Sopečná činnost

Vznik sopky, klasifikace, základní pojmy
Postižené oblasti
Vulkanické hazardy
Předpověď a ochrana
Sopečné katastrofy
Vulkanismus na území ČR
Náměty k dalšímu studiu
Odkazy

Sopečná činnost je z hlediska člověka zvláštním přírodním procesem. Erupce sopek představují velké hazardy a často i katastrofy. Na druhou stranu mohou být doprovodné projevy vulkanismu, spojené se zvýšeným tokem geotermální energie, velmi pozitivně společností využity. Podle Z. Kukala (1983, 120) je ve srovnání se zemětřesením ohrožena asi 1/10 obyvatelstva. Na celé planetě se každým rokem přihlásí o slovo několik desítek sopek, přesto pouze menší část z nich představuje akutní ohrožení lidských životů. Nebylo by ovšem moudré toto riziko podceňovat, neboť mnoho vulkánů se probudí náhle a právě díky nepřipravenosti a podcenění často umírá množství nevinných obětí. Vulkanických hazardů je v rámci celé zeměkoule ušetřen pouze jediný kontinent - Austrálie.

Obr. 1: Kráter sopky St. Helen na západě USA krátce po explozi roku 1980 (zdroj: http://www.wikipedia.org/).

Vznik sopky, klasifikace, základní pojmy

Velmi obecně je za sopku považována vyvýšenina na zemském povrchu tvořená sopečným materiálem, v rámci které dochází k výstupu magmatu na zemský povrch (KUKAL, Z., 1983, 121). Mezi základní prvky morfologie sopky (obr. 2) patří vlastní sopečný kužel budovaný vulkanickými horninami, kráter, místo erupční činnosti a sopouch, jakýsi přívodní kanál hlavního kráteru. Pod povrchem musí být sopka spojena s magmatickým krbem, který představuje zdroj energie i materiálu pro sopečnou činnost. Magmatický krb je zpravidla umístěn v hloubce 30 - 100 km (KUKAL, Z., 1983, 121).

Obr. 2: Znázornění stavby stratovulkánu s uvedením základních morfologických prvků sopky (zdroj: http://www.parautochthon.com/).

V magmatickém krbu se horniny nacházejí v tekutém stavu, který se nazývá magma. Existuje několik příčin, proč dochází k zvýšení teploty a tavení hornin (KUKAL, Z., 1983, 121). Může to být větší koncentrace radioaktivních izotopů, kdy je energie uvolňována jejich rozpadem. Další příčinou jsou tektonické tlaky (např. subdukce desek). Zvýšený tepelný tok může souviset i s konvekčním prouděním v zemském tělese (místa tzv. horkých skvrn).
Magma jako takové je komplexní směs silikátů, plynů a dalších natavených minerálů (SMITH, K., 2002, 156). Jak magma stoupá směrem k zemskému povrchu (většinou podél tektonických poruch), dochází k poklesu tlaku, což má za následek rozpínání plynných komponent. Pokud má magma pod povrchem zahrazenou cestu, stlačené plyny spolu s nahromaděnou energií zpravidla způsobují vulkanickou explozi, při které dochází k proražení zemské kůry a k výstupu celé směsi na povrch. Množství uvolněné energie při sopečném výbuchu je obrovské. K. Smith (2002, 157) uvádí, že při průměrné explozi je uvolněno 10¹⁵ - 10¹⁸ J. Pro srovnání atomová bomba o hmotnosti 1 kt by uvolnila energii "pouze" o velikosti 4 x 10¹² J.
Povahu erupční činnosti do značné míry ovlivňuje charakter složení magmatu. Je to především obsah křemičitanů a plynných složek, které ovlivňují tekutost a rozpínavost směsi. Podle těchto vlastností rozlišujeme dva hlavní typy magmatu (SMITH, K., 2002, 157). Felsické (kyselé) magma je svým složením podobné složení rhyolitu. Obsahuje velké množství plynů a asi 70% tvoří SiO₂. Tento druh magmatu je charakteristický pro vulkanismus subdukčních zón (např. jihoamerické Andy), kde dochází k natavování zemské kůry z podsouvaných desek, která je charakteristická velkým množstvím silikátů. Felsické magma je velmi viskózní (málo tekuté), což s velkým procentem plynných složek zapříčiňuje silné explozivní erupce. Druhým typem je magma bazické (též mafické), které svým složením připomíná čedič. Tvoří jej materiál, který pochází z větších hloubek, především ze svrchního pláště, a tak je tento druh magmatu vázán na riftové oblasti a vulkanismus horkých skvrn (např. Havajské ostrovy). Směs obsahuje malé množství plynů a jen asi 5% SiO₂. Magma je mnohem tekutější a erupce bývají poklidné, dochází pouze k výlevům magmatu na povrch.

