Pusztító lenne egy nagy kitörés

A vulkáni kitörések előrejelzése a vulkanológia tudományterületének kiemelt, a társadalom által leginkább elvárt feladata. A kihívás nagy, mivel ma már a Föld lakosságának több mint 10 százaléka, azaz mintegy 700 millió ember él olyan vulkánok közelében, amelyeknek a történelmi időkben volt már kitörésük, és bár most éppen szunnyadnak, várható a "felébredésük".

Eddig nem volt rá példa a modern kori történelemben, hogy egy heves, nagy térfogatú vulkáni hamuanyagot szolgáltató tűzhányókitörés történt volna egy nagy népsűrűségű terület közvetlen közelében. Vajon mit hozna a Vezúv kitörése vagy a Campi Flegrei kaldera aktivizálódása Nápoly közelében, az El Misti feléledése Peru második legnagyobb településének közelében, vagy éppen a San Salvador-vulkán felébredése az ország fővárosa mellett? Ugyanez a kérdés a közelmúlt hírei közé bekerült japán Fudzsinál is, amely Tokiótól mindössze 100 kilométerre található. Mi lesz, ha a japán tűzhányóikon több mint 300 év után egy heves robbanásos kitöréssel tér magához? 2012-ben nem kerülhetjük meg azt a kérdést sem, hogy vajon a Yellowstone kalderában lesz-e újabb szupervulkáni kitörés?

A Vezúv

Jön a magma!

A vulkánkitörés előrejelzéséhez a kulcs a feltörő magma korai észlelése. Mennyi idő telik el, amíg a magma a felszínre ér, lehet-e ezt egyáltalán érzékelni? A sok esetben több millió köbméter térfogatú anyagnak a földkéregben való feláramlása töréseket, repedéseket hoz létre a kőzettestben, ami kisebb-nagyobb földrengéseket gerjeszt. A megnyíló hasadékokba benyomul a kőzetolvadék, és tovább feszíti a felette lévő kőzeteket.

A magma feláramlásának további jelei is vannak. Ahogy a kőzetolvadék egyre közelebb jut a földfelszínhez, a felette lévő kőzetrétegek rá nehezedő nyomása csökken. A magmában lévő gázok ezért kiválnak, azaz buborékosodás indul meg. (Ez a folyamat hasonló ahhoz, amikor egy szén-dioxiddal dúsított ásványvizes palackot nyitunk ki.) Gázkiválás és buborékosodás történik akkor is, amikor egy magmakamrában lévő kőzetolvadék kristályosodik. A gázoknak kicsi a sűrűségük, ezért a magmánál mozgékonyabbak, igyekszenek gyorsan a felszínre jutni. A vulkanológusoknak erre kell figyelniük, azaz mérni a kikerülő gázok összetételét és mennyiségét, ebből következtethetnek arra, hogy a felszín alatt friss magma törhet fel.

Gejzírkitörés a Kanári-szigeteken

A magma feláramlásának van még egy egyértelmű jele: a nagy térfogatú magmatömeg óriási nyomást fejt ki a felette lévő kőzetekre, és képes akár arra is, hogy érzékelhető módon megemelje őket. Ez azt jelenti, hogy a vulkán felszíne lassan domborodni kezd. Mindezt ma már érzékeny műszerekkel, nagy pontossággal lehet követni, ami új perspektívát kínál a vulkáni veszély előrejelzésében.

Domborodó vulkánok

Egy vulkán alakváltozásánál minden centiméter számíthat, és tudni kell azt is, hogy az alakváltozás milyen gyors. Mindehhez a legmodernebb mérőeszközök szükségesek.

A műholdas radar-interferometria (Synthetic Aperture Radar Interferometry, InSAR) egy adott területről különböző időben készített radarképekből állít elő egy olyan ábrát, amely a két idő közötti felszínmagasság-változást jelzi. A módszer akár évi néhány tizedmilliméter változást is képes kimutatni. Hátránya, hogy a műhold évente csupán egy vagy két képet képes készíteni, azaz a felszín alakváltozását alapvetően éves vagy évtizedes léptékben lehet követni. Az előnye viszont az, hogy mindezt nagy területre (akár néhány ezer négyzetkilométerre) vonatkoztatja, továbbá olyan területek is vizsgálhatók, amelyek amúgy nehezen megközelíthetők.

