Jakie procesy wywołują zjawiska wulkaniczne i trzęsienia ziemi?
Jest piątą co do wielkości wyspą w Indonezji, a zarazem najbardziej zaludnioną na świecie. Jej wyjątkowo urodzajna gleba, powstała na osadach wulkanicznych na przestrzeni tysięcy lat, jest jednym z czynników sprawiających, że zamieszkuje ją aktualnie około 140 milionów ludzi. Ten ciekawy i wyjątkowy obszar to Jawa.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
wewnętrzną budowę Ziemi;
przyczyny i konsekwencje płytowej budowy skorupy ziemskiej.
Twoje cele:
wyjaśnisz, czym są wulkany i jak powstają;
odczytasz z mapy, gdzie na Ziemi rozmieszczone są wulkany;
wyjaśnisz przyczyny powstawania, rozmieszczenie geograficzne i konsekwencje trzęsień ziemi.
1. Co to jest wulkan i jak jest zbudowany?
Zjawiska wulkaniczne powstają w wyniku wysokiego ciśnienia materii znajdującej się głęboko pod powierzchnią Ziemi, w skorupie lub płaszczu Ziemi. Powstaje tam magmamagma – gorąca, stopiona masa skał, z dużą ilością wody i gazów. Ciśnienie to powoduje wydobywanie się na powierzchnię stałych, ciekłych i gazowych produktów wulkanicznych. Przez szczeliny i otwory w skorupie ziemskiej wylewa się roztopiona masa skalna, czyli lawalawa, a do atmosfery wyrzucane są gazy i popioły wulkaniczne. Miejsce, w którym na powierzchnię kontynentów lub na dno morza punktowo wydobywa się lawa i inne produkty wulkaniczne jest nazywane wulkanemwulkanem. Od ciśnienia gazów oraz temperatury i lepkości lawy zależy przebieg erupcji oraz kształt stożków wulkanicznych.
Wulkany, z których wydostaje się gęsta lawa, dużo gazów oraz popiołów, przybierają zwykle kształt wysokich stożków, dlatego nazywamy je wulkanami stożkowymi. Ich erupcje są gwałtowne i niebezpieczne dla ludzi. Łagodne, powolne erupcje rzadkiej lawy z małą ilością gazów wulkanicznych tworzą płaskie wulkany tarczowe. Wulkany powstają najczęściej w strefach napierania na siebie płyt litosfery – wówczas magma formuje się ze stopionych skał pogrążających się płyt. Wiele wulkanów występuje również w strefach rozrostu dna oceanicznego, a wylewająca się z nich lawa pochodzi z płaszcza ziemskiego. Wulkany spotyka się także daleko od granic płyt litosfery, ale w ich obrębie. Kształtują się one nad tzw. plamami gorąca (ang. hot spot), czyli miejscami, gdzie prądy konwekcyjne w płaszczu ziemskim dostarczają tak wiele ciepła, że potrafi ono przetopić litosferę i umożliwić wędrówkę magmy ku powierzchni Ziemi. Jedna z największych plam gorąca mieści się pod terenem Parku Narodowego Yellowstone w Stanach Zjednoczonych.
Opisz budowę wulkanu stożkowego. Wymień kilka produktów erupcji wulkanicznej.
27 sierpnia 1883 roku miała miejsce jedna z największych erupcji w dziejach ludzkości. Wulkan Krakatau na małej wyspie w Indonezji (pomiędzy Jawą a Sumatrą) wyrzucił 20‑40 kmIndeks górny 33 popiołów i skał na wysokość 55 km, niszcząc Indeks górny 22/Indeks dolny 33 wyspy. Wybuch było słychać i widać w odległości kilku tysięcy kilometrów. Zginęło kilkadziesiąt tysięcy ludzi.
Gleby powstające na podłożu z popiołów wulkanicznych są bardzo żyzne i w ciepłym klimacie chętnie uprawiane przez rolników. W rezultacie okolice wulkanów w obszarach o dogodnym klimacie charakteryzują się gęstym zaludnieniem.
