Sopky

*V mém životě je jeden zážitek, který považuji za skutečně nezapomenutelný okamžik. Stál jsem na okraji hory Yasur na Vanuatu, jedné z nejaktivnějších sopek na světě. Když jsem se díval dolů do kráteru plného chrlících se plynů a bublající lávy, měl jsem pocit, že se dívám do středu naší Země. Při západu slunce jsem pozoroval, jak rudě žhnoucí láva vybuchuje jako ohňostroj, a cítil jsem, jak mi vibrace z každého výbuchu pod nohama stoupají do hrudi. Bylo to mimořádné. Ale ne všechny sopky jsou takhle aktivní pořád. Mnoho sopek leží jako spící draci, dokud se neprobudí, a pak jejich rudě žhnoucí láva rozežírá krajinu a vytváří fantastické tvary. Dnes se podíváme na tyto krásné, ale nebezpečné tvary krajiny, abychom pochopili globální vzorec sopečné činnosti, různé typy sopek a to, jak přispívají k pochopení fungování Země. Jmenuji se Alizé Carrère a hovořím s vámi na kurzu zeměpisu Crash Course Geography.*

Z minulého dílu víme, že horninový cyklus, tektonický cyklus a hydrologický cyklus, které spolupracují jako geologický cyklus, jsou velkou součástí toho, jak vznikají tvary reliéfu. Představují vzájemné působení vnitřního neboli endogenního systému a vnějšího neboli exogenního systému, které společně vytvářejí, ničí a formují zemskou kůru. Endogenní systémy mění zemskou kůru zejména tím, že zvyšují reliéf neboli místní výškové rozdíly, a jsou poháněny teplem v zemském jádře z rozpadajícího se radioaktivního materiálu. A právě zde přicházejí ke slovu sopky. Pokud jste vyrůstali ve Spojených státech jako já, pravděpodobně jste hráli hru "podlaha je láva" [- a pokud jste ji nehráli, vím, co by se dnes mělo odehrávat ve vašem obývacím pokoji]. Láva zadržuje část intenzivního tepla z nitra Země, takže by bylo neuvěřitelně špatné, kdyby ohrožovala váš domov. Při pohledu na sopku je tedy jednou z hlavních otázek v naší mysli pravděpodobně: "Kdy vybuchne?". Zejména pro vědce, kteří se zabývají studiem sopek, neboli vulkanology.

Ti hledají náznaky nad zemí i pod zemí, které naznačují, že by mohlo dojít k erupci. Třeba zkoumáním tisíciletých ochlazených hornin roztroušených po sopce z minulých erupcí. Tyto horniny ukazují, jak se změnilo chemické složení magmatu kilometry pod povrchem a co se mohlo stát před erupcí. Můžeme také sledovat zemětřesení, změny gravitačního a magnetického pole nebo to, že se půda začíná deformovat, jak magma nebo plyny stoupají. V rámci monitorování sopky se můžeme vydat na tzv. gas flight, což je let malým letadlem nebo dronem jen proto, abychom se dozvěděli více o plynech, které se uvolňují, když se sopka připravuje na erupci. Tyto techniky nám pomohly úspěšně předvídat erupce a zachránit tisíce životů, jako když v roce 1991 vybuchla sopka Pinatubo na Filipínách. Stále se však máme co učit. Výzkum publikovaný v roce 2021 s využitím satelitních dat ukázal, že v letech předcházejících erupci se teplota půdy v okolí sopky může zvýšit až o zhruba jeden stupeň Celsia. Sledování teploty půdy pomocí satelitních dat by se tak mohlo stát novým prediktivním nástrojem a pomoci dostat více lidí z nebezpečí. Ale i když je předpovídání sopečné činnosti stále obtížné, alespoň víme, kde se sopky nacházejí.

