Warto przeczytać

Wulkan to miejsce na powierzchni ciała niebieskiego, z którego wydobywa się lawa lub materiał kriogenicznykriowulkanizm kriogeniczny rozlewający się po powierzchni. Często pojęcia tego używa się również do określania struktur na powierzchni, powstałych wskutek wulkanizmu. Aktywność wulkaniczna zmienia się z czasem. W zależności od stopnia aktywności wulkanów wyróżnia się trzy ich typy:

• czynny, czyli wulkan, który cały czas lub okresowo jest aktywny,

• drzemiący, czyli wulkan, który od dłuższego czasu nie wykazywał aktywności,

• wygasły, czyli wulkan, którego aktywność nie została zaobserwowana w czasach nowożytnych.

Wulkany Układu Słonecznego dzieli się na dwa typy: gorące wulkany wyrzucające z wnętrza stopioną mieszaninę skalną (typu ziemskiego) oraz kriowulkanykriowulkanizm kriowulkany, które wyrzucają z wnętrza substancję będącą mieszaniną cieczy i pary, zamarzającą na powierzchni ciała niebieskiego.

1. Zacznijmy od wulkanów na Ziemi

Ziemia jest jedynym ciałem niebieskim Układu Słonecznego w większości pokrytym wodą w stanie ciekłym. Ze względu na specyficzną powierzchnię, wulkany ziemskie występują zarówna na powierzchni stałej, jak i na dnie oceanów. Jest to jedyne znane ciało niebieskie, na którym występują podwodne wulkany. Wypiętrzona lawa tworzy w wodzie bańkę, która natychmiast zastyga. Na Ziemi znane są trzy rodzaje obszarów, w których grupują się wulkany.

1. Strefa spreadingu: obszar rozrastania się dna oceanicznego, co uwalniana materiał wewnętrzny.

2. Strefa subdukcji: obszar, w którym łączą się dwie płyty tektoniczne i ich nasuwanie się na siebie prowadzi do wypiętrzania materiału wewnętrznego.

3. Plamy gorące: niewielkie obszary, w których skorupa Ziemi jest znacznie gorętsza, przez co następuje roztapianie skał i wypiętrzanie magmy.

R1etaQorCuUec

Rys. 1. Na rysunku zaprezentowano schematycznie strukturę wulkanu. Schemat wulkanu narysowano jako szary stożek znajdujący się na skale macierzystej. Skała macierzysta narysowana jest w postaci brązowej, poziomej powierzchni. Pod skałą macierzystą znajduje się komora wulkaniczna widoczna w postaci czerwonego owalnego kształtu. Z komory wulkanicznej wydobywa się pionowy, pomarańczowy kanał lawowy biegnący ku szczytowi stożka wulkanicznego. W górnej części kanał lawowy rozszerza się. Rozszerzenie kanału nazywane jest gardzielą. Szary stożek wulkaniczny składa się z wielu ciemniejszych i jaśniejszych warstw, przez które przechodzi kanał lawowy. Wewnętrzna część stożka wulkanicznego to naprzemienne warstwy popiołu emitowanego przez wulkan oraz warstwy lawy również emitowanej przez wulkan podczas erupcji. Powierzchnia wulkanu nazwana jest zboczem. Od kanału lawowego odchodzą mniejsze przewody boczne. Niektóre z nich nie dochodzą do powierzchni wulkanu i tworzą zbiorniki lawy wewnątrz stożka wulkanicznego. Taki wewnętrzny zbiornik nazywa się sillem. Część z przewodów bocznych dociera do powierzchni wulkanu. Zarówno z przewodów bocznych dochodzących do powierzchni wulkanu, jak i z górnej części gardzieli nazywanej kominem wydobywa się lawa spływająca po zboczu wulkanu oraz chmury popiołu. Chmury popioły narysowano w postaci unoszącego się w górę szarego obłoku. Spływająca cienką warstwą po zboczu wulkanu lawa nazywana jest potokiem lawowym. Główny potok lawowy wydobywa się z krateru, czyli górnej części komina stanowiącego zwieńczenie gardzieli. Lawa może spływać po zboczu wulkanu aż do jego podnóża, czyli miejsca gdzie na skale macierzystej zaczyna się stożek wulkaniczny. Lawa oraz chmura popiołu może wydobywać się nie tylko z krateru, ale także z kominów bocznych. Przewody boczne tworzą na zboczu wulkanu dodatkowy, mniejszy stożek nazywany stożkiem pasożytniczym.