Obr. 3: Pyroklastická erupce filipinské sopky Mayon v roce 1984 (zdroj: http://www.usgs.gov/).

Magma, které se dostává na zemský povrch, označujeme termínem láva. Pokud stéká po svazích sopky, vznikají lávové proudy, které jsou jedním z hlavních vulkanických hazardů. Při erupci mohou ale sopky vyvrhovat i množství pevných částic, které označujeme jako pyroklastika (obr. 3). Jedná se o ztuhlé magma i kusy hornin sopečného kužele, které jsou při explozi rozmeteny po okolí. Pyroklastický materiál, který opět dopadá na povrch nazýváme souhrnně pojmem tefra (KUKAL, Z., 1983, 129). Jednotlivé částice se mohou lišit svojí velikostí. Největší označujeme jako sopečné pumy, menší jako lapilli, dále se může jednat o sopečný popel nebo prach (obr. 4). Pyroklastický spad může pokrýt značné území v okolí vulkánu a negativně tak ovlivnit např. zemědělskou produkci v několika následujících letech. Tefra také utváří část vlastního materiálu kužele. Pokud v morfologii sopky dochází ke střídání kompaktní lávy a pyroklastických usazenin, vzniká typická vrstevnatá struktura sopečného kužele (animace). Takto budovaná vyvýšenina je pak označována jako stratovulkán (obr. 2).

Obr. 4: Vulkanický popel vznikající při erupci pyroklastik (zdroj: http://www.parautochthon.com/).

V případě velké exploze může být vytvořen destruktivní tvar sopečného kužele označovaný termínem kaldera. Dochází ke zničení horní kráterové části vulkánu a rozšíření jícnu sopky a snížení celkové nadmořské výšky hory. Kaldera vznikla například při erupci Vesuvu roku 79, nebo při výbuchu indonéské sopky Krakatau roku 1883. I při katastrofě na ostrově Théra v roce 1470 př. Kr. došlo k vzniku kaldery, při kterém byla pohřbena převážná část ostrova, jenž tak dostal dnešní podobu (obr. 5). Vznik tohoto tvaru není ovšem vázán pouze na velké exploze. Dalším příčinou může být kolaps materiálu kužele do vyprázdněného magmatického krbu pod povrchem nebo postupná eroze původního kráteru, pokud se vulkán stane vyhaslým.

Obr. 5: Současná podoba kaldery středomořského ostrova Santorini (Théra), jenž byla vytvořena při erupci v roce 1470 př. Kr.
(zdroj: http://www.wikipedia.org/).

Sopečná činnost je velmi různorodá, proto je i složité ji nějak klasifikovat. Oproti zemětřesení neexistuje žádná univerzálně uznávaná škála, která by hodnotila rozsah procesů podle velikosti, množství uvolněné energie nebo negativních účinků hazardu. Částečně je možné rozčlenit několik typů sopečných erupcí, které jsou obecně nazývány podle známých zástupců každé kategorie (tab. 1, obr. 6). Toto členění opět odráží především charakteristiky magmatu a morfologie sopek. Je však nutné zdůraznit, že klasifikace není přímočará a v mnoha případech dochází ke kombinacím jednotlivých typů.

Obr. 6: Znázornění jednotlivých druhů erupcí; A - Havaj, B - Stromboli, C - Vulcan, D - Vesuv, E - Mt. Pelée
(zdroj: http://library.thinkquest.org/).

Sopky můžeme dále dělit na podle toho, kdy naposled vykazovaly svou aktivitu (KUKAL, Z., 1983, 121). Vyhaslé sopky jsou ty, u nichž nebyla v historické době zaznamenána erupční činnost, jde tedy pouze o hory tvořené vulkanickými horninami. Magmatický krb může přestat z různých funkcí pod sopkou fungovat. Může dojít k přerušení jeho spojení s povrchem, k vyčerpání zdroje jeho energie, nebo k posunu litosférické desky nad horkou skvrnou. Činné jsou naopak sopky, které o sobě daly v průběhu lidské historie vědět. Dále můžeme ještě vyčlenit sopky dřímající, tedy takové, které neměly žádnou erupci, ale u kterých doprovodné ukazatele značí možné riziko.
Podobné rozdělení je ovšem poněkud neprůkazné. Historie lidského pozorování vulkanických procesů (max. 6000 let) je neporovnatelně krátká s životním cyklem geologických pochodů. K. Smith (2002, 156) proto udává, že všechny sopky, které byly aktivní za posledních 20 000 let, by měly být považovány za potenciálně aktivní.

