Erupcje wulkanu nie zachodzą według schematu, poza Islandią

Południowo-zachodni półwysep Reykjanes na Islandii przez oszałamiające 800 lat nie uronił ani kropli lawy - aż do 19 marca 2021 r., kiedy to po 15 miesiącach coraz bardziej uciążliwych trzęsień ziemi stopiona skała wybuchła z serii szczelin. Jednak zamiast wyrzucić całą magmę w jednym epickim potoku, wulkan wylewał dotąd w kilku dziwnych, pozornie rytmicznych wybuchach.

Opierając się na historii geologicznej regionu, niektórzy wulkanolodzy sugerowali, że półwysep wkracza w nową erę wulkaniczną, zakładając, że będzie się ona charakteryzować sporadycznymi erupcjami co kilka dekad. Eksperci nie spodziewali się jednak, że erupcje będą tak częste, ani tak dziwacznie regularne. Po tym, jak pierwsza erupcja ustała 18 września 2021 r., druga rozpoczęła się w pobliżu, zaledwie 319 dni później. Ta zakończyła się 21 sierpnia 2022 r., a następnie, 323 dni później, 10 lipca 2023 r. rozpoczęła się trzecia erupcja.

Poszczególne wulkany nie wybuchają według ściśle określonych harmonogramów, a ich zachowanie jest już trudne do wyjaśnienia samo w sobie. Reykjanes to rozległy region wulkaniczny, w którym przeplatające się magmowe potoki mogą znaleźć różne drogi ucieczki. Naukowcy prowadzący badania znajdują więcej pytań niż odpowiedzi, przy czym jedno z nich pojawia się szczególnie często: Dlaczego magma wydobywa się w tych dziwnie rytmicznych impulsach, zamiast wybuchać od razu?

"To dla nas tajemnica", mówi Tobias Dürig, wulkanolog z Uniwersytetu Islandzkiego.

Istnieją jednak pewne wskazówki ukryte w tych trzech erupcjach, które sugerują, że magma znajdująca się poniżej nie jest pojedynczym zbiornikiem, ale zmiennokształtną masą stopionej skały - taką, która może łączyć wiele pomniejszych zbiorników magmy, aby wywołać nieregularne i dramatyczne erupcje, które wymykają się łatwym wyjaśnieniom.

"To bardzo dzikie zjawisko", mówi Edward Marshall, geochemik z Uniwersytetu Islandzkiego.

Wulkaniczne “podbrzusze” półwyspu Reykjanes to istny bałagan. Znajduje się on w lądowej części Grzbietu Śródatlantyckiego, stale otwierającej się szczeliny w Ziemi, która przybliża gorące, stopione skały do powierzchni. Trzęsienia ziemi często wstrząsają regionem, ale 15-miesięczny wzrost ich częstotliwości i siły w 2021 r., któremu towarzyszyło nadymanie się części półwyspu, miał sygnalizować ruch związany z ryftem, którego kulminacją miała być erupcja.

Kiedy przepowiedziana erupcja rozpoczęła się w pobliżu wulkanicznej góry o nazwie Fagradalsfjall, większość odetchnęła z ulgą. Najbliższe miasto było oddalone o kilka mil, a erupcja nie groziła żadnymi wybuchami, zamiast tego produkując strumienie rzadkiej lawy, które byłyby ograniczone przez otaczające doliny.

Ostatnim razem, gdy miało to miejsce w latach 1210-1240, lawa rozlała się po ziemi przez liczne szczeliny - epizod ten nazwano pożarami Reykjanes. Wulkanolodzy zastanawiali się, czy nowe pożary Reykjanes właśnie się rozpoczęły. Trzy erupcje później wydaje się, że tak.

Trzy wydarzenia niekoniecznie tworzą wzorzec, ale częstotliwość i pozorna regularność tych impulsów erupcyjnych są godne uwagi. "Nie widzieliśmy czegoś takiego od dłuższego czasu", mówi Sam Mitchell, wulkanolog z Uniwersytetu w Bristolu.

Około 320-dniowa przerwa między pulsami jest prawdopodobnie niczym więcej niż przypadkiem. "320 dni to zdecydowanie zbieg okoliczności", mówi Marshall. "Jeśli to się powtórzy, będę bardzo zaskoczony".

W pewnym sensie wzorzec ten został już przełamany. Po zakończeniu erupcji w 2021 r., w grudniu kolejna warstwa magmy wzniosła się blisko powierzchni, ale nie przebił się przez górną skorupę.

Dlaczego nie doszło do erupcji? "Nie wiemy", mówi Marshall. Te magmowe warstwy, znane jako groble, czasami tracą płynność, jeśli zbytnio się ochłodzą, lub tracą uwięziony gaz. Niezależnie od tego, jak do tego doszło, nieudane erupcje takie jak ta pokazują, że region nie “próbuje” wybuchnąć raz na 320 dni.