A radartechnikát jól egészíti ki a szintén műholdas rendszeren alapuló globális helymeghatározó rendszer (GPS). Ezzel a technikával egy meghatározott földi pont háromdimenziós helyzetmeghatározását végezhetjük el. A jelvevőket a vulkáni területen gondosan elhelyezve időben folyamatosan kaphatjuk meg, akár milliméteres pontossággal a földrajzi helyzetváltozást. A több jelvevő pont észak-déli és kelet-nyugati helyzetváltozásából megszerkeszthető egy nagyobb terület függőleges felszínváltozása, megadható ennek központi helye.

Beműszerezik a vulkánokat

A két módszer (akár együtt alkalmazva) egy rendkívül érzékeny adatsort ad a hosszú és rövid távú felszínmozgásra. A szakemberek ebből azt is ki tudják számolni, hogy mi okozta ezt a változást. Egy egyre inkább domborodó vulkán esetében az ok vagy a felfelé törő magma hatalmas nyomása, vagy a sekély mélységben mozgó nagy hőmérsékletű gázok feszítőereje. Az előbbi esetben megbecsülhető a felboltozódást okozó magma térfogata is.

A Fudzsi és Szantorini esete

Az elmúlt hetekben sok hír látott napvilágot a Fudzsi küszöbön álló kitöréséről, illetve arról, hogy Szantorini szigete egy év alatt hirtelen több mint 10 centimétert emelkedett, aminek oka több millió köbméter magma feláramlása a 4-5 km-es mélységben lévő magmakamrába. A Fudzsi esetében azt olvashattuk, hogy óriási nyomásváltozást mértek egy év alatt a mélybeli magmakamrában, ami már elegendő ahhoz, hogy bármikor beinduljon a kitörés. A hírek azonban számos tévedést tartalmaztak. Nem lehet mérni a magmakamrában lévő nyomást, és nincs olyan küszöbérték sem, amely megindít egy vulkánkitörést.

A Fudzsi a szabályos vulkáni kúpok iskolapéldája

Ha valóban jelentékenyen megnőtt volna a magmakamra nyomása, akkor ennek látni kell a jelét, mégpedig a Fudzsi felszínemelkedésében. Az adatok mindezt nem támasztják alá. A Fudzsi nem domborodik, és egyéb jelét (például földrengések, gázok) sem adja annak, hogy rögvest kitörne. Egyelőre nem tudjuk, hogy ez a helyzet mikor változik meg. Egy biztos, a Fudzsi minden bizonnyal ki fog törni valamikor a jövőben, de ennek feltehetően lesznek megfigyelhető előjelei.

Ezzel szemben Szantorini szigetén egy hirtelen felszínemelkedést tapasztaltak 2011 januárja óta. Sokan most is riadót fújtak, hogy akár megismétlődhet a 3600 évvel ezelőtti hatalmas, robbanásos minószi kitörés. Figyelembe véve azonban a szakemberek vizsgálati eredményeit, továbbá a vulkán kitöréstörténetét azt mondhatjuk, hogy a legnagyobb esélye egy kisebb, alapvetően lávaöntő, esetleg kis-közepes robbanásos kitörésnek van, ami messze nem annyira veszélyes, mint a minószi kultúrát elpusztító kitörés volt.

Szantorini kalderáját a tenger töltötte ki

Vulkánok "lélegzése"

Vannak olyan vulkánok is, amelyeken viszonylag rövid időn belül váltakoznak a felszínemelkedési és felszínsüllyedési szakaszok. Ilyen a Nápolyi-öbölben lévő Campi Flegrei kaldera (a kaldera egy olyan vulkáni forma, amely hatalmas térfogatú magma kitörése után alakul ki, a kiürülő magmakamra feletti kőzetrétegek ugyanis berogynak, és így egy kiterjedt mélyedés jön létre a felszínen), ahol ez az eseménysor jól ismert legalább kétezer éve.