Gwałtowne erupcje wulkanów, zwłaszcza wulkanów stożkowych, są bardzo niebezpieczne dla ludzi. Potoki lawy, popiół i bomby wulkaniczne, a najbardziej lawiny gorących gazów, popiołów i materiału skalnego schodzące z ogromną prędkością w dół stoków wulkanu, potrafią zabić setki, tysiące, a nawet dziesiątki tysięcy ludzi.
2. Gdzie można natrafić na wulkany na kuli ziemskiej? Zjawiska powulkaniczne
Większość czynnych wulkanów kuli ziemskiej znajduje się w ogromnym pierścieniu obejmującym niemal cały Ocean Spokojny. Jest on związany ze strefami subdukcji i spreadingu. Do strefy tej zaliczamy wulkany zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej i Ameryki Północnej, wschodnie wybrzeża Azji, a szczególnie archipelagi Aleutów, Kurylów, Wysp Japońskich, Filipin i Indonezji aż po Nową Gwineę, archipelagi Oceanii i Nową Zelandię. Nazywamy go Pacyficznym Pierścieniem Ognia. Występuje tam ok. 90% wszystkich czynnych wulkanów na Ziemi. Znacznie mniej wulkanów jest na terenach aktywnych wulkanicznie w Europie (głównie na Islandii i na Morzu Śródziemnym), Afryce (Ryft Wschodnioafrykański i Wyspy Kanaryjskie), na Hawajach i w górach Kaukazu. Pojedyncze występują także w innych miejscach kuli ziemskiej. Wygasłe wulkany, czyli niewykazujące już żadnej aktywności, spotkać można w wielu zakątkach świata, także w Polsce.
W obszarach aktywnych wulkanicznie oraz tam, gdzie wulkany niedawno wygasły, można obserwować wiele zjawisk towarzyszących. Szczególnie efektowne są gejzerygejzery, czyli rodzaj gorących źródeł, z których co pewien czas gwałtownie wydobywa się wrząca woda z parą wodną, osiągając wysokość nawet kilkudziesięciu metrów. Często występują również gorące wody podziemne (wody termalne) oraz gorące źródła, w których woda bez udziału wysokiego ciśnienia spokojnie wypływa na powierzchnię. W wielu miejscach z ciągle gorącego wnętrza Ziemi wydostają się gazy.
Przeanalizuj mapy płyt litosfery oraz mapy występowania wulkanów i stwierdź, czy jest między nimi związek.
Wyszukaj w internecie lub w czasopismach popularno‑naukowych informacji o niedawnych wybuchach wulkanów i ich konsekwencjach.
Woda i para wodna w gejzerach mają temperaturę znacznie wyższą niż 100°C, są więc potencjalnie niebezpieczne dla obserwatorów. Nie wolno zbliżać się do gejzeru na odległość mniejszą niż wyznaczona dla punktów widokowych.
3. Rozmieszczenie trzęsień ziemi
Trzęsienia ziemi to drgania skorupy ziemskiej. Te, które rozchodzą się wewnątrz Ziemi, nazywamy falami sejsmicznymi. Z reguły są następstwem rozładowywania naprężeń wynikających z ruchu płyt litosfery. Do częstych przyczyn trzęsień ziemi zalicza się także wybuchy wulkanów. Może do nich dochodzić również na skutek zapadania się stropów jaskiń albo wyrobisk w kopalniach (tzw. tąpnięcia), a także (bardzo rzadko) upadku stosunkowo dużych meteorytów. Największe i najsilniejsze trzęsienia ziemi powstają w strefach kontaktu płyt litosfery. Występują one przede wszystkim w strefach napierania na siebie i przesuwania się płyt litosfery wzdłuż uskoków, często w okolicach czynnych wulkanów oraz w strefach rozrostu dna oceanicznego.