Wulkany nie zawsze tworzą ogromne góry, jakie znamy z Ziemi. Czasami wylewy magmy nie wypiętrzają stożków, a jedynie rozlewają się po powierzchni.

Wulkany, ze względu na swoje powstawanie i strukturę, mogą tworzyć się jedynie na ciałach niebieskich posiadających stałą powierzchnię. W naszym Układzie Słonecznym są cztery planety skaliste: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars. Na każdej z nich obserwujemy oznaki wulkanizmu.

2. Merkury i dawne wulkany

Sonda MESSENGER, badająca Merkurego, odkryła na jego powierzchni gładkie obszary zastygniętej magmy. Na największej równinie, nazwanej Caloris Planitia, znajduje się obszar, który zapewne jest kompleksem niskich, płaskich wygasłych wulkanów. Prawdopodobnie wskutek silnego bombardowania Merkurego, w obszarach uderzeniowych cienka skorupa planety pękała. Z wnętrza wydobywała się rzadka magma, rozlewając się po powierzchni. Merkury był aktywny wulkanicznie ponad miliard lat temu. Obecnie nie wykazuje żadnych oznak aktywności wulkanicznej.

3. Wenus i jej wulkaniczna powierzchnia

Wenus jest najsilniej ukształtowaną wulkanicznie planetą Układu Słonecznego. Powierzchnia Wenus zdominowana jest przez struktury wulkaniczne. Ponad 90% powierzchni pokryta jest bazaltem, a prawie 65% zawiera struktury ukształtowane z płynącej lawy. Na Wenus jest ponad 1600 wulkanów, z czego większość kompleksów wulkanicznych ma średnicę ponad 100 km (na Ziemi podobny rozmiar ma jedynie kompleks wulkanów na Hawajach). Nie stwierdzono, aby którykolwiek z nich był aktywny. Sonda Magellan zauważyła jednak podczas badań radarowych, że z największego wulkanu Wenus, Maat Mons (8 km wysokości), wydobywają się prawdopodobnie pyły wulkaniczne. Do tej pory żadna inna sonda kosmiczna nie potwierdziła aktywności Maat Mons. Przypuszcza się, że kilka wenusjańskich wulkanów jest w fazie uśpienia, lecz badania nadal trwają. Ze względu na gęstą i grubą atmosferę Wenus, badania są bardzo utrudnione.

4. Mars i rekordowy wulkan

Na Marsie znajduje się największa góra planetarna Układu Słonecznego oraz druga co do wielkości góra znajdująca się na ciele niebieskim w Układzie Słonecznym, czyli Olympus Mons. Góra ta jest również największym wulkanem Układu Słonecznego. Wysokość Olympus Mons sięga prawie 22 km. Jego powierzchnia zakryłaby prawie całą Francję, gdyby Olympus Mons powstał w Europie.

RnEy13d7giLqI

Rys 2. Zdjęcie przedstawia wulkan Olimpus Mons znajdujący się na planecie Mars. Zdjęcie wykonano w skali szarości przez sondę kosmiczną Viking. Na zdjęciu pokazano rozległą szarą, piaszczystą równinę. Na środku równiny znajduje się rozległy, wypukły stożek wulkaniczny zwieńczony kraterem.

Tuż obok Olympus Mons znajduje się kilka innych, nieco mniejszych wulkanów. Trzy z nich leżą prawie w linii prostej, jeden obok drugiego. Cały region określany jest wyżyną wulkaniczną o nazwie Tharsis.

RfxgqP3PxBlWo

Rys 2a. Ilustracja przedstawia mapę topograficzną fragmentu powierzchni planety Mars pokazującą wyżynę wulkaniczną Tharsis. Mapa jest wielokolorowa. Ciepłymi kolorami, takimi jak pomarańczowy i czerwony zaznaczono obszary o większej wysokości. Natomiast kolorami zimnymi takimi jak niebieski zaznaczono obszary znajdujące się niżej. W centralnej części mapy znajduje się czerwony obszar symbolizujący wyżynę. Wyżyna ma prostokątny, nieco zaokrąglony kształt. W górnej lewej części wyżyny widoczne są trzy szare stożki wulkaniczne ustawione prawie w linii prostej biegnącej od lewego i dolnego rogu ilustracji do prawego i górnego rogu mapy. Nad nimi i nieco z lewej strony widoczny jest jeden większy stożek wulkaniczny. Największy stożek to Olimpus Mons, będący największym wulkanem Układu Słonecznego.

