Choć zagrożenia związane z wulkanami oraz (w mniejszym stopniu) trzęsieniami ziemi nas nie dotyczą, to jednak dzięki internetowi można samemu badać bieżącą aktywność Ziemi, szukać przyczyn katastrof oraz dowiedzieć się, z jakimi niebezpieczeństwami trzeba się liczyć na wakacyjnym wyjeździe.

Coraz więcej informacji związanych z aktywnością sejsmiczną i wulkaniczną umieszczanych jest w globalnej sieci, i to w czasie rzeczywistym. Śledzenie wydarzeń, które mają miejsce właśnie teraz może okazać się bardzo pouczające, a przy okazji stanowić dobrą rozrywkę i świetną alternatywę dla bezcelowego buszowania w internecie.

Trzęsienia ziemi i wulkany -- przyczyny.

Gdzie zdarzają się trzęsienia ziemi?

Polska jest obszarem niemal asejsmicznym, a większość rejestrowanych wstrząsów ma związek z działalnością człowieka. Aby sprawdzić, gdzie najczęściej zdarzają się trzęsienia ziemi, najłatwiej jest wejść na strony internetowe Esri, zaglądając do bazy darmowych, generowanych na bieżąco map:

Link: mapa Earthquakes and Volcanoes

Na ekranie pojawią się informacje dotyczące mapy oraz linki do źródeł danych. Ponieważ nie zamierzamy tworzyć własnych map, więc źródła danych nie będą nam potrzebne. Wystarczy kliknąć Otwórz, a potem Otwórz w przeglądarce map.

Trzęsienia ziemi i wulkany -- przyczyny.

Gotowe. Na mapie pojawią się koła reprezentujące trzęsienia ziemi zarejestrowane w ciągu ostatnich 90 dni. Są to dane pochodzące z rejestru amerykańskiej służby geologicznej (USGS). Jeżeli niedawno miał miejsce jakiś głośny kataklizm, to prawdopodobnie zobaczymy go w postaci różowego koła. Po kliknięciu na nim wyświetli się niewielkie okienko z najważniejszymi informacjami o zdarzeniu, w tym jego siłą oraz datą. Średnice okręgów wrysowanych na mapie odpowiadają sile (czyli tak zwanej magnitudzie) trzęsienia ziemi.

Trzęsienia ziemi i wulkany -- przyczyny.

Nietrudno dostrzec, że ogniska trzęsień ziemi skupiają się wzdłuż wyraźnych linii. Jest to szczególnie dobrze widoczne w rejonie Pacyfiku. Te linie są granicami kier (płyt) litosfery.

Trzęsienia ziemi i granice kier litosfery

Skorupa ziemska (najbardziej zewnętrzna powłoka Ziemi) zbudowana jest z wielu zazębiających się ze sobą fragmentów budujących kontynenty i oceany. Ich wzajemne przemieszczenia – oddalanie się od siebie, kolizje oraz ruchy przesuwcze – są właśnie przyczyną trzęsień ziemi.

Sprawdźmy, czy rzeczywiście aktywność sejsmiczna ma związek z granicami płyt litosferycznych. W tym celu naciśnijmy przycisk Dodaj. Jeżeli nie jest on widoczny (powinien być na górnej belce, pod nazwą mapy), to trzeba kliknąć Modyfikuj mapę – link ten znajduje się blisko górnej krawędzi okna, po prawej stronie).

Teraz wybierzmy Wyszukaj warstwy tematyczne. W polu Znajdź wpiszmy plate boundaries. Po kliknięciu Idź powinna pojawić się lista zawierająca kilkadziesiąt pozycji. Trzeba na niej odnaleźć element Earth’s Tectonic Plates (prawdopodobnie będzie pierwszy na liście). Kliknijmy znajdujący się obok przycisk Dodaj, a następnie Zakończ dodawanie warstw (przycisk pod listą znalezionych warstw mapy).

Trzęsienia ziemi i wulkany -- przyczyny.

W tym momencie na mapie powinny pojawić się podwójne linie oznaczające granice kier litosfery. Każda z płyt jest opisana – niestety w języku angielskim.

Zdecydowana większość trzęsień ziemi powinna znaleźć się na granicach kier. Niektóre z krawędzi płyt litosfery są jednak wyraźnie „preferowane” pod względem liczby wstrząsów, podczas gdy inne (na przykład w rejonie północnego Atlantyku lub południowej części Oceanu Indyjskiego) są względnie spokojne.

To zróżnicowanie jest efektem procesów zachodzących na poszczególnych krawędziach:

  1. Krawędzie na których dochodzi do kolizji kontynentów, lub gdzie skorupa oceaniczna zanurza się pod skorupę kontynentalną bądź inny fragment skorupy oceanicznej, tworząc tak zwaną strefę subdukcji, są silnie sejsmiczne.
  2. Krawędzie na których nie dochodzi do kolizji pomiędzy krami litosfery, a gdzie płyty oddalają się od siebie (są to strefy ryftów oraz tak zwanych grzbietów śródoceanicznych) trzęsienia ziemi są wyraźnie rzadsze, choć również mogą być katastrofalne.