Źródło rozchodzenia się fal sejsmicznych zostało nazwane ogniskiem albo hipocentrumhipocentrum trzęsienia ziemi. Może ono znajdować się na różnej głębokości, nawet kilkuset kilometrów. Miejsce położone na powierzchni Ziemi, bezpośrednio ponad hipocentrum, to epicentrumepicentrum. W nim właśnie wstrząsy odczuwane są najwcześniej i są najsilniejsze. Wielkość trzęsień ziemi określa się m.in. za pomocą skali Richteraskali Richtera. Na przykład trzęsienie ziemi o sile 2,0 to delikatne wstrząsy odczuwane tylko przez sejsmografy, występujące setki tysięcy razy na Ziemi w ciągu roku. Natomiast trzęsienie o mocy ok. 9,0 to katastrofalne w skutkach, niszczące całe miasta na wielkiej powierzchni (tysiące kmIndeks górny 22) wstrząsy, występujące dosyć rzadko – raz na kilka, kilkanaście lat.
Trzęsienia ziemi spotyka się na całej powierzchni kuli ziemskiej, ale ich oddziaływanie jest bardzo zróżnicowane geograficznie.
Na obszarach starych, sztywnych tarcz kontynentalnych i starych gór trzęsienia ziemi występują bardzo rzadko i są słabe. Nazywamy je obszarami asejsmicznymi. Ich przeciwieństwo stanowią obszary sejsmiczne, czyli takie, gdzie występuje 90% wszystkich trzęsień ziemi, w tym wszystkie najsilniejsze. Obszary sejsmiczne w bardzo dużym stopniu pokrywają się ze strefami kolizji płyt litosfery.
Wyszukaj w internecie lub w czasopismach popularno‑naukowych informacje o niedawnych silnych trzęsieniach ziemi i ich skutkach.
Znajdź informacje na temat rozwiązań stosowanych przez ludzi w sytuacjach podanych poniżeń i spróbuj ocenić ich skuteczność:
Jakie działania można podjąć, gdy budynek grozi zawaleniem?
Jak zapobiegać niszczycielskim falom zalewającym wybrzeże?
Jak przygotować ludzi do przetrwania godzin lub dni po trzęsieniu ziemi bez wody, elektryczności, żywności, leków i internetu?
Katastrofalne trzęsienia ziemi pod dnem oceanów, a jednocześnie w pobliżu wysp lub kontynentów mogą powodować zniszczenia będące efektem zarówno wstrząsów, jak i wywołanych trzęsieniem potężnych fal tsunami. W 2011 roku u wybrzeży japońskiej wyspy Honsiu miało miejsce tragiczne w skutkach trzęsienie ziemi. Duże zniszczenia przyniosło samo trzęsienie. Większe jednak były spustoszenia spowodowane przez falę tsunami, którą ono wywołało. Dodatkowo, w wyniku obu kataklizmów doszło do uszkodzenia elektrowni jądrowej Fukushima, eksplozji i skażenia promieniotwórczego powietrza, wody oraz terenu wokół elektrowni.
Praktycznie wszystkie trzęsienia ziemi są odnotowywane przez stacje sejsmologiczne rozsiane po całym świecie. Do ich zapisu służą specjalistyczne urządzenia, tzw. sejsmografysejsmografy.
4. Zapobieganie tragicznym skutkom trzęsień ziemi i tsunami
Trzęsienia ziemi i fale tsunami, które są następstwem trzęsienia, niosą ze sobą ogromne skutki negatywne, są to m.in.:
ofiary w ludziach,
straty gospodarcze, infrastrukturalne i majątkowe,
obrywania i przesuwania się materiału skalnego, pęknięcia na powierzchni ziemi,
zmiany poziomu wód gruntowych,
zmiany ukształtowania terenu ziemi.
