Vulkánkitörés előrejelzés: tárolás vagy kitörés, ömlik vagy robban? Ez itt a kérdés!

Az elmúlt napokban kétszer is erőteljes kitörés zajlott a guatemalai Santiaguito lávadómcsoport (Santa Maria vulkán) Caliente kúpján. A kitörések nem sok előjellel, egyik pillanatról a másikra következtek be és a mintegy 2 kilométer magasra emelkedő vulkáni hamufelhő alján polipkarszerűen zúdultak le a piroklaszt-árak. E kitörések egy viszonylag hosszabb nyugalmi időszak után következtek be, akárcsak a japán Kagoshima közelében lévő Sakurajima tűzhányó esetében. Ez az utóbbi, amúgy hiperaktív vulkán szeptember vége óta szunyókált, az ilyen hosszú ideig tartó csend szokatlan volt, és aztán február 5-én ébredt fel. Ráadásul a tőle megszokott látványos módon: hatalmas hanghatás közben izzó lávacafatok repültek magasra ki a Showa kráterből, a sűrű vulkáni hamufelhőben pedig villámok cikáztak. Vajon mi dönti el azt, hogy egy vulkán kitör vagy alszik, mi dönti el, hogy a kitörés lávaöntő vagy robbanásos lesz? Előre tudják ezt jelezni a vulkanológusok?

Hirtelen ébredés... Február 5-én a guatemalai Santiaguito vulkán Caliente kúpja és a japán Sakurajima is nagy robajjal tört ki. Balra: Caliente, El Quetzalteco február 7-i fotó, jobbra Sakurajima, február 5-i Kyodo fotó

Gázok szerepe...
A tét nem kicsi, hiszen fontos tudnunk azt mire készüljünk, mire készítsük fel a lakosságot! Fontos tudnunk azért is, mert hasonló kérdésre egy sűrűn lakott település közelében lévő vulkán esetében is válaszolni kell, ahol akár több százezren is érintettek lehetnek... Február 3-án az MTA-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoport meghívására, a kőzettani vulkanológia egyik vezető szakembere tartott Budapesten előadást az MSA Distinguished Lecturer sorozat keretében. Olivier Bachmann, a zürichi ETH professzora az előadássorozat keretében két előadást adott meg, amiből választani lehetett. A többség a szupervulkánokról szóló beszámolót választotta, nekem azonban a másik témára esett a voksom: "Dynamics of exsolved volatiles in magma reservoirs and volcanic conduits; stow or blow, or flow or blow?". Ennek aktualitását jelzi, hogy a közelmúltban három jelentős tanulmány is megjelent e témában. Yan Lavallée és munkatársai pont a Santiaguito példáján mutatták be azt, hogy a mély kürtőcsatornában zajló eseményeknek milyen kulcsszerepe van a robbanás kitörések kialakulásában. Michael Stock és kutatótársai arra mutattak rá, hogy milyen gyorsan peregnek fel az események és akár nagyon kevés előjel nélkül is felszínre robbanhat a magma. Végül Wim Degruyter és társai a Santorini alá néztek és modellszámításokkal igyekeztek megérteni, hogy mi kell ahhoz, hogy a magma ne csak tárolódjon, hanem a felszínre törjön!

Adj egy kis hőt és már robbanok is!
Röviden, mit tudunk jelenleg ezekről a kulcskérdésekről? Lavallée és társai egy általánosan elfogadott nézettel szemben vetették fel, hogy a robbanásos kitörés egyik mozgatórugója a sekély mélységben bekövetkező hőmérséklet-emelkedés lehet. Ez különösen olyan magmák esetében lehet fontos, amelyek viszkózusak, azaz lassan mozognak. Ilyen például a Santiaguito kitöréseit tápláló dácitos magma (ilyen összetételű vulkáni kőzetek építik fel a székelyföldi Csomádot is). Az általános recept a robbanásos kitöréshez az, hogy a felemelkedő magmából, a nyomáscsökkenés következtében kiválnak az addig oldott állapotban lévő gázok (hasonlóan, mint amikor kinyitjuk a pezsgős palackot). A felszín felé közeledve egyre több gázbuborék jelenik meg a magmatestben, ami egyre nagyobb belső nyomást jelent és egyszer csak ez a belső feszítőerő meghaladja a magma feletti kőzettest szakítószilárdságát és a túlnyomás hatalmas robbanással szabadul fel, a magma pedig ici-pici darabokra szakadva robban a felszínre. Lavallée és társai azonban egy másik mozgatórugóra is felhívták a figyelmet: ugyanezt okozhatja a hőmérséklet emelkedése is! Vegyünk egy egyszerű kísérletet: ha a pohárban lévő cola már hosszú ideje áll és belőle eltávoztak a buborékok, akkor visszaállíthatjuk a "gázos ízvilágot" ha kicsit felmelegítjük. Ekkor ismét buborékos lesz az ital, azonban nem azért mert felforr az ital! Mindezt jóval alacsonyabb hőmérsékleten elérhetjük. Igen ám, de mi okozza a hőmérséklet emelkedését a felszínre törő magmában? Erre több lehetőség van: (1) a kristályok kiválása hőfelszabadulással jár és ez adott esetben akár közel 100 fokos hőmérséklet emelkedéssel járhat. (2) a viszkózus magma mozgása közben nyíróerők lépnek fel. A felhalmozódó feszültség akár 200 fokos hőmérséklet emelkedéssel járhat. (3) végül a felnyomuló magma szélén, a már szinte majdnem kikristályosodott pereme és a kürtőfal kőzete között jelentős súrlódás, dörzsölődés zajlik, ez helyi szinten akár 1000 fokos hőmérséklet emelkedést jelenthet, ami miatt a magma kristályos része helyenként visszaolvad. Ezek a tényezők együttvéve hozzájárulnak ahhoz, hogy a magmában gázbuborékok alakuljanak ki, amelyek a viszkózus magmában különösen nagy belső feszítőerőt fejtenek ki. Ez pedig robbanásos kitöréshez vezet. Az ilyen kitörések vulcanoi-jellegűek, amikor a hatalmas robbanás a levegőben lökéshullámot indít el, kisebb-nagyobb izzó kőzetblokkok hullnak, akár több száz méterre a kürtőtől, majd a vulkáni hamufelhő több kilométer magasra tódul. Közben a kürtő közeli nagy tömegű része összeomlik és a vulkán oldalán zúdul le piroklaszt-ár formájában.

Ömlik vagy robban? Ehhez, egy új kutatási eredmény szerint hőmérséklet emelkedés is szükséges. Ennek egyik előidézője az lehet, hogy a nagyon viszkózus magmák felnyomulása közben a magmatest és a kürtőcsatorna kőzete között jelentős súrlódás zajlik és ez a kőzetdörzsölés több száz fokos hőmérséklet emelkedést jelent. A baloldali képen a Mt. St. Helens 2006. májusi lávadómja látható. Ennek egyik fala teljesen sima, ami arra utal, hogy a magma szinte már teljesen kristályos, azaz majdhogynem szilárd állapotban türemkedett ki és csiszolódott le a kürtőfalon. Itt ez a folyamat a felszínhez közel játszódott le és ez nem okozott robbanásos kitörést. A guatemalai Santiaguito, a szumátrai Sinabung és a montserrati Soufriére Hill heves robbanásos kitöréseit (jobbra a Soufriére Hills egyik vulcanoi kitörése) azonban részben ez okozhatta. (balra USGS fotó, jobbra Jonathan Stone fotója)

Az események a végén nagyon gyorsan felperegnek...
Ezt állítják Michael Stock és társai, akik az olasz Campi Flegrei egyik, 4000 évvel ezelőtti kitörésének anyagát vizsgálták. Kutatásuk alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a több kilométer mélyen lévő kristályosodó magmás test hosszú ideig vízben telítetlen állapotban marad, ami azt jelenti, hogy benne nem indul meg a gázbuborékok kiválása. Ahhoz, hogy a magma elinduljon a felszín felé az kell, hogy a magmakamrába friss, oldott gázokban magma érkezzen (ez a gyakori eset) vagy olyan helyzet alakuljon ki, hogy a kristályosodás annyira előrehaladt, hogy a maradék magma oldott gázokban túltelítetté válik, ami a megemelkedő hőmérséklettel együtt gázbuborék kiválást okoz. Ez lecsökkenti a magma sűrűségét és ez adott esetben elindíthatja felfelé. A magma mozgása kezdetben cammogós, de aztán hirtelen nagy sebességre kapcsol és szédítő gyorsasággal robban a felszínre. Stock és csoportja a kitörési anyagban lévő apatit ásvány elemzése alapján mutatott be megfigyeléseket. A magma felhabzása, azaz a gázok tömeges kiválása tehát csupán közvetlenül a kitörés előtt megy végbe és így szinte előjel nélkül történhet a heves robbanásos kitörés. Érdemes visszaemlékezni a chilei Chaitén 2008-as és a Calbuco 2015. áprilisi kitörésére. Mindkét esetben csupán néhány órával a nagy robbanásos kitörés előtt észleltek jeleket a szakemberek, azaz nem maradt sok idő az előkészületekre.

