czwartek, 7 czerwca 2018

Instrukcja obsługi wulkanu Fuego: Geologia

W związku ostatnią, najsilniejszą od 1974 roku erupcją gwatemalskiego wulkanu Fuego zamierzam przygotować kilka wpisów o geologii, systemie Fuego, metodach jego monitoringu oraz o społecznościach zamieszkałych wokół wulkanu. Mam nadzieję, że ta mini-seria przybliży wam nieco jak wygląda sytuacja w Gwatemali oraz monitoring najaktywniejszego wulkanu Ameryki Środkowej. Ten, otwierający wpis będzie o geologii oraz ogólnych informacjach na temat procesów odpowiadających za generowanie eksplozji na Fuego aby nieco przybliżyć wam ten system zanim przejdziemy do metod monitoringu oraz problemów społecznych wokół wulkanu. Myślę, że dzięki temu będziecie mieć troszkę szerszy kontekst oraz będziecie mogli spojrzeć na ten wulkan pod wieloma kątami. Gdy sytuacja w Gwatemali się uspokoi napiszę też oddzielny artykuł o ostatniej erupcji.

Wulkan Fuego, luty 2018.
Chi’gag - „miejsce gdzie mieszka ogień” czy Volcan de Fuego – „Wulkan Ognia” to wiele imion jednego z najaktywniejszych wulkanów Ameryki Środkowej. Stratowulkan Fuego wznosi się na wyskość 3763 m n.p.m i znajduje się na  granicy trzech gwatemalskich departamentów Chimaltenango, Escuintla i Sacatepéquez, około 16 km od kolonialnego miasta Antigua. Antigua jest jednym z najważniejszych ośrodków turystycznych Gwatemali skąd często odbywają się wycieczki na znajdujący się nieopodal Fuego wulkan Acatenango, będący częścią tego samego kompleksu. Pomiędzy tymi dwoma wulkanami znajdują się też szczątki wulkanu Meseta po zapadnięciu się którego nastąpił wzrost wulkanu Fuego. Z kompleksu najstarszy jest wulkan Acatenango, a sam wulkanizm przemieszcza się w kierunku południowym swą siłę koncentrując głownie na najmłodszym wulkanie tego kompleksu – Fuego. Cały kompleks produkuje magmę bazaltowo-andezytyczą z progresywną ewolucją w stronę bardziej maficznej (bogatszej w żelazo i magnez, uboższej w krzemionkę) magmy bazaltowej. 
Studenci Uniwersytetu Bristolskiego w dolinie Seca, w tle wulkan Fuego.
W przeciągu ostatnich 500 lat na Fuego mało miejsce co najmniej 60 większych erupcji. Erupcje te z reguły zachodzą podczas trwających od 20 do 70 lat cyklów wzmożonej aktywności wulkanicznej, które przeplatają się z okresami niskiej bądź zerowej aktywności trwającymi od 40 do 170 lat. Od roku 1944 na Fuego zaszło co najmniej 25 bardziej impulsywnych, lecz krótkich erupcji typu wulkaniańskiego. Od 1888 roku 8 erupcji wygenerowało chmurę piroklastyczną sięgającą stratosfery (>17 km). Najczęściej erupcje nie przekraczają VEI3 chociaż zdarzają się też VEI4. Podczas paroksyzmów na Fuego najczęściej zdarzają się spływy piroklastyczne typu nuée ardente (tego typu spływy znane są też pod nazwą „gorejących chmur” z powodu ich bardzo wysokich temperatur dochodzących czasem do 1000°C. Jedne z najsłynniejszych „chmur gorejących” zeszły w roku 1902 z wulkanu Mt Pelée na Martynice zabijając ponad 30 tys. ludzi). Spływy piroklastyczne powstają w wyniku zapadnięcia się kolumny erupcyjnej i stanowią mieszaninę gorących gazów, popiołu i odłamków skał. Ich temperatura wacha się od 200 °C do 800 °C, a prędkość może osiągnąć nawet 1000 km/h.
Jeden ze spływów piroklastycznych wygenerowanych podczas erupcji w czerwcu, 2018.