Sopečná činnost sama o sobě je termín, který nezahrnuje pouze sopečné erupce, ale i ostatní doprovodné vulkanické projevy, které souvisejí s přítomností magmatu v blízkosti zemského povrchu a se zvýšeným tokem geotermální energie. Jedním z těchto projevů jsou exhalace plynných látek (obr. 7), jak u činných sopek, tak i jako doklad posopečné aktivity. Rozlišujeme tři hlavní typy unikajících vulkanických plynů (KUKAL, Z., 1983, 150). Základem všech plynů je vodní pára, která je dále doplněna oxidy síry, kyselinami HF a HCl a oxidy uhlíku (CO, CO₂). Exhalace plynů s hlavním podílem H₂O jsou označovány jako fumaroly (teplota 200 - 800°C). Pokud převažuje obsah síry, nazýváme výrony termínem solfatary (100 - 250°C). Moffety (do 100°C) jsou naopak charakteristické převládajícím obsahem oxidů uhlíku.

Obr. 7: Ukázka solfataru. Kolem trhlin jsou vidět charakteritické žluté skvrny tvořené usazenou sírou
(zdroj: http://www.parautochthon.com/).

Další doprovodné projevy jsou spojeny především se zvýšeným tokem hydrotermální energie (gejzíry, termální prameny). Je zajímavé, že tato stránka sopečné činnosti nepředstavuje hazard, ale většinou je naopak člověku prospěšná (BRÁZDIL, R., et al, 1988, 208). Může být využita k výrobě elektrické energie, vyhřívání skleníků, a dále k lázeňství a rekreaci. Zanedbatelná není ani estetická hodnota sopečných krajin (např. národní park Yellowstone), která přispívá k rozvoji cestovního ruchu (obr. 8). Díky post-vulkanické činnosti také vznikají prameny minerálních vod.

Obr. 8: Gejzír Old Faithful je jedním z nejznámějších míst amerického NP Yellowstone (zdroj: http://www.usgs.gov/).

Postižené oblasti

K. Smith (2002, 156) uvádí, že na celé planetě je přibližně 500 činných vulkánů, z nichž asi 50 se každým rokem aktivně projevuje erupcemi. Geografické rozložení sopečné činnosti je ovšem velmi nerovnoměrné. Stejně jako zemětřesení je vázáno především na rozhranní litosférických desek (obr. 9). Vysvětlení je nasnadě. V těchto oblastech dochází vlivem zvýšených tektonických tlaků k natavování horniny, která pak stoupá k povrchu. Pohyb magmatu je rovněž usnadněn množstvím tektonických poruch podél deskových rozhranní.

Obr. 9: Geologická prostředí vzniku sopek; subdukční zóny, divergentní desková rozhranní (riftové zóny) a místa horkých skvrn
(zdroj: http://www.parautochthon.com/).

Hlavní vulkanickou zónou planety je pacifický "Kruh ohně" (Ring of Fire), které je vázán na okraje tichomořské desky a desky Nasca. Zde se nachází 2/3 všech činných sopek Země. Jedná se především o sopečnou činnost spojenou se subdukčními procesy. Další významnou zónou je jižní okraj desky Euroasijské (středomořské a indonéské sopky). Vulkanismus se projevuje i podél středooceánských hřbetů a pevninských riftových zón (Východoafrický rift). Pokud se sopečná činnost vyskytuje uvnitř litosférických desek, je způsobena přítomností horkých skvrn (Havajské ostrovy) nebo je vázána na oblasti významných zlomů (Kanárské ostrovy).

Obr. 10: Geografické rozložení činných sopek v rámci celé planety se zvýrazněním pacifického Kruhu ohně
(zdroj: http://www.volcano.si.edu/).

Podle charakteru deskových rozhranní rozděluje Z. Kukal (1983, 158) čtyři geologická prostředí, které jsou příznivé pro vznik sopečné činnosti (tab. 2). Jednotlivá prostředí určují nejen geografickou oblast, ale ovlivňují i povahu erupcí a složení magmatu.