Hipp-hopp és bummmm! A chilei Chaitén (balra) 2008-as és a Calbuco (jobbra) 2015-ös kitörése előtt nem több mint néhány órával észleltek a szakemberek jeleket... Mi lenne, ha mindez a sűrűn lakott nápolyi térségben, a Campi Flegrei kalderában történne?...(fotók: USGS és time.com)

Jön vagy marad?
Már csak az a kérdés, hogy mi kell ahhoz, hogy elinduljon a magma felfelé? Wim DeGruyter és társainak erre is van válaszuk. A Santorini 3600 évvel ezelőtti kitörése sokak által ismert. Az akkor kialakult széles kaldera közepén azóta egy méretes sziget alakult ki. A Nea Kameni utolsó kitörése 1950-ben történt. 2011-12-ben azonban a földrengések növekvő száma és a felszín emelkedése egyértelműen jelezte, hogy jelentős mennyiségű magma érkezett a néhány kilométer mélyen lévő magmakamrába. Kitör vagy nem tör ki a vulkán, latolgatták sokan. Végül nem következett be kitörés, a kérdés azonban megmaradt: jó 50 millió köbméter friss magma nyomult fel és ez nem volt elég ahhoz, hogy kitörést indítson el. Akkor mi kell ehhez? Degruyter és csapata modellszámításokat végzett, amiben azt vizsgálták, hogy a magmafeláramlás mértéke (adott idő alatt mekkora mennyiségű magma érkezik a magmatározóba) és a feltöltődés idejének hosszúsága mennyiben válaszolja meg a tárolás vagy kitörés kérdését. Azt találták, hogy nem jó a gyors feltöltés, de a hosszan elnyúló időszak sem. 50 köbkilométer nagyságú magmatározó esetében jó 50 évig tartó feltöltési időszak, évente 0.05 köbkilométer feltöltési intenzitással hozhat létre egy olyan túlnyomás értéket, ami már kitöréshez vezethet. Érdekes módon vizsgálatuk szerint nagyobb az esély a kitörésre akkor, ha a magkamrában gázbuborékmentes magma van (a nyomás ebben esetben ugyanis sokkal gyorsabban nő, mert az ilyen magmában az összenyomhatóság jóval kisebb). Végül, azt is hangsúlyozzák, hogy kisebb nagyságú magmakamra esetében nagyobb esély a kitörésre adott magmafeláramlás és feltöltési idő esetében.

A Santorini kaldera közepén lévő Nea Kameni utoljára 1950-ben működött (balra), azóta a felszínen nyugalom van (jobbra) jóllehet több millió köbméter magma nyomult a néhány kilométer mélyen lévő magmakamrába 2011-12-ben. (fotók: www.greece-is.com és Hartmut Inerle)

Jutott a vulkanológiai megismerés előrébb?
Igen, nem is keveset! Ezek a legfrissebb eredmények már kvantitatív magyarázatot is adnak a vulkánkitöréseket megelőző eseményekre. Ezek a tudományos eredmények hozzásegítenek ahhoz, hogy jobban megértsük azt, hogy mi előzi meg a különösen veszélyes robbanásos kitöréseket és mindez lefordítható arra is, hogy milyen jeleket kell keresnünk. Jelenleg úgy tűnik, hogy nagyon váratlanul, akár minden előjel nélkül is lehetnek hatalmas robbanásos kitörések, amik különösen aggasztónak tűnnek a Nápolyi-öbölben élőknek vagy a Santorini szigetére látogatóknak. Azonban ezek az új eredmények segítik, hogy újabb módszerekkel, akár a felszínmozgás még pontosabb követésével, a hőanomáliák változásának detektálásával, a kőzettest feszültségváltozás még finomabb skálájú mérésével növelhessük az előrejelzés idejét. Minden perc számít, ezért kiemelten fontosak ezek az eredmények és igen, közelebb jutunk ezzel a hatékonyabb vulkánkitörés előrejelzéshez! Azonban kellenek még további kutatások, alapkutatások, hogy még jobban megértsük a vulkánkitörések előtti folyamatokat. Ezek az eredmények pedig mind beépülnek a védekezésbe, felkészülésbe. E tudáshalmazra pedig előbb-utóbb nagy szükség lesz. Kérdés mennyi időnk van egy következő, sűrűn lakott területen bekövetkező kitörésig?... Váratlan lesz vagy lesz valamennyi időnk?...

Mi van a székelyföldi Csomád alatt és melyek voltak 2014. legjelentősebb vulkánkitörései?

Az év elején jelent meg tanulmányunk a Journal of Volcanology and Geothermal Research folyóiratban, amelyben magnetotellurikus és kőzettani adatok alapján következtettünk arra, hogy lehet még olvadéktartalmú magmás test a székelyföldi Csomád alatt. A kutatási eredmény mondhatni, nagy média visszhangot váltott ki. Többek között hosszú riportban foglalkozott vele a Kossuth rádió Közelről adásában Kránitz Balázs, az alábbiakban pedig egy 1 órás riportot láthatnak az OzoneNetwork Egyenlítő műsorában, amelyben a Csomád mellett szóba kerülnek 2014. jelentősebb vulkánkitörései is.
 

Ide kattintva megtekintheti a teljes beszélgetést!

Kutatócsoportunk eredményeiből: van még magma a székelyföldi Csomád alatt, azaz mi az a PAMS vulkán?

2015 elején az MTA-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoport tudományos munkája egy fontos állomáshoz érkezett, tudományos közleményünket a vulkanológia területének egyik vezető nemzetközi szakfolyóirata publikálta. Az egyik kiemelt kutatási témánk a térség legfiatalabb tűzhányójának, a székelyföldi Csomádnak a vizsgálata. Hogy vizsgálható egy látszólag inaktív vulkán természete? Egyáltalán van létjogosultsága egy olyan kutatásnak, ami egy alapvetően nyugodt, utoljára 32 ezer éve kitört vulkánt vesz célba?

A Csomád lávadóm együttese észak felől

Kiindulás alapelvünk az, hogy egy vulkán természete nehezen érthető meg csak a felszínen látható jelenségek vagy műszerek által fogható jelek alapján, ami különösen igaz akkor, ha a tűzhányó már régen mutatott aktivitást. Úgy véljük, hogy a lényegi tulajdonságok feltárásához a vulkánok alá kell nézni. A vulkán csak egy bonyolult folyamatok sorozatának végjáték produktuma, a vulkáni kitörés a tűzhányó életében csak egy ritka esemény. A vulkán akkor is él, ha a felszínen semmi nem mutat erre. A folyamatok ekkor a felszín alatt, a földkéregben, vagy az alatt, a földköpeny felső részén zajlanak. Hozzáállásunk tehát az, hogy nézzük be, mi zajlik a vulkán alatt és csak ekkor tudunk megfelelő diagnózist felállítani és értékelni a tűzhányó esetleges jövőbeli tevékenységét. Az előző évben Kiss Balázs vezetésével publikáltuk a tűzhányó vulkáni kőzeteiben található amfibol ásvány elemzéséből levonható következtetéseket. Az amfibol kristályok megjelenése és kémiai összetétele alapján rekonstruáltuk a korábbi kitörések során zajlott magmakamra folyamatokat, megbecsültük a kristályosodás során fennállt hőmérséklet és nyomás viszonyokat. Ez volt most is a kiindulás pontunk. Világossá vált, hogy a vulkáni kitörések előtt a földkéregben már jó ideje, akár több tízezer éven keresztül is létezhetett magmakamra, amelyben a magma közel megszilárdulási állapotban volt, azaz olyan hőmérsékleten, ami még valamennyi olvadék jelenlétét lehetővé tette.

