Ciepło, stygnięcie i erozja

Formy wulkaniczne: od stopionej masy do trwałego kształtu

Erupcja trwa dni lub lata, a jej formy terenu mogą przetrwać miliony lat. Wygląd krajobrazu wulkanicznego zależy od tego, z czego zbudowana była stopiona skała, jak dotarła na powierzchnię i jak szybko stygła, a potem od tego, co erozja zdążyła zdjąć.

Od stopu do skały

Stopiona skała pod ziemią nazywa się magmą; po wybuchu — lawą. Kluczową właściwością jest lepkość, czyli opór przy płynięciu, który rośnie wraz z zawartością krzemionki. Bazalt o niskiej zawartości krzemionki płynie swobodnie i buduje rozległe tarcze oraz długie wypływy, jak na Kīlauea na Hawajach. Riolit o wysokiej zawartości krzemionki jest sztywny i uwięzia gaz, który zwykle ucieka wybuchowo, tworząc popiół, pumeks i strome kopuły.

Szybkość stygnięcia decyduje o strukturze. Szybko schłodzona lawa może stać się szklistym obsydianem, a powoli stygnąca magma głęboko pod ziemią tworzy widoczne kryształy, dając skały takie jak granit.

Definicja: lepkość

Opór przy płynięciu. Miód jest bardziej lepki niż woda; lawa riolitowa jest znacznie bardziej lepka niż bazaltowa.

Definicja: intruzja

Ciało magmy, które ostygło pod ziemią bez wybuchu i które później bywa odsłonięte przez erozję.

Kolumny powstałe ze stygnięcia

Giant's Causeway w Irlandii Północnej ma około 40 000 splecionych ze sobą kolumn, utworzonych z grubych wylewów bazaltowych, które wybuchły mniej więcej 50–60 milionów lat temu. Po drugiej stronie morza Jaskinia Fingala na wyspie Staffa jest wyżłobiona w tej samej rodzinie law. Legenda przypisuje ją olbrzymowi Finnowi McCoolowi; fizyka oferuje dobrze sprawdzone wyjaśnienie.

Gdy gruby, nieruchomy wylew stygnie, kurczy się. Skała nie może skurczyć się jako jedna płyta, więc pęka. Pęknięcia zaczynają się na powierzchniach stygnięcia i rozrastają się do wnętrza, a wzór najskuteczniej uwalniający naprężenia zmierza ku sześciokątnym kolumnom, choć częste są też pięcio- i siedmioboczne. Badania laboratoryjne i terenowe pokazują, że wolniejsze stygnięcie zazwyczaj tworzy szersze kolumny.

Devils Tower w Wyoming również ma kolumny, a jego pochodzenie jest uczciwym przykładem pytania wciąż bez rozstrzygnięcia. Geolodzy zgadzają się, że to skała magmowa, która ostygła pod ziemią i została odsłonięta przez erozję. Nie jest jednak pewne, czy była lakolitem, wulkanicznym korkiem, czy pniem intruzywnym — ta kwestia wciąż jest dyskutowana.

Ustalone

Kolumnowe spękania powstają w wyniku skurczu termicznego podczas stygnięcia.

Hipotezy

Devils Tower: lakolit, wulkaniczny korek czy pień intruzywny — dowody wspierają więcej niż jedną interpretację.

Wulkany narodzone w pamięci żyjących

W lutym 1943 roku w polu kukurydzy w pobliżu wsi Parícutin w Meksyku otworzyła się szczelina. W ciągu roku wyrósł stożek żużlowy o wysokości setek metrów; erupcje trwały do 1952 roku, grzebiąc dwie wsie pod lawą. To jeden z nielicznych wulkanów, które naukowcy obserwowali od narodzin aż do spoczynku.

U południowych wybrzeży Islandii Surtsey wynurzyła się z morza w latach 1963–1967. Od tamtej pory jest chroniona jako naturalne laboratorium, rejestrujące, jak fale niszczą nową wyspę i jak życie kolonizuje nagą skałę.

Erozja potrafi też odsłonić wnętrze wulkanu. Shiprock w Nowym Meksyku to szyja wulkaniczna: stwardniały kanał zasilający zerodowanego wulkanu, z promieniście rozchodzącymi się żyłami (dajkami) przecinającymi równinę.

Krater — ujście dla uciekających gazów i fragmentówSzczyt
Luźny żużel — usypany pod naturalnym kątem zboczaStożek
Kanał — ostygła magma, później odsłonięta jako szyjaKanał zasilający
Wcześniejsze podłoże — pola, gleba, starsza lawaPodstawa
Uproszczony model poglądowy stożka żużlowego, nie w skali.

Porównanie kształtów wulkanicznych

Erupcje podwodne błyskawicznie schładzają lawę, tworząc zaokrąglone „poduszki”, najpowszechniejszą formę skały wulkanicznej na Ziemi, choć rzadko widywaną. W Dallol w Etiopii jaskrawożółte i zielone baseny nie są wcale lawą, lecz gorącymi, kwaśnymi źródłami bogatymi w sól i siarkę – ciepło wulkaniczne ujawniające się przez wodę.

Formy wulkaniczne w skrócie
FormaGłówny procesPrzykładTypowa skala czasu
Bazalt słupowyKurczenie się podczas stygnięciaGiant's CausewayLata do dekad stygnięcia
Stożek popiołowyFragmenty usypane wokół krateraParícutinMiesiące do dekady
Szyjka wulkanicznaErozja odsłaniająca kanałShiprockMiliony lat
Lawa poduszkowaSzybkie stygnięcie w wodzieGrzbiety śródoceaniczneMinuty na jedną poduszkę
Pole hydrotermalneGorące płyny osadzające minerałyDallolCiągłe, zmieniające się z roku na rok
Renderowanie 3D zaokrąglonych, ciemnych płatów lawy poduszkowej na liliowym tleMagmowe

Lawa poduszkowa

Szkliste skorupy nad lawą, która płynęła dalej w środku.

Renderowanie 3D z miękkim oświetleniem: błyszczący kawałek obsydianu obok jasnego, porowatego pumeksuMagmowe

Obsydian i pumeks

Ta sama stopiona masa bogata w krzemionkę; jedna zastygła gęsta, druga spieniona gazem.

Dalej: Najczęściej zadawane pytania