Nanieśmy teraz na mapę oznaczenia, które powiedzą nam, jaki typ granicy reprezentuje każda krawędź wszystkich kier litosfery. W tym celu ponownie kliknijmy Dodaj > Wyszukaj warstwy tematyczne. Na liście rezultatów wyszukiwania (jeśli zniknęły, to ponownie wpiszmy plate boundaries) odszukajmy pozycję TectonicPlateBoundaries (utworzone przez ESRI_TESS) i naciśnijmy Dodaj, a potem Zakończ dodawanie warstw.

Trzęsienia ziemi i wulkany -- przyczyny.

Na mapie powinny pojawić się teraz różnokolorowe linie pokrywające się z naniesionymi wcześniej granicami kier litosfery. Reprezentują one typy krawędzi płyt. Jak możemy zaobserwować, obie warstwy mapy nie zawsze idealnie się pokrywają: korzystając z map kier litosfery warto więc pamiętać, że nie zawsze są one precyzyjne, lub reprezentują one różne modele granic kier. Niektóre typy krawędzi mogą też być pominięte, co też widać w naszym przykładzie. Pierwsza z warstw zawierała mniej krawędzi niż druga, w związku z tym część granic kier pojawiła się dopiero w tym momencie.

Teraz powinniśmy rozszyfrować znaczenie kolorów, którymi oznaczone zostały granice kier. W tym celu sprawdźmy, czy po lewej stronie widoczna jest karta Zawartość. Jeśli nie, to trzeba uaktywnić kartę Szczegóły lub, gdy jest ona na ekranie, nacisnąć ikonę Pokaż zawartość mapy (blisko lewego górnego narożnika). Następnie kliknijmy napis TectonicPlateBoundaries – PlateLn Type.

Pojawi się legenda warstwy: cztery różnokolorowe linie wraz z opisem. Krawędzie kier, wzdłuż których dochodzi do kolizji i/lub subdukcji nazywane są często konwergentnymi. Na naszej mapie oznaczone są one czerwonymi liniami, a w legendzie opisane jako Convergent. Jak można zaobserwować, większość trzęsień ziemi skupia się właśnie w bezpośrednim sąsiedztwie tych granic.

Na tej samej mapie wyraźnie widać również i to, że granice wzdłuż których powstaje nowa skorupa oceaniczna (lub ryfty, które mogą w przyszłości stać się nowymi oceanami) są krawędziami stosunkowo spokojnymi. Są one oznaczone niebieskimi liniami i opisane jako Divergent (dywergentne).

Geneza wulkanów

Teraz zobaczmy, czy lokalizacja wulkanów również ma związek z granicami kier litosfery. W tym celu na zakładce Zawartość zlikwidujmy zaznaczenie obok elementu Earthquakes i zaznaczmy pozycję Volcanoes of the World.

Trzęsienia ziemi i wulkany -- przyczyny.

W tym momencie na mapie powinny zniknąć dane dotyczące wstrząsów sejsmicznych i pojawić się punkty reprezentujące czynne wulkany. Warto pamiętać, że w danej chwili aktywnych jest kilkadziesiąt z nich – pozostałe są czynne, ale aktualnie uśpione.

Także w tym przypadku punkty skupiają się w rejonie granic konwergentnych. Tym razem schemat ten jest jednak gorzej widoczny, a niektóre wulkany znajdują się daleko od granic kier. Interpretacją tego zjawiska zajmiemy się za moment.

Wulkany na granicach kier

Na początek zwróćmy uwagę na lokalizację wulkanów znajdujących się w pobliżu granic płyt litosferycznych. Tak jak w przypadku trzęsień ziemi są one najliczniejsze w rejonach, gdzie dochodzi do subdukcji (czerwone linie). Wulkany jednak znajdują się także w rejonie grzbietów śródoceanicznych (niebieskie linie). A zatem zarówno niszczenie skorupy w strefach subdukcji, jak i jej tworzenie w strefach ryftów i grzbietów oceanicznych powoduje pojawienie się zjawisk wulkanicznych.

Na naszej mapie wszystkie wulkany zaznaczone są w ten sam sposób. W zależności od ich położenia generują one jednak różnego rodzaju lawy. Wulkany znajdujące się na kontynentach lub w rejonie stref subdukcji pod krawędziami kontynentów częściej wybuchają w sposób eksplozywny (erupcje eksplozyjne), podczas gdy na obszarach oceanicznych dominują spokojne wylewy lawy (efuzje; erupcje efuzyjne). Świetnie obrazuje to przykład Hawajów, gdzie aktywny wulkan nie powoduje dużego zagrożenia, gdyż jego lawa tworzy powoli płynące potoki lawowe. Brakuje tam natomiast gwałtownych erupcji.