Egy vulkán viselkedése csak úgy érthető meg, ha amellett, hogy minden rezdülését, jeleit rögzítjük, megnézzük mi van alatta. A tűzhányók alatt sok lépcsős magmatározó-rendszer található. Ez bazaltos magmák által táplált vulkánok alatt egyszerűbb, andezites, dácitos és riolitos magmákhoz kapcsolódó vulkánok esetében komplexebb

Rendben, nézzünk alá - de hogyan? Ehhez két módszert használtunk. Az egyik a korábbi vizsgálatok folytatása, azaz a vulkáni kőzetekben lévő ásványok megjelenése és kémiai összetételbeli változása, az ebből számolható hőmérséklet és nyomás értékek. Az utóbbi egyszerűen átváltható mélységre, így információt kapunk arra, hogy hol is lehetett a magmakamra. A másik módszer geofizikai eszköz olyan, ami érzékeny egy részben olvadt anyag, a magmakamra fizikai tulajdonságaira. Ez a magnetotellurika módszere, aminek az alkalmazása az elmúlt években mutatott fellendülést, köszönhetően annak, hogy a hosszadalmas, bonyolult számolások a fejlett számítógépes háttérrel már gyorsabban megoldható, mint korábban. A magnetotellurika módszere azon alapul, hogy a Föld természetes mágneses és elektromos terének változását (mind az irányát, mind az intenzitását) méri. Ez különösen a napkitörések időszakban mérhető érzékenyen. A napszélből származó töltött részecskék behatolnak a Föld mágneses terébe és jelentős elektromos áramokat gerjesztenek, ezek egy része behatol a Föld belsejébe. Ez utóbbi jeleket műszerekkel felfoghatjuk és következtetéseket vonhatunk le a felszín alatti kőzettestek elektromos vezetőképességére.

A csomádi vulkáni kőzetekben gyakori ásvány az amfibol, a baloldali mikroszkópos képen a barnás színű kristályok. Érdekes módon kémiai összetételük két csoportra osztható és ez azt jelenti, hogy két különböző hőmérsékleti tartományban keletkeztek. Az egyik viszonylag alacsony hőmérsékleten 700-750 fokon, a másik csoport pedig 200 fokkal magasabb hőmérsékleten.

Na mármost, az amfibolok kémiai összetételéből azt kaptuk, hogy a vulkán alatti magmakamra 8-15 km mélységben volt. Az alacsony hőmérsékletű amfibolok és egyéb ásványok azt jelzik, hogy a kitörések előtt hosszú időn keresztül léteznie kellett egy 700-750 fokos, azaz éppen a teljes kristályosodás hőmérséklete feletti állapotban lévő magmás testnek. Ebben 10-15% olvadék lehetett csupán, a többi rész kristályok tömege volt. Egy ilyen anyag nem képes vulkáni kitörést elindítani, meg sem tud moccanni. Egy fontos felismerés volt, szintén az amfibolok kémiai összetétel vizsgálata alapján, hogy a vulkáni kitörések előtt a hőmérséklet több mint 200 fokkal emelkedett. Mi ennek az oka? Nem lehet más, mint egy magas hőmérsékletű, friss magma érkezése. A magmakamrába nyomuló bazaltos olvadék felhevítette a valamennyi olvadékot tartalmazó, túlnyomórészt azonban kristályokból álló magmakását, egyes részei jelentős mértékben megolvadtak és ennek során már kitörésre alkalmas magmatömeg állt elő. Ez az utóbbi folyamat pedig jelenlegi ismereteink szerint nagyon gyorsan, akár évek, évtizedek alatt végbemehetett.
A következtetés tehát az, hogy amennyiben egy vulkán alatt van magmakása, azaz némi olvadékot is tartalmazó magmás tömeg, akkor az gyorsan felolvasztható és emberi időléptékkel is gyorsan reaktiválható, azaz kitörésre alkalmas magmatömeg jöhet belőle létre. Ha a magmakamrában lévő kőzetolvadék teljesen kikristályosodott volna, azaz a magmatározó teljesen szilárd lenne, akkor azt nagyon nehezen tudná felolvasztani még egy magas hőmérsékletű, bazaltos magma is. A kulcs tehát a magmakása állapot! Rendben, akkor egy vulkáni kitörés előtti állapot fontos szereplői egy alacsony hőmérsékletű, olvadékot is tartalmazó magmakása, egy friss, magas hőmérsékletű magma benyomulása és a gyors reaktiválás, azaz a magmakása részleges felolvasztása. Kutatásunk következő lépése az egyik szereplőt kereste: van-e a Csomád alatt olvadékot is tartalmazó magmás tömeg, azaz magmakása?

A Csomád kráterrégiója alatt, a földkéregben 10-25 km mélyen a magnetotellurikus mérések adatai egy elektromosan jól vezető területet jeleznek (piros színárnyalatok jelöli).

A megnotellurikus mérések során érzékenyen kimutathatók a elektromosan jól vezető területek. Ezek olyanok, amelyek egymással összeköttetésben álló fluidumokat is tartalmaznak. Ez lehet magas hőmérsékletű vizes oldat, de lehet kőzetolvadék is. A mérési adatokból számolt két-dimenziós és három-dimenziós modellek egyértelműen azt jelezték, hogy a vulkáni kráterterület alatt 10-25 km mélyen egy elektromosan jól vezető terület van. További modellszámításaink alapján ezt úgy értelmeztük, hogy ez legvalószínűbben egy 5-15% kőzetolvadékot is tartalmazó magmás test lehet. Rendben, ez jól hangzik, de vajon van-e erre más, független bizonyíték is? Nos, a jól vezető terület mélysége pontosan egybeesik azzal a mélységgel, amit az amfibol ásványok kémiai összetételéből számoltunk. Sőt, román kutatók nem sokkal korábban publikálták eredményeiket, miszerint a Csomád alatt kimutatható egy, a normál értékekhez viszonyítva kis rengéshullám-sebességű zóna, ami 8-20 km mélységben észlelhető. Minden úgy tűnik ugyanabba a mélységközbe mutat és mindegyik legegyszerűbben egy olvadéktartalmú magmás testtel értelmezhető.

Minden egy irányba mutat, azaz egymástól független vizsgálati eredmények azt jelzik, hogy a Csomád alatt olvadékot is tartalmazó magmás test lehet 8-20 km mélységben.

A jelenlegi adatok úgy tűnik mind azt jelzik, hogy a Csomád alatt 8-20 km mélységben még most is lehet egy magmakása tömeg. Megvan tehát az egyik szereplő, amely szükséges ahhoz, hogy akár rövid időn belül is vulkánkitörés legyen. Egyelőre azonban csak ez az egy szereplő van, amelyik "Csipkerózsika"-álomba merült, ezért jelenleg semmi jel nem mutat arra, hogy aktivizálódjon és vulkánkitörés következzen be. Szükséges még a királyfi, azaz a magas hőmérsékletű bazaltos magma, ami a magmakásába nyomulva "felébresztheti" a "Csipkerózsika"-magmakását és vulkánkitörést okozzon. Mindezek alapján azt mondhatjuk, hogy a Csomád egy potenciálisan aktív magmatározóval rendelkező vulkán (angolul: 'volcano with potentially active magma storage', röviden 'PAMS volcano'). Jelenleg nem mondható, hogy potenciálisan aktív, hiszen ez a jelző azokra a tűzhányókra használható, amelyek az elmúlt 10 ezer évben legalább egyszer már kitörtek. Nincs besorolási kategória azonban azokra a vulkánokra, amelyek több tízezer éve nem törtek ki, azonban vannak jelek arra, hogy a mélyben még van magma és akár lehet a jövőben még kitörésük. Ilyen például a Yellowstone, ami 70 ezer éve tört ki utoljára vagy a bolíviai Uturuncu, ami 270 ezer éve volt aktív, mégis ez utóbbi esetében az erős felszínemelkedés és a kapcsolódó földrengések azt jelzik, hogy jelentős mennyiségű magma nyomult a vulkáni alatti földkéregbe. A tanulmányunkban javasolt PAMS vulkán elnevezés ezekre a tűzhányókra is viselkedésükre megfelelő jelzőt ad, ami utal arra, hogy a jövőben akár ki is törhetnek ugyanúgy, ahogy az a Csomád esetében is állítható. Tudjuk azonban a Csomád esetében azt is, hogy ehhez mi szükséges. Így, ha elindulna egy ilyen készülődés, akkor tudhatjuk, hogy a jelek mire utalhatnak, azaz kutatási eredményeink hozzájárulhatnak egy hatékony vulkánkitörés előrejelzéshez.