Planety karłowate i ich wulkanizm

Planety karłowatePlaneta karłowataPlanety karłowate Układu Słonecznego również mają stałą powierzchnię. Są to obiekty bardzo odległe (poza Ceres, która znajduje się w pasie planetoidplanetoida (asteroida)planetoid pomiędzy Marsem a Jowiszem), więc badanie ich jest bardzo utrudnione. Prawdopodobnie na Plutonie zachodzi kriowulkanizmkriowulkanizm kriowulkanizm. Ze względu na dużą odległość od Słońca, na Plutonie panuje bardzo niska temperatura. Wulkany na tego typu ciałach niebieskich wyrzucają ciecze i pary substancji z wnętrza planety, które na powierzchni zastygają tworząc lody różnych substancji jak na przykład metanu. Na Plutonie znajdują się dwie góry, które mogą być kriowulkanami – Wright Mons i Piccard Mons. Umiejscowione są one na południowym krańcu regionu Sputnik Planitia, tuż przy biegunie południowym Plutona. Oba wzniesienia mierzą co najmniej 4 km wysokości i ponad 150 km średnicy.

Na drugiej ze zbadanych planet karłowatej, Ceres, nie wykryto śladów aktywności wulkanicznej. Podejrzewa się, że najwyższy szczyt na tym obiekcie, Ahuna Mons, jest kopułą kriowulkanu. Prawdopodobnie została uformowana w ciągu ostatniego miliarda lat z mułu i słonej wody. Pozostałe planety karłowate, znajdujące się znacznie dalej niż Pluton, nie zostały sfotografowane, a ich powierzchnie nie zostały też jeszcze zbadane żadną z dostępnych metod.

Księżyce i ich aktywność

Nie tylko na planetach istnieją ślady aktywności wulkanicznej. Księżyc ma na swojej powierzchni bazaltowe morza. Możemy obserwować je w bezchmurne noce, gdy widoczna jest większa część tarczy Księżyca. Są one bardzo podobne do tych występujących na Merkurym. Wskutek uderzeń i pękania skorupy, wewnętrzne warstwy Księżyca wylały się na powierzchnię w postaci magmy i wypełniły kratery uderzeniowe. Regiony te nazwane są morzami. Są nimi między innymi Oceanus Procellurum, Mare Nubium, Lacus Moris czy Sinus Iridum. Prawie 31% widocznej z Ziemi strony Księżyca jest pokryta morzami. Na niewidocznej stronie prawie ich nie ma. Obszary zawierające inne struktury wulkaniczne, takie jak kopuły wulkaniczne lub niewielkie płaskie wulkany, znajdują się na powierzchni księżycowych mórz. Na niewidocznej stronie Księżyca nie znaleziono struktur związanych z aktywnością wulkaniczną.

Aktywność wulkaniczną, cały czas obserwowaną, potwierdzono na trzech księżycach w Układzie Słonecznym. Są nimi:

• Io – księżyc Jowisza,

• Tryton – księżyc Neptuna,

• Enceladus – księżyc Saturna.

Io jest jednym z czterech księżyców galileuszowych. Księżyce te są widoczne z Ziemi przy użyciu lornetki. Na Io znanych jest co najmniej 400 aktywnych wulkanów. Jest to najbardziej aktywne wulkanicznie ciało niebieskie Układu Słonecznego. Aktywność Io jest wynikiem bardzo silnych oddziaływań grawitacyjnych pomiędzy Jowiszem a pozostałymi księżycami galileuszowymi. Wulkany na Io dzielą się na trzy grupy, w zależności od siły wyrzutu, wyrzucanych pierwiastków oraz temperatury wyrzucanej substancji. Wulkany na Io nie są spektakularnie duże. Średnio ich średnica wynosi około 41 km. Wulkany Io wyrzucają prawdopodobnie siarkę, dwutlenek siarki oraz bazalt i hiperbazalty (skały ultrazasadowe, czyli zawierające znacznie mniej krzemionki w stosunku do tlenków metali alkalicznych).