To zróżnicowanie wśród wulkanów można wyjaśnić chemizmem wydostającej się z nich lawy. Wulkany znajdujące się na kontynentach zasilane są magmą zawierającą wiele krzemionki (ditlenku krzemu), znajdującej się w dużych ilościach w skałach kontynentów. Magmę taką określa się często mianem „kwaśnej” – wydostaje się ona na powierzchnię ziemi w sposób eksplozywny.

Z kolei wulkany znajdujące się w rejonach oceanicznych zasilane są magmą ubogą w krzemionkę, często o składzie bazaltów. Wylewa się ona w sposób efuzyjny, tworząc potoki lawowe.

Choć więcej słyszymy o katastrofalnych erupcjach eksplozyjnych (co jest zrozumiałe, gdyż powodują one ogromne szkody), to jednak większość lawy wylewa się na powierzchnię ziemi w strefach ryftów i grzbietów śródoceanicznych. To tam powstaje bowiem nowa skorupa ziemska.

Wulkany plam gorąca

Teraz przeanalizujmy jeszcze lokalizację wulkanów leżących z dala od granic kier litosfery. Są one zlokalizowane w rejonach tak zwanych plam gorąca (hotspotów), czyli miejsc znajdujących się ponad pióropuszami płaszcza. Z głębi ziemi (górnego płaszcza) dociera tam silny strumień ciepła, który powoduje przetapianie skał skorupy, powstawanie magmy, a w konsekwencji – wulkanów. Rodzaj erupcji zależy, tak jak w przypadku wulkanów położonych w okolicach krawędzi płyt, od składu chemicznego magmy.

Aby zobaczyć, czy rzeczywiście istnieje związek pomiędzy położeniem plam gorąca a lokalizacją wulkanów, w oknie przeglądarki wydajmy polecenie Dodaj > Dodaj warstwę tematyczną z internetu. Z rozwijanej listy należy wybrać opcję Plik KML i w polu URL wkleić link http://zywaplaneta.pl/wp-content/timeline/Volcanic-Hotspots-modified.kml . Plik KML zawiera dane dotyczące położenia plam gorąca pochodzące z bazy Google Maps, nieco zmienione w celu poprawienia ich przejrzystości.

Trzęsienia ziemi i wulkany -- przyczyny.

Po krótkim oczekiwaniu powinny pojawić się punkty oznaczające lokalizację hotspotów. Zobaczymy je między innymi na Hawajach, w rejonie Yellowstone w Ameryce Północnej, a także w północnej części Afryki. W tych miejscach znajdują się wulkany oddalone od granic kier litosferycznych.

Mapa plam gorąca (hotspotów).

Mapa plam gorąca (hotspotów). Niektóre z nich znajdują się w rejonie grzbietów śródoceanicznych, wzmacniając zachodzące tam procesy wulkaniczne. Źródło: Wikipedia.

Podsumowanie

W ten sposób przeanalizowaliśmy genezę trzęsień ziemi oraz wulkanów, znajdując ich związek z tektoniką płyt skorupy ziemskiej. Wykonaliśmy następujące czynności:

Lista wykonanych czynności
  • pobraliśmy lokalizacje epicentrów trzęsień ziemi, które miały miejsce w ciągu ostatnich 90 dni; zaobserwowaliśmy ich ułożenie wzdłuż charakterystycznych linii,
  • otwierając plik z granicami kier litosfery zauważyliśmy, że ogniska trzęsień ziemi zlokalizowane są wzdłuż niektórych krawędzi płyt,
  • analizując rodzaje granic kier litosfery ustaliliśmy, że epicentra zlokalizowane są głównie w rejonie krawędzi konwergentnych,
  • otwierając plik z lokalizacjami czynnych wulkanów zauważyliśmy, że wiele z nich znajduje się w okolicach granic płyt litosfery, bez silnego związku z ich charakterem,
  • położenie pozostałych wulkanów wyjaśniliśmy obecnością plam gorąca.

Opisany schemat można wykorzystać w celu objaśnienia genezy wulkanizmu oraz wstrząsów sejsmicznych, wzbogacając go o dodatkowe elementy. Warto zajrzeć na strony internetowe, gdzie na bieżąco opisywana jest aktywność wulkanów, często wzbogacona efektownymi zdjęciami. Jednym z takich serwisów jest HVO Photos & Videos, gdzie pojawiają się informacje dotyczące potoków lawowych na Hawajach.

Skutki erupcji eksplozyjnych wulkanów można natomiast obejrzeć w bazie zdjęć amerykańskiej służby geologicznej (USGS). Znajdziemy tam między innymi bogate archiwum zdjęć dokumentujących wybuch wulkanu St. Helens w 1980 roku.

Dobre uzupełnienie mogą również stanowić aplikacje dla smartfonów i tabletów, służące do śledzenia informacji o wstrząsach sejsmicznych oraz aktywności wulkanów w czasie rzeczywistym. Również serwis internetowy Esri, który wykorzystywaliśmy, ma sporo dodatkowych funkcji: między innymi opcję odświeżania danych w zadanych odstępach czasu (przydaje się do śledzenia informacji, które szybko ulegają zmianie), dodawania własnych źródeł danych, a także zapisywania map.