniach itd. Islandia leży nie tylko w ognisku wulkanicznym północnego Atlantyku wytworzonym przez starcie platform kontynentalnych euroazjatyckiej i północnoamerykańskiej, ale też w sercu cyrkulacji cyklonalnej. Tu tworzy się większość niżów zmierzających z zasobami wilgoci do kontynentalnej Europy. Dlatego notowany niedawno kierunek wędrowania chmury pyłów wulkanicznych z EyjafjÖll jest zupełnie oczywisty. Można po prostu stwierdzić, że islandzkie wulkany dymiły, dymią i będą dymić w naszą stronę. Nie ma co liczyć, że pył wyniesie się na biegun.

Oczywiście pyły, podlegając sile grawitacji, opadają. Zwykle jednak wolno i z przerwami na czas, kiedy trafiają w strefy powolnych prądów wznoszących. W ten sposób mogą zalegać w atmosferze długie miesiące, nawet lata. Nad północną półkulą zawsze wędrują islandzkie pyły wulkaniczne, swoista pamiątka po nawet dawnych erupcjach.  Wynika to ze skrzydlatej budowy pyłów i ich małej gęstości. Nie może ich wypłukać deszcz i usunąć śnieg, bo zjawiska te na wysokościach górnej troposfery nie występują.

Pozostaje więc kwestia możliwej odporności lotniczych silników i innych urządzeń na drobny pył kwarcowy. Kwestia technologiczna. Urządzenia powinny działać podobnie do naszych płuc. Tak się dobrze składa, że EyjafjÖll produkuje lawę riolitową, składem przypominającą granit. Ma ona wyraźnie wyższą temperaturę topnienia niż powszechna lawa bazaltowa, co chroni przed topieniem się pyłów w rozgrzanych do tysiąca stopni silnikach odrzutowych, a więc przed ich zapychaniem i obciążaniem.

Boje z wulkanami

Historia działalności plutonicznej i wulkanicznej na Ziemi skrywa się w milionach kilometrów sześciennych skał wylewnych i głębinowych, których geolodzy wyróżnili pół tysiąca. Nie jesteśmy w stanie opisać relacji, jakie zachodziły pomiędzy następstwami erupcji i klimatem, a więc życiem. Szanujący boską mądrość Przyrody bez trudu znajdą nić konsekwencji w tych zjawiskach, procesach i związkach. Potężne ilości wyrzucanego przez wulkany pyłu sięgającego górnej troposfery, a nawet stratosfery, i utrzymującego się latami, zatrzymywały istotną część promieniowania krótkofalowego słońca. Jednocześnie warstwy zawierające pył ogrzewały się zarówno w rezultacie pochłaniania tego promieniowania, jak i pochłaniania promieniowania długofalowego Ziemi. Zmieniała się tak istotna dla dynamiki atmosfery stratyfikacja termiczna, prowadząc do zmniejszania się konwekcji oraz adwekcji, czyli pionowych i poziomych ruchów mas powietrza. Rezultatem było ograniczanie zasięgu chmury pyłowej. Ponadto emisja dwutlenku siarki i pary wodnej z kraterów prowadziła do spotęgowania efektu cieplarnianego, a więc wyrównywania strat wywołanych pochłanianiem promieniowania przez drobiny pyłu. Te zawikłane w konkretnych sytuacjach pętle sprzężeń zwrotnych prawdopodobnie zapewniały stabilizację warunków klimatycznych, choć wulkanizm bywa czasami traktowany jako jedna z przyczyn zlodowaceń.

W każdym razie życie na Ziemi raczej dawało sobie radę z potęgą zjawisk wulkanicznych, a wyginięcie dinozaurów przypisuje się innemu kataklizmowi. Dopiero człowiek wprowadził zamieszanie w tym porządku. Najpierw, zapewne pięćdziesiąt parę tysięcy lat temu, wulkan Toba na Sumatrze, zamieniony w cudowne wielkie jezioro, wyrzucił tak potężne ilości pyłów, że połowa roślin wyginęła, a za nią być może nawet trzecia część ówczesnych mieszkańców tych stron, którzy szykowali się do zaludnienia Australii. Wulkan na długo ich powstrzymał. Potem lokowaliśmy miasta i pola uprawne w sąsiedztwie aktywnych kraterów, korzystając z dobrodziejstwa wulkanicznych gleb. W efekcie wiele dawnych śladów cywilizacji utrwaliły wulkaniczne pyły, a nawet kwaśna lawa pozostawiająca ślady zabudowy. Jeszcze później zaczęliśmy naśladować wulkany, emitując gazy i pyły. Na szczęście bez bomb wulkanicznych, lawy i dość krótko. Dziś gasimy te pochopne, trujące pochodnie. W chwilach zachwytu nad przewagami cywilizacji, stoczyliśmy kilka bojów z wulkanami. Bojów przegranych. Japończycy, Meksykanie, a przede wszystkim administracja Hawajów starały się utorować drogę potokom lawowym obok osiedli, a nawet zatrzymać je, wznosząc potężne budowle inżynierskie. Uśmiał się z tego Wulkan.

Choć w jednym, znów islandzkim przypadku, udało się przechytrzyć piekielne moce. Mowa o zalaniu wulkanu Eldfell na rybackiej wysepce Vestmannaeyar u południowych wybrzeży Islandii milionami ton morskiej wody. Ostygł i pozostawił osadę w całości. Oczywiście rozsądni mieszkańcy najpierw uszli na bezpieczną odległość.

Pyłów wulkanicznych nie próbowano zatrzymać.

***

Ogniste kuźnie Hefajstosa są emanacjami natury bez szans na ich pokonanie. Jeden przeciętny wybuch ma moc kilkuset bomb wodorowych. Nadal nie potrafimy skutecznie przewidywać czasu, natężenia, rodzaju, a nawet miejsca erupcji. Niewiele wiemy o możliwych szlakach wulkanicznych pyłów. Może zatem zaprzestać osadnictwa w ich sąsiedztwie?

Łatwo to pisać w kraju, gdzie ostatni wulkan ucichł 230 mln lat temu.

Dr WITOLD LENART jest klimatologiem, wicedyrektorem Centrum Badań nad Środowiskiem Przyrodniczym UW. Stale współpracuje z "Tygodnikiem Powszechnym".