Jejich umístění se řídí určitým vzorcem... většinou. Většina sopek se nachází nad subdukčními zónami, kde se sbližují dvě desky a jedna se noří pod druhou, a na středooceánských hřbetech, kde se šíří mořské dno. Několik se jich však vyskytuje uvnitř desek. Jako například havajské sopky, které leží uprostřed tichomořské desky tisíce kilometrů od nejbližší hranice desek. Zdá se, že některé z těchto záhadných sopek jsou poháněny plášťovými plumy, což jsou zvláštní útvary o průměru stovek kilometrů, kde může abnormálně horké magma stoupat pláštěm a roztavit horniny zemské kůry na další magma. Stále ještě zjišťujeme, jak plášťové plumy fungují, ale jeden z běžných názorů je, že jejich počátek je na hranici jádra a pláště. Vnější jádro poskytuje dodatečné teplo, které pomáhá magmatu dostat se nahoru do pláště. Je to jako koule horkého materiálu, která se nachází na konci stonku vnitřního zemského materiálu, jehož základna je v obří magmatické komoře, což je něco jako káď s tekutým magmatem hluboko uvnitř Země. A při svém pohybu vzhůru k litosféře si doslova razí cestu tavením. V blízkosti litosféry se vrchol plumu houbovitě rozprostře. Zde může být teplota plumu o 250 až 300 stupňů Celsia vyšší než ve zbytku svrchního pláště, takže roztaví 10 až 20 % okolních hornin. Pokud se toto magma spolu s nově roztavenou horninou ochladí pod povrchem, vzniknou v zemské kůře obrovské hroudy vyvřelých hornin, kterým se říká plutony. Pokud však vyvře jako láva, vznikne sopka s horkou skvrnou. Nebo dokonce řadu horkých sopek.

Většinou zůstává plášťový plášť nehybný, zatímco se po něm pomalu posouvá deska, která sopečnou činnost rozprostírá. Například pod Yellowstonským národním parkem uprostřed Severní Ameriky se nachází horká skvrna, která vytvořila 500 mil dlouhou stezku více než 100 kalder, což jsou obří krátery, které zůstaly po zhroucení sopky, často po jejím výbuchu. Kdysi vytvářely obrovské objemy čedičové lávy napříč idažskou planinou Snake River Plain. V oceánu mohou desky pohybující se přes horké skvrny vytvořit řetězec sopečných ostrovů nebo stopu horké skvrny. Jako Havajské ostrovy, které vznikly tak, že se Pacifická deska pohybovala přes horkou skvrnu téměř 80 milionů let a vytvořila řetězec sopečných ostrovů, z nichž každý byl starší než ten následující. Ať už se však sopky nacházejí nad horkými skvrnami nebo na hranicích desek, jsou tak trochu okny do nitra Země, která nám pomáhají lépe pochopit, jak to všechno funguje. V průběhu historie naší planety dokonce vulkanismus pomáhal vytvářet atmosféru tím, že vypouštěl plyny uložené v zemském nitru. A roztavený materiál vyvrhovaný sopkami vytváří nové vyvřelé horniny, které tvoří přibližně 90 % zemské kůry. Stejně jako nejstarší z osmi hlavních havajských ostrovů je Kauaʻi, který je starý asi 5 milionů let, a samotný Havajʻi - kterému se někdy říká Velký ostrov - vznikal necelého půl milionu let.