Az ismertetett eredmények a következő friss tudományos tanulmányban jelentek meg:
Harangi, Sz., Novák, A., Kiss, B., Seghedi, I., Lukács, R., Szarka, L., Wesztergom, V., Metwaly, M., Gribovszki, K. (2015): Combined magnetotelluric and petrologic constrains for the nature of the magma storage system beneath the Late Pleistocene Ciomadul volcano (SE Carpathians). - Journal of Volcanology and Geothermal Research, Volume 290, 1 January 2015, Pages 82–96.

Kutatócsoportunk eredményeiből: A vulkánok alatti magmakamrába nézünk!

Hosszú idő telt el az előző bejegyzésünk óta... Ennek nem csak az az oka, hogy igazán nagy durranás nem volt a tűzhányók világában az elmúlt bő két héten, hanem legfőképpen az, hogy nagyobb hangsúlyt fektetünk kutatásainkra. Az MTA-ELTE Vulkanológiai Kutatócsoport tavaly júliusi elindulása erre még nagyobb ösztönzést, sőt mi több felelősséget ad. A kutatók életében mindig egy különleges élmény, amikor tudományos munkájának eredményei egy szakmailag vezető folyóiratban megjelennek. Ez történt velünk most is, amikor hosszú kutatómunka gyümölcseként a neves Contributions to Mineralogy and Petrology folyóiratban megjelent publikációnk, ami reményeink szerint széles érdeklődést kaphat.

Ki fog-e törni? A bolíviai Uturuncu több mint 270 ezer éve működött utoljára, a székelyföldi Csomád pedig 30 ezer éve szunnyad. A vulkanológia egyik nagy kihívása, hogy megértse az ilyen aluszékony tűzhányók kitörését. Fotók: Tom Fournier és Harangi Szabolcs

A vulkánkitörések jellege, például a nagyobb veszélyekkel fenyegető heves robbanásos vagy csendesebb, lávaöntő lefolyása nagymértékben a tűzhányók alatti magmakamrában lejátszódó folyamatoktól függ. Ma már egyre inkább elfogadott, hogy a magmakamra még az aktív vulkánok alatt sem nagy, olvadékkal kitöltött üregként képzelhető el, sokkal inkább egy, a földkéreg kőzeteit szétrepesztő, több-kevesebb kristályt is tartalmazó kőzetolvadékként, egyfajta "magmakása"-ként fogható fel. A Földön jelenleg mintegy 1500 potenciálisan aktív tűzhányó van, ezek közül évente mintegy 50-60 lép működésbe. A vulkáni veszély előrejelzés sikerének kulcsa, hogy a kitörés előtti mélyből érkező jeleket időben lehessen észlelni, ebből következtetni lehessen a vulkáni működés várható lefolyására és időben meg lehessen tenni a szükséges intézkedéseket a tűzhányó környezetében.
Vajon melyik tűzhányó fogja produkálni a következő évtizedek legnagyobb kitörését, ami esetlegesen globális klimatikus kihatással is jár? A tettest nem biztos, hogy a jelenleg aktív vulkánok között kell keresnünk, sokkal inkább a hosszan szunnyadó, hosszú idő óta kitörést nem mutató tűzhányók között. Az adatok ugyanis azt mutatják, hogy a történelmi idők nagy vulkánkitöréseit jórészt olyan vulkánok okozták, amelyekről már nem sokan gondolták, hogy még aktívak lehetnek, történelmi időbeli kitöréseik ugyanis nem volt. A vulkanológia egyik nagy kihívása tehát a 21. században, hogy ezeknek az ’aluszékony’ tűzhányóknak a működését jobban megértsük. Ebben a vulkanológiai detektívmunkában kiemelkedően fontos tanúk maguk a vulkáni kőzetek és az abban lévő ásványok. Ezek közül az elmúlt időszakban részletesen vallattuk a csomádi kőzetekben gyakori amfibol ásványt, ami értékes információval szolgál a vulkánok alatti magmakamra állapotáról, az ott zajló folyamatokról és arról, hogy mi történik közvetlenül a vulkáni kitörések előtt.

A csomádi kőzetekben található amfibol belső szerkezete, hasonlóan a fák évgyűrűihez, mesél keletkezésének körülményeiről, ebben az esetben a vulkán alatti magmakamrában zajló folyamatokról. Forrás: Kiss Balázs és Harangi Szabolcs

Az andezites és dácitos vulkáni kőzetekben oly gyakori amfiboloknak különleges jelentőségük van, mivel az ásvány számos elemet épít a kristályrácsába és ezek mennyisége többek között függ a kristályosodás hőmérsékletétől, nyomásától a magmatározóban jelen lévő kőzetolvadék összetételétől. Ezért az amfibolok tehát nagyon fontos koronatanúk a vulkanológus detektívmunkájában, kémiai összetételük kristályon belüli, akár mikrométeres felbontású meghatározásával fontos információkat kapunk arra, hogy hány magmakamra lehetett a vulkán alatt, milyen mélységben, mi történik ott közvetlenül a vulkánkitörés előtt és mindez mennyi idő alatt zajlik. Az amfibolok kémiai összetétele alapján ugyanis kiszámolható, számszerűsíthető, hogy milyen hőmérsékleten és milyen nyomáson történt a kristályosodás. Erre kísérleti megfigyeléseken alapuló, úgynevezett termobarometriai egyenletek adnak lehetőséget. Figyelembe véve a felszín alatti kőzetek átlagos sűrűségét, a kapott nyomásértékeket átszámolhatjuk mélységértékre és ezzel máris megkapjuk, hogy hol, milyen mélyen helyezkedett el a magmakamra.
Az amfibolok elemzéséből az az általános és gyakran hangoztatott nézet jelent meg, hogy nagyon sok vulkán esetében két nagyobb magmakamra alakul ki a földkéregben. Friss tanulmányunkban ezt a nézetet helyezzük új megvilágításba és hangsúlyozzuk, hogy ez nincs feltétlenül így és kutatási eredményeink azt jelzik, hogy a Csomád esetében például egyetlen, hosszú ideig - akár több tízezer évig is fennálló - magmatározó volt, amibe a vulkáni kitörések előtt friss magma érkezett és okozta a vulkáni működést. Ez a modell újragondolásra készteti az olyan tűzhányók alatti magmatározó rendszerről alkotott modelleket, mint a Pinatubo, a Mt. St. Helens, a Redoubt, az Unzen, a Mt. Pelée és a Soufriére Hills, mind olyanok, amelyek vulkánkitöréseikkel felhívták magukra a figyelmet és amelyekhez hasonló volt a Csomád működése is.

A csomádi kőzetekben olyan amfibol kristályokat is sikerült nagy felbontással vizsgálnunk, amelyek belső része még jóval a kitörés előtt keletkezett egy viszonylag alacsony hőmérsékletű kristálykásás magmában, a külső része pedig közvetlen a vulkánkitörés kristályosodott egy több mint 200 fokkal nagyobb hőmérsékletű kőzetolvadékból.

Miért fontos ez az új tudományos eredmény? Nem mindegy ugyanis, hogy miképpen rekonstruáljuk a vulkánok alatti magmatározó rendszert és az ott zajló folyamatokat. Ezzel ugyanis más-más kitörés előtti jeleket várhatunk. Mi volt a lényeges elem kutatásunkban amivel újat tudtunk hozzátenni ehhez a kutatások élvonalába tartozó területhez? Aprólékos, nagy felbontású vizsgálatunk során ugyanis olyan amfibolokat is elemeztünk, amelyek kialakulási története részben a hosszú szunnyadási időre tehető, ami a már kihűlés közeli magmatározóban zajlott, részben a vulkánkitörést közvetlen megelőző folyamatok során növekedtek tovább. Egyetlen amfibol kristályban is sikerült tehát rekonstruálnunk a magmás folyamatok időben elkülönülő, összetett folyamatait, amire hasonló példa még nem volt. Az amfibolok és a velük együtt kristályosodott plagioklász kristályok kémiai összetétele alapján kiszámoltuk, hogy közvetlen a kitörés előtt a 720-740 fokos, már a megszilárdulás közelében lévő magmakása anyag hőmérséklete több mint 200 fokkal emelkedett! Ez pedig csak úgy magyarázható, hogy a vulkán alatt hosszú ideig meglapuló magmás kristálykásába egy friss magmatömeg érkezett a földköpenyből. Ez gyorsan felolvasztotta és mobilizálta a magmás anyagot, készre hozva azt egy vulkánkitörés táplálására. A csomádi amfibolok vizsgálatából azt is tudjuk, hogy mindez akár néhány évtized alatt megtörténhetett, a mobilizált magma pedig akár egy héten belül a felszínre törhetett!

