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?
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.
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.
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.
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?...
 |
 |
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?...