Dítětem ve stopě horké skvrny je však podmořská hora zvaná seamount, která je stále asi 975 metrů od hladiny oceánu. Jmenuje se Lōʻihi, ale Slunce spatří až za 10 000 let nebo déle. Z geologického hlediska tedy Havajʻi stále roste. Sopka Kīlauea na Havajiʻi vybuchuje téměř nepřetržitě od roku 1983. Nedostává se však do titulků novin, protože erupce zde obvykle neprovázejí velké ohňostroje sopečné činnosti. Což vlastně něco vypovídá o sopce a tvořící se zemské kůře. Magma z Kīlauey má specifické chemické složení, které určuje, jak je tekuté neboli jakou má viskozitu. Magmata, která vybudovala havajské ostrovy, jsou mafické lávy. Mají nízkou viskozitu a jsou velmi tekuté nebo tekuté a nezadržují mnoho plynu. Bez dalších plynů se tlak tolik nezvyšuje a dochází k tiché erupci. To umožňuje lávě cestovat na velké vzdálenosti a rozprostírat se v tenkých vrstvách, takže Kīlauea se jmenuje příhodně, protože se často předpokládá, že znamená "chrlení" nebo "velké šíření". Mafické a bazaltové lávy se ochlazují a vytvářejí tmavou bazaltickou horninu, která má nízký obsah oxidu křemičitého a je bohatá na železo a hořčík. Díky těmto minerálům je zemská kůra těžší a hustší a čedičová láva pomáhá tvořit většinu oceánského dna.

Magma také utváří sopku. Vzniká široká zaoblená kupole s mírnými svahy, která vypadá jako štít bojovníka, proto se jim říká štítové sopky. Havajské sopky jsou tedy sopkami horkých míst kvůli místu, kde se nacházejí, ale jsou také nejznámějšími štítovými sopkami, a to kvůli svému typu erupce. Ve skutečnosti je Mauna Loa na ostrově Havajʻi největší aktivní sopkou na světě. V havajském jazyce ōlelo znamená Mauna Loa "dlouhá hora", což dává smysl, když se podíváme na její profil s hladkými svahy stoupajícími k sopce se širokým vrcholem. Havajské sopky se mohou tyčit do výšky 4 000 metrů nad mořem, ale ve skutečnosti jsou více než dvakrát tak vysoké, pokud započítáme i část pod hladinou moře. A srovnáme-li tohoto mírného obra s výškou výbušné hory Mount Rainier, která leží jihovýchodně od Seattlu ve státě Washington v Kaskádovém pohoří v USA, je rozdíl nápadný a napovídá, že mají vlastně odlišný tektonický původ. Na rozdíl od Mauna Loa nad horkou skvrnou vznikla hora Rainier při srážce lehčí kontinentální kůry severoamerické desky s hustší oceánskou kůrou desky Juan de Fuca a při její subdukci. Protože při subdukci desky jsou často unášeny stovky metrů sedimentů, které se přetaví v magma, vzniká felsická láva, která obsahuje 50 až 75 % lehkých minerálů, jako je křemen a hliník, a vytváří kontinentální kůru. Magma z hory Rainier je tedy silnější než magma ze sopek, jako je Mauna Loa.

Tento typ lávy je gumovitý s velkým množstvím plynů, které byly rozpuštěny, když bylo magma pod velkým tlakem hluboko v Zemi. Když se v magmatické komoře nahromadí příliš mnoho plynu, tlak roste a roste. Když pak roztavená hornina stoupá k povrchu, tlak je nižší, takže plyny expandují v prudkém výbuchu. Z centrálního vývěru, který spojuje astenosféru těsně pod litosférou s povrchem, jsou také vyvrhovány roztříštěné horniny, nazývané pyroklastika nebo tefra, a láva. Vše začíná padat mimo kráter nebo miskovitou prohlubeň, která se obvykle vytvoří na vrcholu kolem základny sopky. Střídající se vrstvy tefry a lávy, která neproudí příliš daleko od sopky, vytvářejí složený nebo stratovulkán s vysokým kuželovitým tvarem, který se směrem k vrcholu zužuje. Vzniká tak klasická symetrická sopka našich představ, jako je hora Mayon na Filipínách, hora Fudži v Japonsku, hora Šišaldin na Aljašce nebo Pico de Orizaba v Mexiku. Mluvili jsme hlavně o suchozemských sopkách nebo sopečné činnosti na souši, ale 70 % sopečné činnosti se odehrává pod vodou podél středooceánských hřbetů - které jsou ve skutečnosti všechny propojené. Středooceánský hřbet - celých 60 000 kilometrů - si můžeme představit jako jednu obrovskou sopku sešitou dohromady jako švy baseballového míče, který se táhne podél oceánského dna. Někteří fyzičtí geografové jej dokonce označují za nejdůležitější prvek na zemském povrchu - a akustické údaje z 9 erupcí na mořském dně podél tohoto hřbetu nám otevřely zcela nový pohled na fungování Země.