Vulkanické hazardy

Vulkanické hazardy je možné dělit, stejně jako hazardy spojené s otřesy, do dvou skupin. Jsou to hazardy primární, které souvisejí přímo se sopečnou erupcí, a hazardy sekundární, které jsou generovány nepřímo v důsledku vulkanické aktivity (SMITH, K., 2002, 159).
Primární hazardy zahrnují rizika, která jsou iniciována výlevy lávy a vyvrhováním pyroklastického materiálu. Jsou to lávové proudy, výbuchy spojené se spádem tefry, žhavá mračna (nuées ardentes), exhalace plynných látek a vznik sopečných zemětřesení.
Sekundární hazardy jsou s činností sopky spojené nepřímo. Zahrnují deformace povrchu (zdvih nebo pokles související s pohybem magmatu v nitru sopky), ukládání vrstev pyroklastik, které mohou způsobit nestabilitu svahů vulkánu, sesuvy svahového materiálu (především nánosů tefry), laharové proudy (tj. sopečné bahnotoky) a tsunami. E. Bryant (2005, 235) zařazuje mezi sekundární důsledky vulkanismu také vznik kyselých dešťů, které vytvářejí sopečné plyny (především oxidy síry) při kontaktu s vodou v atmosféře. Sopečné erupce mohou způsobit i povodně v důsledku tání ledovců. Tento proces bývá označován islandským termínem jäkulhlaups (BRYANT, E., 2005, 237). Za sekundární můžeme považovat i rizika hladomorů, které bývají spojené s ničením zemědělské půdy a plodin v souvislosti se spadem pyroklastického materiálu nebo kyselých dešťů.
Hlavní vulkanické hazardy jsou podrobněji zpracovány s samostatné podkapitole.

Obr. 11: Hlavní vulkanické hazardy (zdroj: http://www.usgs.gov/).

Předpověď a ochrana

Pro účely předpovědi a ochrany se podobně jako u nebezpečí zemětřesení sestavují mapy vulkanického ohrožení. Při jejich sestavování se vychází především z historických statistik erupcí daného sopky a z hodnocení minulých účinků. Do mapy se zakreslují oblasti, které mohou být postiženy jednotlivými vulkanickými hazardy. Jedná se hlavně o zóny dopadu pyroklastického materiálu, možné trasy lávových a laharových proudů apod. Ukázkou mapy zemětřesného ohrožení je obr. 12.

Obr. 12: Mapa vulkanického ohrožení pro mexickou sopku Popocatepetl. Jednotlivé barvy značí jednotlivé vulkanické hazardy - lávové proudy, spad pyroklastik atd. (zdroj: http://www.buffalo.edu/).

Vlastní predikce sopečné erupce vychází z řady měření prováděných v blízkosti vulkánu, které se zaměřují na doprovodné známky života sopky. Pouze souhrnné poznatky získané z těchto analýz mohou odhalit ukazatele budoucí aktivity. K. Smith (2002, 174) uvádí jako hlavní měření těchto ukazatelů (obr. 13):

• zemětřesná aktivita - v blízkosti aktivního vulkánu bývá umístěna řada seismických stanic. Zaznamenané otřesy mohou indikovat postup magmatu k zemskému povrchu.
• deformace povrchu - pomocí technologií DPZ a GPS je možné určovat změny v terénu (poklesy, vzestupy) v okolí sopky. Podobné změny mohou opět značit hromadění materiálu pod povrchem.
• tepelné monitorování - družicové infračervené snímkování může odhalit nárůst teploty v okolí sopky, kterou vyvolá přítomnost magmatické směsi.
• geochemické monitorování - bylo zjištěno, že před erupcí často dochází ke změně ve složení plynů před budoucí aktivitou sopky (např. nárůst zastoupení oxidů síry).

E. Bryant (2005, 199) kromě výše zmíněných ukazatelů připojuje ještě měření změn magnetického pole v oblasti dané sopky jako další varovný signál možné erupce, vyvolaný pohybem natavených hornin pod zemským povrchem. Sledování se týká i hydrologických proměnných, jako například vzrůstu teploty vody v kráterových jezerech.
Ačkoli pozorování zmíněných doprovodných známek vulkanické aktivity je zřejmé, je nutné dodat, že vždy nevede k úspěšné předpovědi hazardu. Některé vulkány explodují, aniž by bylo možné zaznamenat jakýkoli z uvedených varovných signálů. Na druhou stranu se stává, že příslušné úřady vydají varovná hlášení, případně proběhne evakuace, ale k erupci přes množství změřených ukazatelů nedojde. Sopečná činnost je i se svými projevy jednoduše velmi různorodá, a proto často přesná předpověď není možná ani efektivní.