Erupcje są jednak dziwne, nie tylko dlatego, że są tak częste, ale dlatego, że w ogóle występują pomiędzy nimi przerwy. Dlaczego po prostu nie wybuchną w jednym wielkim rzucie i zatrzymają się dopiero, gdy zapasy magmy się wyczerpią?

Początkowo te trzy erupcje, pomimo ich różnego czasu trwania, wydają się trudne do rozróżnienia. "Wzorce prowadzące do wszystkich trzech wydarzeń były bardzo podobne", mówi Mitchell. Mamy do czynienia z serią trzęsień ziemi, gdy grobla unosi się na powierzchnię, następnie, gdy magma przestaje gwałtownie rozbijać skorupę podczas wznoszenia się trzęsienia ustępują, a szczelina erupcyjna ostatecznie otwiera się w pobliżu miejsca z 2021 roku. Każda erupcja przebijała się nieco dalej na północny wschód, prawie tak, jakby szczelina rozpinała się w tym kierunku.

Kluczową różnicą jest jednak ilość lawy wypływającej z tych szczelin w tym czasie. Ta miara, znana jako szybkość wypływu, "mówi o różnych siłach działających w systemie wulkanicznym", informuje Marshall. Zarówno w przypadku erupcji z 2022 r., jak i 2023 r., wskaźnik wypływu był najwyższy na początku i spadał wykładniczo. W przypadku islandzkich erupcji z cieknącą lawą "tego właśnie oczekujemy", mówi.

Ale erupcja z 2021 roku była inna. Produkcja lawy rozpoczęła się umiarkowanie i utrzymywała się na tym poziomie przez około półtora miesiąca. Następnie nagle wzrosła do ponad dwukrotności pierwotnego tempa przepływu, tworząc bardzo dramatyczne fontanny - i utrzymywała się w ten sposób przez kilka miesięcy, aż szybko wygasła. "To nie tak powinno działać", twierdzi Marshall.

Marshall i jego koledzy przyjrzeli się składowi chemicznemu lawy każdej erupcji. Wyniki sugerowały, że wszystkie one czerpały z tego samego głębokiego źródła stopionej materii skalnej osadzonej w pobliżu granicy między skorupą a płaszczem ziemskim. Jednak skład chemiczny erupcji z 2022 i 2023 roku pozostawał prawie taki sam, podczas gdy skład chemiczny erupcji z 2021 roku zmieniał się na przestrzeni sześciu miesięcy.

Dowody sugerują, że późniejsze erupcje były zasilane przez własne, indywidualne zbiorniki magmy, które wzniosły się z głębszego poziomu, a gdy każdy zbiornik został wystarczająco wyczerpany, erupcja straciła swój impet i zakończyła się. Nie było tak jednak w przypadku erupcji z 2021 roku. Mogła ona rozpocząć się w podobny sposób, z pojedynczą kieszenią magmową zasilającą początkową fazę erupcji. Skok w wypływie lawy mógł jednak zostać wywołany, gdy dodatkowa wznosząca się kieszeń magmy połączyła się z materiałem, który już wybuchł. Spowodowałoby to wprowadzenie do erupcji nowego ciepła, ciśnienia, uwięzionych gazów i odrębnego składu stopionej skały, co zadziałało jak wlewanie benzyny do już szalejącego ognia. Dopiero kiedy te połączone kieszenie wyczerpały się, erupcja ustała.

Trudno powiedzieć na pewno, co tak naprawdę się wydarzyło, częściowo ze względu na stale zmieniający się krajobraz. Możemy myśleć o ziemi daleko pod naszymi stopami jako o niezmiennej, ale często jest ona amorficzna. Za każdym razem, gdy dochodzi do erupcji, "zmienia się system hydrauliczny", mówi Mitchell. "Nie da się go przywrócić do zera".

Islandii nie jest obca serii erupcji szczelinowej. Pożary Krafla w północno-wschodniej Islandii w latach 1975-1984 charakteryzowały się wielokrotnymi wylewami lawy. Ale w tym przypadku istniał pojedynczy, płytki zbiornik stopionej skały. "Była tam komora magmowa, która opróżnia się, a następnie potrzebuje czasu, aby ponownie się napełnić, a gdy znowu jest pełna, wszystko zaczyna się od nowa", mówi Dürig.

Zmieniająca kształt podpowierzchnia Reykjanes jest bardziej zagadkowa. Jego coroczne impulsy są trudne do wyjaśnienia, ale fakt, że cały wulkaniczny region budzi się ponownie co około 800 lat, jest jeszcze dziwniejszy. "Nie jest dla mnie jasne, dlaczego miałoby to być epizodyczne", mówi Marshall. "Mam tylko przypuszczenia".

Przynajmniej erupcje, w przeciwieństwie do podobnych erupcji w innych miejscach, nie były szczególnie niebezpieczne. Turyści mogą cieszyć się spektaklem, podczas gdy wulkanolodzy biorą się do pracy. "To stosunkowo zdrowy naukowy plac zabaw", mówi Mitchell - dobre miejsce do testowania teorii, a jednocześnie spokojnego zastanawiania się, czy kolejna erupcja nie nastąpi za niecały rok.