Obecnie naukowcy uważają, że system pod wulkanem Fuego składa się z dwóch komór magmowych. Większej (dla ułatwienia nazwijmy ją komora 1) o objętości >1km³, położonej na głębokości od 8 do 16 km i mniejszej (komora 2) o objętości <0,1km³, znajdującej się od 2 do 5 km pod powierzchnią ziemi. Magma znajdująca się w komorze 1 jest maficzna, „prymitywna”. Tego typu magmy to świeży materiał pochodzący ze strefy gdzie ta magma się generuje. Maficzne magmy są stosunkowo ubogie w krzemionkę za to bogate w magnez i żelazo, dlatego produkują łagodne erupcje typu hawajskiego ponieważ są bardzo płynne. Komora 2 znajdująca się nad pierwszą posiada bardziej rozwiniętą „kwaśną” magmę bogatszą w krzemionkę, która odpowiedzialna jest za silniejsze, bardziej eksplozywne erupcje. Cykle erupcyjne na Fuego związane są z ruchami magmy pomiędzy tymi dwiema komorami. Typowy cykl rozpoczyna się silniejszą eksplozją typu sub-pliniańskiego lub wulcaniańskiego która zachodzi w wyniku napływu magmy do komory 2 z komory 1. Późniejsza aktywność skupia się wokół tak zwanych paroksyzmów typu wulkaniańskiego lub stromboliańskiego które przeplatają się z okresami mniejszej aktywności. Eksplozje w kraterze stopniowo przybierają na sile oraz częstotliwości, aż dochodzi do efuzji lawy i większej erupcji (paroksyzmu). Paroksyzmy z reguły utrzymują kolumnę erupcyjną przez około 24 godziny, często towarzyszą im fontanny lawy oraz spływy piroklastyczne. Do końca roku 2014 Fuego miał od 2 do 6 paroksyzmów rocznie. Sytuacja zmieniła się w roku 2015, gdy zaczęły się one pojawiać co miesiąc dochodząc do 16 w roku 2016. Z reguły pomiędzy kolejnymi paroksyzmami następuje trwająca od 30 do 40 dni przerwa w której intensywność eksplozji stopniowo wzrasta. Na chwilę obecną najsilniejsza erupcja Fuego miała miejsce 14 października 1974 roku kiedy to wulkan wygenerował kolumnę erupcyjną która sięgnęła 7,5 km, zsyłając wiele spływów piroklastycznych. Siła erupcji została określona na 4 według skali eksplozywności wulkanów (Volcano Explosivity Index – VEI). Spływy występowały do 23 października, a mniejsze eksplozje zachodziły jeszcze tygodnie po erupcji. Po aktywności w latach 1974-1979 nastąpił okres przejściowy w którym aktywność była bardzo niewielka aż do roku 1999, kiedy to nastąpiła eksplozja o sile VEI2. Od tej pory wulkan Fuego wszedł w fazę relatywnie niskiej aktywności charakteryzującej się częstymi eksplozjami i krótkimi efuzjami lawy. Od roku 1932 erupcje przybierają na sile. 
Kolumna erupcyjna z roku 1974.
Fuego posiada dwa kratery: znajdujący się na szczycie wulkanu krater centralny w którym zachodzi większość emisji gazów, oraz leżący ok. 100m na zachód od centralnego, krater w którym kumuluje się aktywność fumaroli. Źródło magmy, zlokalizowane dzięki badaniom sejsmicznym, znajduje się jakieś 300 m na zachód od szczytu i 300 m poniżej jego poziomu. Nie wiadomo na dzień dzisiejszy jak wygląda połączenie pomiędzy tym źródłem i obydwoma kraterami, oraz czy źródło migruje. Nie jest też jasne dlaczego wszystkie większe erupcje zachodzą zawsze w kraterze centralnym.
Eksplozja na Fuego, luty 2018.