Kutatócsoportunk természetesen további részletes vizsgálatokat tervez a Csomádon. A Csomád kutatásával ugyanis olyan tudományos eredményeket érhetünk el, amelyek nem csak e tűzhányó állapotát, esetleges felújulási lehetőségét segít megérteni, hanem hozzájárul ahhoz is, hogy a hosszú ideig szunnyadó, illetve a látszólag inaktívnak tűnő vulkánok viselkedését jobban megismerjük! Erre pedig már látjuk a hazai és a nemzetközi érdeklődést!

A kutatási eredmény a következő tanulmányban jelent meg:
Kiss B., Harangi S., Ntaflos T., Mason P.R.D., Pál-Molnár E.: Amphibole perspective to unravel pre-eruptive processes and conditions in volcanic plumbing systems beneath intermediate arc volcanoes: a case study from Ciomadul volcano (SE Carpathians). CONTRIBUTIONS TO MINERALOGY AND PETROLOGY 167 (3) 986. (2014)

Santorini: amikor a vulkán púposodik - a lényeg azonban a részletekben rejlik!

Az előző héten a Fuji körüli hírhullám után rögtön Santorini került a média tudományos hírei közé. A hír apropóját Michelle Parks és kutatótársainak szeptember 9-én a Nature Geoscience c. lapban megjelent tudományos publikációja adta. Az eredmények valóban figyelemre méltóak, amiről az oxfordi és bristoli sajtóközlemények is hasonló címmel számoltak be: "Giant ‘balloon of magma’ inflates under Santorini". Az izgalmas hír megjelent a hazai sajtóban is, szerencsére mértéktartó közléssel, alapvetően a PhysOrg közleményét követve. Úgy tűnhet sokaknak, hogy a vulkán alatt egy hatalmas magmalufi fújódhat fel, ami a felszínt is megemelte és ebből a laikus olvasónak akár az is következhet, hogy ha ez kipukkad, akkor abból akár nagy kitörés is lehet. Nos a helyzet azért nem teljesen ez, mivel a vulkánok alatt nem alakulnak ki hatalmas magmabuborékok, vélelmezhető, hogy az ördög a fordításba lopakodott be. A 'balloon' valóban fordítható akár buboréknak is, mivel egy léggömb a felszín alatt furcsa lenne, de fordítható a 'magma balloon' magmaduzzadásnak, magmadomborodásnak is, ami azért a valós helyzetet jobban tükrözi (bár nem hangzik olyan jól...). A felszín feldomborodását ugyanis az okozza, hogy a mélyről sekélyebb mélységbe nyomul egy jelentékeny magmatömeg és ennek hatalmas nyomása emeli meg a vulkán felszínét. A hír lényege azonban nem is egyszerűen ebben, hanem a részletekben van. És innentől kezdve a hír még izgalmasabb! Lássuk tehát a kutatás eredménye mit is jelent?

Háttérben a Santorini kaldera fala, előtérben pedig a Nea Kameni vulkáni kúpja az egyik kráterrel. Jobb oldalt az 1866-os kitörés illusztrációja. Forrás: Santorini.com

Santorini leginkább a mintegy 3600 évvel ezelőtti hatalmas robbanásos kitöréséről ismert - azonban a hazai cikkekben megjelentekkel szemben nem ez volt az utolsó vulkáni működés itt! A minoszi kitörést követően a beszakadt kaldera közepén nehezen folyós magma türemkedett a felszínre és épített végül fel két szigetet a Palaea és Nea Kamenit. Az utóbbi 1570-ben bukkant a kezdeti vízalatti kitörések után a felszínre és ezt követően 5 alkalommal (1707, 1866, 1925, 1939 és 1950) történt rajta újabb lávaöntéses kitörés, ami egyre növelte a sziget méretét. Ezek a kitörések alapvetően viszkózus lávafolyásokat eredményezett, amiket kisebb robbanásos kitörések tarkítottak. E kitörések során 10-100 millió köbméter mennyiségű magma tört a felszínre. 1950 óta alapvetően nyugodtan szunyókált a vulkán, 2011. januárjában viszont változott a helyzet, egyre több földrengés pattant ki és egyre jobban emelkedett, púposodott a felszín. Parksék nagy pontosságú mérései szerint az emelkedés mértéke 8-14 cm, ami megfelel 10-20 millió köbméter felnyomuló magma nyomásának. Ez a szám azonban csupán egy minimum érték, mert a modell eredményt sok minden befolyásolja, mint például a magmatest alakja, továbbá az is, hogy mibe nyomult be a friss magmatömeg. Amennyiben egy összenyomható anyagot (azaz kristályokból és olvadékból álló magmát, avagy kristálypépet) tartalmazó magmakamrába, akkor a valós érték a becsült térfogat akár ötszöröse is lehet! Összességében akárhogy is számoljuk, a felszíndomborodást akkora térfogatú magma sekély (4-5 km) mélységbe való emelkedése okozta, amennyi általában egy-egy kitörési periódus során a felszínre tört. Ez azonban csak a friss magma mennyisége, ez még keveredett a magmakamrában lévő kristályokban gazdag magmatömeggel, azaz a magmatározóban akár ennek a térfogatnak a tízszerese is jelen lehet! Potenciálisan vulkánkitörést tápláló magmatömeg tehát jelen van a vulkán tárolórendszerében, azonban mindenki arra kíváncsi, hogy ez vajon ki fog-e törni és ha igen, akkor mikor és milyen módon?
Nos, ezekre a kérdésekre sajnos nem tudunk pontos választ adni, azonban Parksék tanulmányát olvasva és figyelembe véve az elmúlt években az e témában megjelent tudományos munkákat (például a legutóbb ugyancsak nagy port felkavaró Timothy Druitt és munkatársainak Nature-ben publikált eredményeit) elgondolkodtató következtetésekre juthatunk és közelebb juthatunk a válaszadáshoz. Az elmúlt évek kutatásai alapján a jelenlegi felfogás az, hogy a vulkán alatt 4-5 km mélységben van egy magmatározó, ahová időszakonként friss magmatömeg érkezik egy mélyebb, a becslések szerint 10-14 km mélyen lévő magmakamrából. A vulkáni kőzetekben lévő ásványok összetételének elemzése alapján több kutató is arra az értelmezésre jutott, hogy a lávaöntő kitörések előtt nem sokkal, az 1925-ös kitörés előtt például csupán egy hónappal korábban történt a friss magmatömeg felnyomulása, ami végül a kitöréshez vezetett. A nagy robbanásos kitörések előtt sem telik el sok idő a feltöltődés után: a friss magma felnyomulása mindössze néhány évtizeddel a hatalmas mínoszi kitörés előtt történhetett! Parksék azt hangsúlyozzák, hogy a magmafeltöltődési szakaszok általában ritkák, de gyorsak a Santorini alatt és ezalatt jelentős mennyiségű magma érkezhet a sekély magmatározóba.
A szintén a szerzők között lévő David Pyle korábbi tanulmányában arról írt, hogy a Nea Kameni kitörései között sok hasonlóság volt, a kitöréseket felszínemelkedés vezette be (azaz friss magma felnyomulása), majd nem sokkal utána zajlottak a kitörések. A felszínre került magmatömeg mennyisége úgy tűnik akár becsülhető is a korábbi kitörések vizsgálati eredményei alapján, mivel Pyle erős összefüggést talált a felszínre törő magma mennyiség és a korábbi nyugalmi szakasz hossza között. Ebből ő arra következtetett, hogy a következő kitörés esetében 30-70 millió köbméter láva növelheti a sziget térfogatát és a kitörés 2-3 évig is eltarthat. Nos, a becsült magmatérfogat már ott van a sekély magmatározóban! Az ásványok vizsgálata azt jelzi, hogy nincs kizárva az, hogy a kitörés néhány éven belül valóban bekövetkezik, kérdés azonban az, hogy a vulkán követi-e az eddigi, mondhatni kiszámítható magatartását, vagy most változtat a természetén és fricskát ad a vulkanológusoknak. Ez tehát a jövő és a vulkán titka. A szakemberek, a vulkanológusok, akik egyben detektívek (és ebbéli tevékenységük folytán nagy részletességgel fel tudták tárni a vulkán eddigi kitöréseinek jellemzőit), egyben pszichológusok (akik igyekszenek megérteni a vulkán természetét és ebből következtetni a jövőbeli viselkedésére) nem tehetnek mást, mint folyamatosan értékelik a vulkán rezdüléseit. Amennyiben az eddig megszokott módon folytatja életét a tűzhányó, úgy fog még egy rövid jelet adni. Ez a jel az eddigi adatok alapján még fontosabb lesz és ehhez Parksék jelen munkája, valamint az elmúlt évek kutatási eredményei összességében rendkívül fontos háttér-információt adnak, ami alapján a fokozott figyelem nélkülözhetetlen, megijedni azonban nem szükséges: egy a 3600 évvel ezelőtti hatalmas robbanásos vulkáni kitöréshez hasonló esemény esélye nagyon-nagyon kicsi, sokkal inkább egy újabb, bár az 1950-ös kitörésnél intenzívebb lávaöntő kitörés várható!