R3U0JYp1ighNO

Rys. 3. Zdjęcie przedstawia jeden z księżyców Jowisza, Io. Zdjęcie wykonała sonda kosmiczna Galileo w tysiąc dziewięćset dziewięćdziesiątym siódmym roku. Na tle czarnej przestrzeni kosmicznej widoczny jest kulisty księżyc Io o żółtoszarej barwie. Na powierzchni księżyca widoczne są ciemniejsze obszary, które przedstawiają góry i wyżyny. Na górnej krawędzi księżyca widoczny jest błękitny rozbłysk wybijający się znacznie ponad powierzchnię satelity. Błękitny rozbłysk to eksplozja wulkaniczna sfotografowana przez sondę kosmiczną.

Na jednym z pozostałych księżyców galileuszowych, Europie, również zauważono ślady po aktywności wulkanicznej. Niestety, brak precyzyjnych danych uniemożliwia potwierdzenie aktywności tego księżyca. Na jego powierzchni wykryto jedynie gładkie obszary lodów, przypominające zastygnięte morza magmy.

Tryton – największy księżyc Neptuna – jest jednym z niewielu aktywnych wulkanicznie księżyców Układu Słonecznego. Tryton pokryty jest różnego rodzaju lodami: zestalonym metanem, amoniakiem i suchym lodem. Wulkanizm tego ciała niebieskiego jest identyczny z wulkanizmem Ziemi. Różnica polega jedynie na wyrzucanej substancji. Tryton posiada kriowulkany. Ze względu na odległość od Ziemi, jest to nadal nie zbadane dokładnie ciało niebieskie. Nie wiadomo, jak dużo wulkanów występuje na powierzchni Trytona. Z dotychczasowych obserwacji i badań wiadomo jedynie, że Tryton wyrzuca podczas erupcji głównie wodę i amoniak.

Enceladus to szósty pod względem wielkości księżyc Saturna. Jest w większości pokryty czystym lodem. Jego powierzchnia jest różnorodna. Ma zarówno regiony pokryte kraterami, jak również regiony spękań tektonicznych. Na Enceladusie nie występują stożki wulkaniczne ani inne tego typu struktury wulkaniczne. Jego aktywność przejawia się właśnie w spękaniach. Tygrysie pasy to region, z którego tryska lód wodny, para wodna oraz niewielkie ilości cząsteczek organicznych.

R1b9W5PwxJ6Ru

Rys 4. Zdjęcie przedstawia fragment powierzchni Enceladusa będącego szóstym pod względem wielkości księżycem Saturna. W dolnej części zdjęcia widoczna jest czarna przestrzeń kosmiczna. W górnej części ilustracji znajduje się fragment ciemnej, kulistej powierzchni Enceladusa. Krawędź powierzchni księżyca jest jasna. Z jasnej krawędzi wydobywają się punktowe smugi jasnej poświaty. Smugi te nazwane tygrysimi pasami, znajdują się na południowym biegunie Enceladusa.

Prawdopodobnie na znacznej części ciał niebieskich Układu Słonecznego znajdują się śladowe ilości aktywności wulkanicznej. Większość z nich prawdopodobnie miała miejsce miliardy lat temu. Tylko niewielka część obiektów Układu Słonecznego ma czynną aktywność wulkaniczną taką, jak ta obserwowana nieustannie na Io, Trytonie, Enceladusie i Ziemi. Aktywność wulkaniczna na księżycach wywoływana jest przez siły pływowe wnętrza ciała, powodowane silnym polem grawitacyjnym sąsiednich obiektów. Wulkanizm na Ziemi czy Wenus związany jest głównie z energią wewnętrzną planet. Im dany obiekt bardziej różni się od planety, tym trudniej jest sprecyzować cechy jego aktywności i pochodzenie struktur występujących na powierzchni.

Rozwój techniki oraz większa liczba misji kosmicznych, mających na celu eksplorację mniejszych ciał niebieskich Układu Słonecznego, pozwoli odpowiedzieć na pytania związane z pochodzeniem kriowulkanów oraz aktywnością wulkaniczną na innych księżycach.

Słowniczek