A Pozzuoli városában lévő Szerapisz-templom három márványoszlop-maradványán ez az esemény kiválóan tükröződik. Amikor süllyedt a terület, akkor víz öntötte el a szárazföld parti részét, és az oszlopokon kagylók telepedtek meg, amelyek fúrásnyomokat hagytak a kemény kőzeten. Ezek a fúrásnyomok ma 7 méter magasan vannak, azaz azóta ennyit emelkedett a terület! Az ok a mélyben lévő magmakamra friss kőzetolvadékkal való időszakos feltöltődése, illetve a felette lévő felhevült és ezért táguló gázok mozgása.

A Szerapisz-templom márványoszlopai

Hasonlóan viselkedik egy másik hatalmas kaldera, a Yellowstone is: a felszíne emelkedik és süllyed, mintha lélegzene ez a hatalmas, élő vulkáni rendszer. Most éppen emelkedik a felszíne. Lesz-e hatalmas, pusztító kitörése, ahogyan azt sokan jósolják az év végére? A vulkanológusok nyugodtan készülnek az év végi ünnepekre, az adatok ugyanis azt jelzik, hogy egyelőre nem várható a "megjövendölt" apokalipszis, és nem lesz szupervulkáni kitörés a Yellowstone-ban. A feldudorodások azonban kisebb magmafelnyomulásokat jelezhetnek, ezért nincs kizárva, hogy a felnyíló törések mentén lassan folyó láva türemkedik ki majd a felszínre, vagy a forró magma és a felszín alatti vizek keveredése miatt akár kisebb, de a közvetlen környezetre veszélyes robbanásos kitörés történik valamikor a jövőben.

A Yellowstone Park alatt egy szupervulkán van

Kitörhetnek-e inaktívnak tartott vulkánok?

Az InSAR módszer esetében már említettük, hogy akár olyan területekről is információt ad, amelyek nehezen megközelíthetők. Az elmúlt években született új InSAR eredmények alapvető szemléletváltást hoztak a vulkanológiában. Olyan vulkánok esetében is kimutattak domborodást, amelyek évezredek óta nem törtek ki. A bolíviai Uturuncu tűzhányó 290 ezer éve nem volt aktív, mégis 1992 óta 50 centimétert emelkedett, ami mintegy 40 köbkilométer magma (a Balaton össz-víztérfogatának mintegy 20-szorosa) mélybeli felnyomulásával magyarázható. Erre utalnak a kapcsolódó földrengések is.

Kitör-e a már inaktívnak tartott tűzhányó? Nem tudni, azonban egy biztos: még a hosszú, akár tízezer éveken keresztül szunnyadó vulkánok is potenciálisan veszélyesek lehetnek, és ha kitörnek, akkor ez a történelmi időkben nemigen tapasztalt, hatalmas robbanásos módon is történhet.

Egy vulkán magmával való feltöltődése azonban nem jelenti egyértelműen azt, hogy valóban ki fog törni. A tűzhányók számos olyan folyamaton mennek keresztül, amelyek csak a mélyben játszódnak le, például újabb és újabb magmacsomagok érkeznek a földfelszín alatt néhány kilométer mélyen fekvő magmakamrába.

A szunnyadási periódus, a látszólagos inaktív viselkedés sokkal inkább jellemez egy tűzhányót, mint a látványos vagy pusztító vulkánkitörés. Lehet, hogy egy kitörés csak egy-két napig tart, a feltöltődés viszont akár évtizedeket, évszázadokat, esetleg ennél is jóval hosszabb időt vesz igénybe. A vulkanológusok most már rendelkeznek olyan technológiákkal, amelyek segítenek egyre jobban megismerni a tűzhányók természetét.

A szerző az ELTE kőzettan-geokémiai tanszék vulkanológiai csoportjának vezetője.