Fuji, az alvó óriás

A legutóbbi bejegyzésemet azzal zártam, hogy a földrengések és a vulkáni kitörések közötti kapcsolatot a Fuji 1-2 hónappal későbbi esetleges felébredése helyezheti új megvilágításba. Március 15-én, helyi idő szerint este fél 11-kor egy 6,2 magnitúdójú földrengés pattant ki a tűzhányó közelében. Ez minden bizonnyal tektonikai eredetű, de újra felerősítette azokat a hangokat, akik szerint nincs kizárva a Fuji felébredése a több mint 300 éves álmából.
A mai napon, a Szent István Egyetem Állatorvos-tudományi Karán, az egyetem Baráti Körének szíves meghívására tartott előadásom végén említettem, hogy amennyiben a jövő veszélyes vulkáni kitöréseit szeretnénk számba venni, akkor valószínűleg nem az aktív tűzhányók között kell keresnünk a potenciális pusztítót, hanem a régóta alvók között. Ez persze nem könnyű feladat és erről nem könnyű meggyőzni a döntéshozókat sem, hogy egy ilyen kutatási projektet támogassanak. Pedig a felvetés közel sem olyan abszurd, mint amilyennek látszik! A történelmi idők nagy vulkánkitöréseit többnyire olyan tűzhányók produkálták, amelyek több száz, vagy több ezer éve óta szunnyadtak. Nos, nem várva "a döntéshozók támogatására", kezdjük meg az alvó vulkánok szondázást és nézzük meg mit tudunk a japánok szent hegyéről a Fujiról!

A japánok szent hegye, az alvó óriás, a Fuji. Fotó: Czuppon György

Nos, érdekes módon nagyon keveset! Még a Wikipedia is meglehetősen szűkszavú információt ad a Fuji vulkáni működéséről, akár a magyar, akár az angol változatot olvassuk. Ugyancsak vázlatos a leírás a Fuji történelmi időkben zajlott kitöréseiről. Ennek egyik oka, hogy e szent hegy megközelítése korlátozott, és kőzetmintát is csak korlátozottan lehet gyűjteni. A másik ok nyilvánvalóan az, hogy már túl régóta alszik ahhoz, hogy a központban legyen a japán vulkanológusok előtt, akiknek van bőven dolguk az aktívan dolgozó tűzhányóikkal. 2000 októberétől azonban egyre gyakrabban pattantak ki földrengések a tűzhányó alól, amelyek száma 2001 áprilisában meghaladta a 100-at. Ezeket a felszínen alig lehetett érezni, a szakemberek előtt azonban nyilvánvaló volt, hogy a mélyben magma mozog felfelé! A japán kormány erre közel 10 millió dollárt invesztált a tűzhányó részletes kutatásába. Több fúrást mélyítettek le, megtöbbszörözték a szeizmikus állomásokat, valamint egy részletes vulkán veszélyességi térképet készítettek. Az eredmények több, mint meglepőek voltak!

Balra: a Fuji tektonikai elhelyzkedése. Jobbra: A Fuji vulkanológiai története képekben. Forrás: Fujisan-net

A Fuji tektonikai helyzete meglehetősen bonyolult. Pontosan az Izu-Bonin és az Északkelet-Japán vulkáni ív metszéspontjában fekszik, ahol a viszonylag kis méretű Fülöp-lemez és a nagyobb Pacifikus-lemez bukik le a földköpenybe. A Fuji alatt az utóbbi kőzetlemez már 170 km mélyen jár. A 400 köbkilométer térfogatú vulkánt alapvetően bazaltos magmák építették fel. Története több mint 100 ezer évre tekint vissza, amelynek során először a Pre-Komitake és Komitake vulkánok épültek fel, amit a Ko-Fuji követett, majd 20 ezer év óta a Shin-Fuji épülget. A Shin-Fuji működését alapvetően lávatűzijáték-szerű kitörések, olykor lávaöntések jellemezték és csupán ritkán voltak erősebb robbanásos kitörések. Az egyik új vulkanológiai felfedezés, hogy mintegy 3000 évvel ezelőtt, valamint 1400 éve az ilyen heves robbanásos kitörést pusztító piroklaszt-árak lezúdulásai kísérték. Az ilyen vulkáni működés pedig rettentően ritka bazalt vulkán esetében! Az erős robbanásos kitörések közé tartozik a Fuji legutolsó, 1707 decemberi kitörése is.
Az 1707-es kitörés, amit Hōei-kitörésnek neveznek, egy hatalmas földrengést követően történt. Az 1707. október 28-án kipattant 8,4 magnitúdójú földmozgás epicentruma Honshu szigetének közepe táján volt. A vulkánkitörés 1707. december 16-án, reggel 10 órakor kezdődött. A két esemény közötti kapcsolat máig nem egyértelmű, a földtudományi szakemberek szerint a közvetlen kapcsolat nagyon-nagyon kevéssé valószínű, azonban nem kizárt, hogy a földmozgás lökést adhatott az amúgy is kitörni készülő tűzhányónak. A robbanásos kitörés a vulkán délkeleti oldalában kezdődött és a kezdeti hat órában először horzsakő, majd vulkáni salak hullott főleg a vulkántól keletre. A kitörés kisebb megszakításokkal december 25-ig tartott, amikor hevesebb robbanásos kitörések következtek. Ezt követően csitult a vulkáni működés és 1708. január 1-én befejeződött. A vulkáni hamufelhő keleti irányba tolódott el és több cm vastagon fedte be a mintegy 100 km távolságban lévő fővárost, Edot, a mai Tokyot. Áldozatokról a krónikák nem számolnak be, azonban az elpusztult ültetvények miatt éhínség alakult ki, ami viszont számos áldozatot szedett. Összességében közel 0,7 köbkilométer térfogatú magma tört a felszínre a 16 nap alatt. Ez hozzávetőleg tízszerese a 2010-es Eyjafjallajökull kitörésnek! A részletes vizsgálatok felfedték, hogy a kitörő magma kémiai összetétele folyamatosan változott. Először dácitos horzsakövek repültek ki, majd az összetétel andezitessé váltott, végül bazaltos vulkáni salak és hamu került a felszínre.
Az 1707-es kitörés során felszínre törő magma összetétel változásának okát egy közelmúltbeli kutatás eredményei világították meg. A vizsgálat hasonló eszközökkel történt, mint amit a kutatócsoportunk is alkalmaz: a kőzetekben lévő ásványok vallatása a magmakamra folyamatok feltárása céljából. A Fuji esetében Takayuki Kaneko és munkatársai arra a következtetésre jutottak, hogy a tűzhányó alatt legalább két magmakamra található. Az egyik kb. 20 km mélyen, ami bazaltos kőzetolvadékot tartalmaz, a másik pedig 8-9 km mélységben, ahol andezites-dácitos magma fejlődik. Ez utóbbi a korábbi kitörések után visszamaradt magmából alakul ki és jelentős mennyiségű kristályt tartalmaz, azaz egy viszkózus kristálykása. A kitörés akkor kezdődik, amikor a mélybeli magmakamrából bazaltos kőzetolvadék indul felfelé. Keveredik a kristálykásában lévő szilícium-dioxidban gazdag olvadékkal, részben beolvasztja az ott lévő kristályokat, és először ez a kevert, összességében dácitos-andezites magma tör a felszínre, mégpedig heves robbanással. Ahogy csökken a kristálykása, illetve az abban lévő mobilizálható kőzetolvadék, úgy egyre inkább a bazaltos magma jut a felszínre. Megjegyzem, ez a magmakamra folyamat rendkívül hasonló ahhoz, ami az Eyjafjallajökull kitörés esetében történt. Ez pedig egy nagyon lényeges pont!
Néhány napja jelent meg Alain Burgisser és George Bergantz tanulmánya a Nature folyóiratban, ami nagy visszhangot kapott, többek között beszámolt róla a National Geographic és a Science Daily is. A két kutató vizsgálatai arra mutatnak rá, hogy egy már kihűlőfélben lévő kristálykása remobilizása, azaz felolvasztása és kitörése jóval kevesebb idő alatt történik, mint azt korábban gondolták! Ehhez elegendő csupán 1-2 hónap! Azaz, ez azt jelenti, hogy amennyiben a bazaltos magma felemelkedését, majd sekély mélységben való megakadását észleljük, akkor 1-2 hónap múlva akár heves robbanásos kitörés következhet be egy hosszan alvó vulkán esetében. Erre adott példát a fülöp-szigeteki Pinatubo, de úgy tűnik ebbe a sorba áll a Fuji is, ahogy gyaníthatóan ez történt az Eyjafjallajökull kitörés esetében is. Ezek azok a vizsgálatok, ezek azok az eredmények, amelyekkel saját kutatásaink is egybecsengenek a Kárpát-medence legfiatalabb tűzhányójának, a Csomádnak vallatása során. Mindezek új megvilágításba helyezik a szunnyadó tűzhányók felébredésének mélybeli okát!
Végül, térjünk vissza a Fujihoz, mi történne, ha újra kitörne? Ráadásul követve a legutóbbi kitörését, ismét hatalmas robbanásokkal? Az uralkodó szélirány többnyire nyugatról kelet felé tart, tehát a vulkáni hamueső feltehetően ismét a tűzhányótól keletre eső területeket érintené elsősorban. Ebbe beletartozik Tokyo, amit 1707-ben is több cm vastag vulkáni hamu fedett be. A helyzet azonban azóta alaposan változott, Tokyo hatalmas metropolis lett, a világ egyik gazdasági központja... A következmények ezért beláthatatlanok. Amennyiben nyáron történne a kitörés, akkor ez katasztrofális lenne az ekkor a vulkán lábánál golfozó, pihenő, turistáskodó milliók számára! A legrosszabb esetbe pedig belegondolni is hátborzongató! Amint azt az új kutatási eredmények mutatják, egy ilyen heves robbanásos kitörés esetében a Fuji oldalában is robogó piroklaszt-árak, esetleg izzófelhők rohanhatnak le, amelyek akár több tíz km távolságba is eljuthatnak! A vulkán rezdüléseinek naprakész megfigyelése, a tűzhányó működésének megértése tehát elengedhetetlen!