Obr. 13: Techniky sledování sopečné činnosti (zdroj: http://www.usgs.gov/).

Ochrana před účinky vulkanismu má jako u ostatních hazardů formu aktivní a pasivní. Aktivní obranou je například bombardování nebo ochlazování lávových proudů či stavění ochranných bariér a koryt. Pasivní ochranou je myšlena evakuace obyvatelstva z ohrožených území. Možnosti ochrany před jednotlivými sopečnými riziky jsou blíže popsány v podkapitole, která se těmto rizikům podrobněji věnuje.
Důležitou složkou ochrany a prevence vulkanických hazardů je rovněž plánování land-use (SMITH, K., 2002, 177). Jedná se hlavně o citlivé zónování oblastí pod činnými sopkami. Tato území vzhledem k úrodnosti sopečných půd a estetické hodnotě přitahují velké množství lidí, kteří jsou ale o to víc vystaveni možnému nebezpečí. Využití krajiny by se mělo řídit údaji na mapách zemětřesného ohrožení a hlavní rizikové oblasti by rozhodně neměly být osidlovány nebo jinak využívány. Problém nastává často v LDCs, kde s ohledem na absenci historických dat chybí i podklady pro zpracování těchto mapových podkladů.

Sopečné katastrofy

Na celé planetě bylo v průběhu historie bezpočet činných vulkánů, které za svůj aktivní život daly vzniknout mnoha erupcím. Některé sopky se nachází v neobydlených oblastech a jejich exploze mohly tak zcela ujít lidské pozornosti. Jiné naopak představovaly a představují velká rizika pro danou společnost. Pro ilustraci vulkanických hazardů jsme vybrali několik velkých a známých historických katastrof. Jen ty největší (např. Tambora 1815) označujeme jako kataklyzmatické erupce. Tab. 3 pak uvádí pořadí předpokládaných deseti největších sopečných událostí podle počtu obětí.

Vybrané historické vulkanické katastrofy

Vulkanismus na území ČR

I na území naší republiky máme několik dokladů dávné minulé sopečné aktivity, která dozněla přibližně před 800 000 lety (KUKAL, Z., 1983, 161). Tehdy vyhasla sopka Komorní hůrka v západních Čechách. Ve stejné oblasti se nacházejí i o trochu starší Železná hůrka a Příšovská homolka. Činnost všech těchto sopek je svázána s oživením podkrušnohorských zlomů. Na Moravě se nacházejí dvě sopky, které svým stářím spadají na hranici třetihor a čtvrtohor - Venušina sopka a Uhlířský vrch. Ještě starší jsou dvě sopečná pohoří ČR, Doupovské hory a České středohoří.
V současnosti můžeme v Česku sledovat projevy posopečné aktivity. Jsou to minerální a termální prameny na Karlovarsku, které jsou i aktivně využívány pro lázeňství a cestovní ruch. Post-vulkanickým projevem jsou i bahenní sopky v přírodní rezervaci SOOS v západních Čechách.

Náměty k dalšímu studiu

1) Pacifický Kruh ohně je zdrojem tří velkých environmentálních hazardů - zemětřesení, tsunami a vulkanizmu. Zpracujte podrobněji (souvislost katastrof, historické statistiky apod.).

2) Při bližším zkoumání stavby jednotlivých sopek můžeme kromě dvou základních (stratovulkán, štítový vulkán) rozlišit i další typy. Zpracujte (stavba, geografické rozmístění, hlavní rizika).

3) Zpracujte podrobněji tématiku vlivu sopečné činnosti na globální klima v současnosti i v minulosti.

Odkazy

Sopečná činnost (Wikipedia)

Program výzkumu vulkanických hazardů (USGS)

Vulkanizmus

Globální program studia vulkanismu

Sopky online

Sopečná činnost (publikace USGS)

Svět sopek

Výukové stránky o vulkanismu

Sopky.cz

Videa sopečných erupcí

Stratovulkány světa (publikace NGDC) _PDF

>> Nahoru <<