Zapobieganie ogromnym stratom ekologicznym, ludnościowym i gospodarczym wiąże się ściśle z przewidywaniem wystąpienia danych zjawisk, gdyż jeszcze nie wynaleziono metod, które całkowicie zniwelują negatywne skutki trzęsień i fal tsunami.
W przypadku trzęsień ziemi, aby zminimalizować negatywne skutki tego zjawiska wykorzystuje się działania z zakresu inżynierii lądowej, a szczególnie mechaniki konstrukcji. Zapobieganie polega głównie na odpowiednim projektowaniu konstrukcji obiektów budowlanych. Budowle powstają w sposób, który uodparnia je na wstrząsy powstałe podczas trzęsień ziemi.
W przypadku tsunami ostrzeganie przed nadchodząca falą jest jedyną metodą na zapobieganie najtragiczniejszym skutkom- utracie życia przez ludność. Nad badaniem tsunami naukowcy pracują od lat. Stworzono międzynarodowe systemy alarmowania o niebezpieczeństwie. Działają one na Pacyfiku, Oceanie Indyjski, w rejonie Karaibów, Morzu Śródziemnym i na Atlantyku, a dokładnie na jego północno‑wschodniej części.
Do ostrzegania przed tsunami wykorzystywana jest różnica pomiędzy prędkością przemieszczania się fal sejsmicznych i tsunami. Fale sejsmiczne przemieszczaj się znacznie szybciej niż tsunami, wykrycie ich umożliwia szybsze wydanie ostrzeżeń i próśb o ewakuacje z nadbrzeżnych miejscowości zagrożonych kataklizmem. Czas pomiędzy wykryciem podmorskich fal sejsmicznych a wystąpieniem tsunami różni się w zależności od oddalenia epicentrum od brzegu. Niekiedy ludność po wydaniu ostrzeżeń ma zaledwie od kliku do kilkunastu minut na ewakuację. Od 2004 roku, po wystąpieniu ogromnego tsunami na Oceanie Indyjskim system opierający się na wykrywaniu podmorskich fal sejsmicznych i ostrzeganiu opiera się na 2 elementach. Pierwszy z nich to detektory tsunami, a drugi to sieć komunikacyjna pomiędzy ośrodkami, wzajemnie informującymi się o niebezpieczeństwie.
Podsumowanie
Wulkan jest miejscem, gdzie magma z wnętrza Ziemi wydostaje się na powierzchnię w postaci lawy, popiołów i gazów wulkanicznych.
Wulkany powstają w strefach rozrostu dna oceanicznego, strefach napierania na siebie płyt litosfery i (rzadziej) we wnętrzach płyt litosfery.
W zależności od charakteru magmy zachodzą różne rodzaje erupcji wulkanicznych, a w ich efekcie powstają różne wulkany.
Najwięcej czynnych wulkanów funkcjonuje wokół Pacyfiku.
W sąsiedztwie wulkanów oraz w obszarach, gdzie wulkany już wygasły, występują gorące źródła, wyziewy gazów i gejzery.
Trzęsienia ziemi występują najczęściej w strefach kolizji płyt litosfery.
Na mapach lub w internecie znajdź nazwy najwyższych czynnych wulkanów każdego z kontynentów.
Słownik
miejsce na powierzchni Ziemi leżące dokładnie nad ogniskiem trzęsienia ziemi
szczególny rodzaj gorącego źródła związanego ze zjawiskami wulkanicznymi, które okresowo wyrzuca gorącą wodę i parę wodną
ognisko trzęsienia ziemi leżące na głębokości od kilku do kilkudziesięciu kilometrów od jej powierzchni
roztopione, ciekłe skały wypływające na powierzchnię Ziemi w miejscach aktywności wulkanicznej
stopione gorące masy skalne zmieszane z wodą i różnymi gazami
urządzenie służące do odczytu i rejestracji trzęsień ziemi
jedna ze skal używanych do określania siły trzęsień ziemi
miejsce na powierzchni Ziemi, w którym z jej głębi wydostają się: lawa, gazy i popioły wulkaniczne