A Tusnád melletti Csomád: kb. 30 ezer éve szunnyad, de azért érdemes alá néznünk...

Ha egy vulkán hosszú ideje meg sem rezdül, ha minden nyugodtnak és békésnek tűnik körülötte, ha már azt gondoljuk végleg befejezte munkáját és inaktívvá vált, nem biztos, hogy felesleges további energiát, anyagi ráfordítást fektetni kutatásába. Ez valamikor még jól jöhet...

IMA 2010 Konferencia Budapesten

Ezen a héten zajlik Budapesten, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Karán a Nemzetközi Ásványtani Társaság (International Mineralogical Association - IMA), a legnagyobb ásványtudományokkal foglalkozó nemzetközi szakmai szervezet, 20. világkonferenciája. Óriási megtiszteltetés ez a hazai földtudománynak, hogy egy ilyen rangos konferenciát Budapesten rendeznek. A 2010‐es konferencia rendezéséért Budapest 1988‐ban kezdett szervező munkába. A törekvést végül, 2004‐ben, Párizzsal folytatott erős verseny nyomán siker koronázta. A 2014‐es (Dél‐Afrika) és a 2018‐as (USA)konferenciák helyszíne is eldőlt már. Európára várhatóan legközelebb 2026‐ban kerül sor. A budapesti konferencián 74 országból 1700 résztvevő vesz részt, ahol az előadások 78 tudományos szekcióban zajlanak.

Természetesen kutatócsoportunk is ott van a rendezvényen (ez elmúlt napokban keményen készültünk erre; így a bloghírek csak lassan csordogáltak). Tegnap délután négy előadásunk hangzott el és két posztert mutattunk be a 'Volcanoes - The mineral factory' szekcióban. A konferenciára ma érkezik Olgeir Sigmarsson, aki holnap tart plenáris előadást az Eyjafjöll vulkán kitörésének okairól. Sigmarsson részletesen vizsgálta a vulkáni hamu anyagát, az ásványok és a kőzetüveg összetételét, amiből rekonstruálni lehet azt, hogy mi zajlott a vulkán alatt, miért és hogyan változott a vulkáni kitörés jellege. Az előadásról részletesen beszámolunk a Tűzhányó blogon!

Vezúv: feltöltve?

Megelőzhető egy vulkánkitörés? Nem, megelőzni nem lehet, felkészülni rá viszont igen! Ehhez viszont ismerni kell, hogy milyen vulkánkitörés várható, mikor valószínűsíthető és milyen intézkedéseket kell tenni ahhoz, hogy emberéleteket és egyéb értékeket lehessen megóvni. Ezek a kérdések legélesebben a Vezúv esetében merülnek fel, amiről korábban már mi is írtunk.
Giuseppe Mastrolorenzo és Lucia Pappalardo, olasz vulkanológusok, az utóbbi időben több figyelemfelkeltő tudományos megállapítással álltak elő. Néhány évvel ezelőtt arra hívták fel a figyelmet, hogy a Vezúv egy lehetséges jövőbeli heves kitörése során Nápoly lakossága sem érezheti biztonságban magát. Ez a következtetés alapvetően új volt, a jelenlegi hivatalos vészforgatókönyvek ugyanis mind arra építenek, hogy Nápolyt elkerülheti a pusztítás, akár egy nagyobb vulkánkitörés esetében is. A Vezúv 3780 évvel ezelőtti kitörésének tanulmányozása során arra a következtetésre jutottak a kutatók, hogy bár a vulkánkitörés hamufelhőjét az uralkodó szelek keleti irányba térítették el és ezen a területen volt intenzív hamuhullás, emellett azonban volt egy másik kitörési folyamat, mégpedig egy felszínközelben turbulensen lezúduló vulkáni törmelék-ár (úgynevezett piroklaszt torlóár), ami a tűzhányótól északnyugatra mindent letarolt és helyenként (például Nápoly jelenlegi keleti felén) több méter vastag vulkáni hamuanyagot rakott le. A kitörés tragikusan érintette a Vezúv környéki későbronzkori lakosságot. Az egyik feltárásban (15 kilométerre a vulkántól), a kitörés vulkáni hamuanyagában megtalálták a menekülők lábnyomait is, máshol 1 méter vastag vulkáni hamuréteg alól kerültek elő emberi csontvázak. A Kr.u. 79-es kitörésnél is pusztítóbb vulkáni működés után évtizedekig lakatlan volt a tűzhányó környéke…

A baloldali ábrán sárga szín jelöli a 3780 évvel ezelőtti, úgynevezett Avellino kitörés vulkáni hamuhullás által érintett területét, míg északnyugat felé (piros-kék színek) a piroklaszt torlóár hamuüledékével beborított terület látható. A piros szín 2-5 méter vastag hamuréteget jelez! A jobboldali ábrán menekülők lábnyomai láthatók a feltárt vulkáni hamurétegben. Ábrák forrása: Mastrolorenzo és társainak tanulmánya a PNAS szakfolyóiratban.