Víme, že Milankovičovy cykly vysvětlují, jak se na Zemi střídaly doby ledové a meziledové během poslední doby ledové v geologické historii Země. Změny v kývání a sklonu Země kolem její osy a "protažení" zemské dráhy z téměř eliptické na téměř kruhovou, to vše dohromady určuje tento vzorec. A nyní se vědci jako Maya Tolstoyová, mořská geofyzička z Lamont-Dohertyho observatoře Země na Kolumbijské univerzitě, domnívají, že to, zda budou suchozemské sopky aktivnější než podmořské (nebo naopak) a kdy budou vybuchovat, souvisí s Milankovičovými cykly a změnami klimatu a synchronizuje se s nimi. V období ledovce suchozemské sopky tolik nevybuchují, protože tíha ledu na pevnině vyvíjí na sopky tlak. Když led roztaje, tlak se sníží a dochází k většímu počtu erupcí, protože veškerý materiál uzavřený uvnitř se snaží uniknout. Podvodní sopky jsou však na tom opačně. s tím, jak se voda mění v led a hladina moře během doby ledové klesá, tlak na ně polevuje. Rychlost je zde opravdu důležitá a modelování naznačuje, že čím rychleji klesá hladina moře, tím více erupcí můžeme z podmořských sopek zaznamenat. Korelace však neznamená příčinnou souvislost a načasování je zde komplikované.

Zdá se, že podobně jako podmořských erupcí začíná přibývat, když hladina moře dosáhne svého nejnižšího bodu, tedy poté, co hladina moře klesá už asi 80 000 let. Vědci se stále snaží přijít na to, jak spolu sopky a klimatické změny souvisejí a co znamená jejich načasování, a probíhá spousta modelování. Ještě překvapivější je, že podmořské sopky reagují nejen na změny mořské hladiny spojené s glaciály a interglaciály, ale také na krátkodobé změny mořské hladiny způsobené přílivem a odlivem oceánů každých několik týdnů. Důležitým časovým faktorem by mohly být také změny tvaru zemské dráhy. Když je oběžná dráha více eliptická, gravitační přitažlivost Slunce se mění rychleji a Země se stlačuje a rozpojuje jako harmonika. A my si myslíme, že to způsobuje více podmořských erupcí z několika důvodů: buď stlačování a roztahování vytváří více magmatu podobně, jako když kancelářskou sponku stále dokola ohýbáte a roztahujete, NEBO stlačování více otevírá trhliny a magma se může účinněji pohybovat vzhůru. A protože se oběžná dráha v rámci stotisíciletého cyklu stává kruhovější, tento efekt se tlumí a podmořských erupcí může být méně. A v neposlední řadě, všechny moderní, dobře zdokumentované erupce ve středooceánském hřbetu, se odehrály během prvních šesti měsíců roku.

V lednu je Země nejblíže Slunci a v červenci je nejdále, takže je důležité, aby nedocházelo k přimáčknutí. Takže i když mluvíme o různých sférách Země, naše poznatky o sopkách nám ukazují, že skutečně funguje jako propojený systém. A je úžasné, že my, jako malí lidé, můžeme tuto propojenost cítit a vidět energii, která pod povrchem Země kypí, když nahlédneme do kráteru činné sopky. Příště se podíváme na to, jak se horniny, které sopky pomáhají budovat, nakonec rozpadají a opotřebovávají. Mnoho map a hranic představuje moderní geopolitické rozdělení, o kterém bylo často rozhodnuto bez konzultace, souhlasu nebo uznání původních obyvatel země.