Fuego badany jest głównie przez wulkanologów z INSIVUMEH (Instituto Nacional de Sismología, Vulcanología, Meteorología e Hidrología), Grupę wulkanologiczną z Uniwersytetu Bristolskiego (Wielka Brytania) oraz przez grupę z Uniwersytetu Technologicznego w Michigan (USA). Znacząca część obecnych publikacji dotyczących tego wulkanu pochodzi właśnie z Michigan. Członkowie grupy wulkanologicznej przeprowadzili szereg obserwacji Fuego w latach 2005-09. Tematem prac była między innymi dynamika emisji gazów, której wariacje zostały połączone z aktywnością sejsmiczną oraz emisją SO₂. Oprócz tego badania traktowały o deformacji stożka na krótko przed erupcją oraz połączyły długookresowe wstrząsy sejsmiczne z konkretnymi stylami erupcyjnymi. Z reguły emisja SO₂ znacznie spada przed eksplozją co może wiązać się z migracją zimnej, ubogiej w gazy i silnie skrystalizowanej magmy głównym kominem Fuego. W miarę jak magma krzepnie stopniowo „zakleja” krater i zaczyna działać jak korek w butelce szampana pod którym gromadzą się gazy, które nie są w stanie wydostać się na powierzchnie. W związku z tym, emisja dwutlenku siarki spada i wstrząsy sejsmiczne zachodzą w głębszych partiach wulkanu. Wstrząsy są głownie generowane przez swobodnie poruszające się bąbelki gazów wulkanicznych, a te nie są w stanie rozchodzić się w skrystalizowanej magmie, która przypomina ciało stałe. Dlatego w miarę jak magma krystalizuje, wstrząsy zachodzą coraz głębiej, co daje słabszy sygnał na sejsmogramie. Gdy komin jest stopniowo zaklejany przez krzepnąca magmę, siarka zaczyna być emitowana przez drugi krater aż nagromadzone w kominie ciśnienie rozsadza „korek” stworzony przez „zimną” magmę. Wtedy dochodzi to nagłego zwiększenia się emisji siarki z krateru głównrgo. Spójrzcie na schemat poniżej.
Schemat przedstawiający formowanie się eksplozji na Fuego (Źródło: Nadeau et al. 2011). Schemat jest troszkę uproszczony ponieważ nie bierze pod uwagę faktu, że źródło magmy nie znajduje się bezpośrednio pod głównym kraterem.
Wokół Fuego znajduje się 7 głównych wąwozów które stanowią drogę dla spływów piroklastycznych lub laharów. Tego typu wąwozy o bardzo ostrych ścianach nazywane są po hiszpańsku „Barrancas” co na stale weszło do słownictwa wulkanologicznego na określenie dolin będących trasami spływów piroklastycznych lub laharów. Honda jest główną doliną na wschodniej flance wulkanu, do której wejście znajduje się około 1km od szczytu Fuego. Po erupcji z roku 1974 żaden spływ piroklastyczny nie zszedł tą doliną aż do 2 lutego 2018 roku. Spływ dotarł na odległość 3,3 km i zdeponował 3,5 mln m³ materiału piroklastycznego, nie dużo jak na Fuego. Obecnie Honda jest, obok Las Lajas, główną barrancą którą schodzą lahary – gorące spływy powstałe z połączenia wody i sypkiego materiału wulkanicznego, mogą nieść ze sobą nawet 2-3 metrowe głazy i obalone drzewa. Materiał, z którego powstają lahary w Hondzie pochodzi głównie z erupcji w roku 1974. Las Lajas natomiast posiada materiał z roku 1999 kiedy to doliną zszedł spływ piroklastyczny zostawiając ok. 25 mln m³ materiału piroklastycznego. Spływ ten doszedł aż do hotelu i pola golfowego La Reunion co nie przeszkodziło właścicielom snuć planów o rozbudowie hotelu oraz przerzucenia mostu przez Las Lajas. Poprzedni most został oczywiście zerwany przez lahary. Kolejna dolina to Cenizas co znaczy po prostu „popiół”, którą ostatni spływ piroklastyczny nawiedził w roku 2017. Spływ zdeponował 11 mln m³ materiału i osiągnął długość 7,6 km. Nad doliną również kiedyś przechodził most jednak został zerwany przez lahar z listopada 2017 roku. El Jute i Seca to doliny które oberwały spływem piroklastycznym kiedy Fuego wszedł w kolejny cykl erupcyjny w roku 1999. 5-kilometrowy spływ piroklastyczny w dolinie Seca w roku 2002 był pierwszym w historii z którym INSIVUMEH miał do czynienia. Seca jest jedną z dolin przez której ściany bardzo często „przeskakują” zarówno spływy piroklastyczne jak i lahary. W 2017 roku spływ piroklastyczny przeszedł przez ściany doliny i ruszył w stronę oddalonej o 9 km wioski Sangre di Cristo. Na szczęście nie dotarł do budynków, jednak lokalizacja wioski stanowi obecnie temat debaty wśród wulkanologów jak i służb zajmujących się klęskami żywiołowymi (CONRED).  
Mapa pokazująca rozmieszczenie dolin wokół Fuego.
Mam nadzieję, że tym wpisem udało mi się troszkę wyjaśnić system Fuego. Starałam się wszystkie informacje wulkanologiczne przedstawić w sposób jak najbardziej przystępny. Kolejny wpis będzie skupiał się na sposobach monitoringu wulkanu, społeczności zamieszkałej wokół góry oraz współpracą pomiędzy INSIVUMEH i CONRED.