A két olasz kutató most egy újabb figyelemfelkeltő megállapítással állt elő. Az Earth and Planetary Science Letters neves tudományos folyóiratban néhány hete publikált tanulmányukban arról írnak, hogy a Vezúv alatt 8-10 kilométer mélységben már összegyűlt egy nagy vulkánkitöréshez elegendő magmamennyiség! A geofizikai vizsgálatok korábban egy 400 négyzetkilométer kiterjedésű, oldalirányban elnyúlt magmakamrát mutattak ki a vulkán alatt. Még mélyebben van egy másik magmatározó is, kb. 20-25 kilométer mélységben. A magmagenetikai vizsgálatok szerint a mélyen lévő magma kristályosodása során visszamaradó, kisebb sűrűségű kőzetolvadék felfele mozog és 8-10 kilométer mélységben halmozódik fel. Fontos kérdés, hogy mennyi idő kell ahhoz, hogy összegyűljön akkora mennyiségű kőzetolvadék a felső magmatározóban, aminek kitörése katasztrofális hatású lehet. Mastrolorenzo és Pappalardo szerint ez már megtörtént, 8-10 kilométer mélyen már ott van az a fonolitos kőzetolvadék, ami mindig csak a Vezúv nagy erejű robbanásos kitörései során tört a felszínre, mint például Kr.u. 79-ben, 472-ben, majd 1631-ben! Sőt a vizsgálatok azt is kimutatták, hogy ha elindul ez a magmatömeg, akkor az nagyon gyorsan a felszínre tör!
Mi kell ahhoz, hogy ez a hatalmas magmamennyiség elinduljon a felszínre? Erre egy angol kutatócsoport tudományos eredménye adhatja meg a választ, amit néhány éve publikáltak: ők arra a megállapításra jutottak, hogy a Kr.u. 79-es kitörést néhány évvel, évtizeddel megelőzően a magmatározóba friss kőzetolvadékok nyomultak be. Megítélésük szerint ehhez kapcsolható a Pompeji épületeiben is súlyos károkat okozó Kr.u. 62-ben lejátszódó földrengés is.
Mi az üzenete ezeknek a kutatási eredményeknek? A vulkáni veszélyre való felkészülésben az intézkedési terveknek a legrosszabb esetekre is választ kell adniuk. Gondoljunk csak bele abba, hogy a közelmúltban zajlott Eyjafjöll vulkánkitörés esetében pont a legrosszabb eset következett be: egy nem túl nagy vulkánkitörés hamufelhőjét a térségben egy viszonylag ritka szélirány sodorta Európa felé és okozott kaotikus helyzetet! Nos, ezeket az eredményeket, azaz a 3780 évvel ezelőtti vulkánkitörés mai Nápolyt is érintő hatását, valamint az esetleg már a közeljövőben is bekövetkező nagy erejű vulkánkitörés lehetőségét meg kell fontolni, és be kell építeni a tervekbe! Mastrolorenzo és Pappalardo kutatásaikkal erre szeretnék felhívni a figyelmet, amit mindeddig az olasz hatóságok nemigen fogadtak meg, sőt… ( lásd erről korábbi írásunkat .)
Befejezésül csupán egy rövid megjegyzés. Lesz-e figyelmeztető jel a Vezúv következő nagy erejű vulkánkitörése előtt? Megítélésem szerint igen, azaz az esemény nem teljesen váratlanul fog bekövetkezni. Erre utal az angol kutatócsoport megállapítása is. A mélyben összegyűlt magmatömeget nagy valószínűséggel egy mélyről jött friss magmának a fonolitos magmatározóba való benyomulása indíthatja el. Ezeket a jeleket kell figyelni, az ezekkel járó földrengések jelezhetik azt, hogy a mélyben már nem csak a kitörni vágyó magmatömeg van jelen, hanem a körülmények is, amik ezt mobilizálhatják. Ezek a jelek pedig néhány évvel vagy évtizeddel a kitörés előtt már megérkeznek. Ismét csak visszautalni tudok, az Eyjafjöll március-májusi kitörésére, ami előtt már jóval korábban észlelni lehetett, hogy a tűzhányó alatti magmatározóba szakaszosan friss kőzetolvadékok nyomulnak fel!

Eyjafjöll: mit jeleznek a földrengések?

Hétfőn és kedden nagy számú földrengés pattant ki az Eyjafjallakökull alatt. Az Izlandi Meteorológiai Intézet honlapján közölt adatok alapján szerkesztettem az alábbi térképet, ami az elmúlt 2 nap földrengéseinek mélységeloszlását mutatja két vetületben:

Az ábra alapján több érdekes megfigyelés tehető: Hétfőn és részben kedden is a földrengések egy része 17-22 kilométer mélységből pattant ki egy viszonylag kis területről. Ez a terület éppen az Eyjafjallakökull akatti földkéreg-földköpeny határ felett van. Elképzelhető, hogy a földkéreg alsó részén kialakult egy bazaltos magmával teli magmakamra, ahová a földköpenyből egy jelentősebb kőzetolvadék utánpótlás érkezhetett. Egyelőre azonban úgy tűnik, hogy ez a friss magma nem megy tovább a sekély (3-5 kilométer mélységben lévő) magmatározó rendszerbe úgy, mint az az előző héten történt.
A rengések másik része sekély mélységből pattant ki (<2>

Eyjafjöll: újratöltve?

A rossz időjárás következtében csak tapogatózni lehet, hogy mi történik a felhőtakaró alatt? A figyelem azonban még mélyebbre irányul: mi történik a felszín alatt? Egy korábbi bejegyzésben már szóltam arról, hogy a vulkáni kitörések megértéséhez, esetleges jövőbeli kitörések előrejelzésében mennyire fontosak a vulkán alatti magmakamrában vagy magmatározókban zajló folyamatok. Az elmúlt napokban felerősödtek a földrengések az Eyjafjöll tűzhányó alatt, amiről korábban is beszámoltunk. A földrengések kipattanási helyei (hipocentrumok) kezdetben mélyen 18-23 kilométer mélységben voltak, majd egyre inkább feljebb kerültek. Az elmúlt 24 órában 8-13 kilométer mélyről pattant ki a legtöbb rengés, ami mellett folyamatosan sekélyebb rengések is megfigyelhetők, a hipocentrumok itt 1-3 kilométer mélységben vannak. Az izlandi szakemberek rámutattak arra, hogy a 3-5 kilométer mélységközben hiányzó hipocentrumok azt jelzik, hogy itt lehet a kitörést tápláló magmakamra.

A földrengések gyakoriságából és a hipocentrumokból arra lehet következtetni, hogy friss magma érkezik a tűzhányó alá, ami a sekély mélységben lévő magmát kitörésre készteti. Két további megfigyelés is alátámasztja ezt a feltételezést: a GPS mérések lassú felszínemelkedést mutatnak, ami a vulkán alatti magma növekvő feszültségével hozható összefüggésbe. Emellett, úgy tűnik növekszik a kiáramló kén-dioxid koncentráció is. Ez pedig azt jelezheti, hogy friss bazaltos magma érkezett a vulkán alá. A vulkáni működésnek tehát közel sincs még vége , sőt elképzelhető, hogy a következő napokban intenzívebb kitörések lesznek.
Tegnapi jelentések szerint a lávafolyás már elérte az 500 méter tengerszint feletti magasságot. A lávanyelv 200 méter széles, amelyben egy 30-60 méter széles lávacsatorna van. Az izzó lávafolyam nem látható, mert a gleccserjég alatt halad lefelé. A tegnap közölt képek is mutatják, hogy a felszínen csupán az figyelhető meg, hogy a gleccserjégből kisebb-nagyobb üregekből dől ki a felolvasztott és felhevített olvadékvízből származó vízgőz felhő. Rövidesen megjelenhet a láva a Gígjökull gleccservölgy alatti meredek tereplépcsőn!
A robbanásos kitörés tovább zajlik a központi kürtőben. A sötét hamufelhő 5,5-6,5 kilométer magasságba emelkedik, ami a tűzhányótól délkeletre már 8 kilométer magason van. A legfrissebb VAAC jelentés szerint a hamufelhő déli irányba húzódik tovább, a következő napokban talán fellélegezhetnek a Brit-szigeteken...

Mi van a vulkán alatt?

Most tette közre az Izlandi Egyetem Földtudományi Intézetében működő Nordic Volcanological Center munkatársa, Páll Einarsson az alábbi modellábrát:

Az ábra azt mutatja, hogy a vulkánok alatt egy viszonylag bonyolult magmatározó rendszer alakul ki. Az Eyjafjallajökull alá 1994 és 1999 között felnyomult magmalencsékből végül 2010 máriusában tört felszínre a bazaltos kőzetolvadék, okozva a látványos lávaszökőkút, lávafüggöny kitöréseket. Később a központi kráter felé nyomult tovább fel a bazaltos olvadék, ahol keveredett egy nagyobb szilícium-dioxud tartalmú kőzetolvadékkal, ami létrehozta a jelenlegi vulkáni működés andezit magmáját.
Az ábráról az is kitűnik, hogy nincs közvetlen kapcsolat az Eyjafjallajökull és a Katla között a mélyben. Azaz a magmatározó rendszereik nem függnek össze. Jelenleg a Katla alatt van kőzetolvadék, de a szakemeberek szerint ennek mennyisége nem túl nagy. A helyzet azonban változhat, a szakemberek vigyázó szemei ezért a Katlára és természetesen a vulkán alatti folyamatokra is rászegeződnek.