ČVUT v Praze Fakulta stavební. Thákurova 7. Studijní obor Geodezie. Sopky. Semestrální práce. bohacro@gmail.com. Skupina: G-61

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Thákurova 7 Studijní obor Geodezie Sopky Semestrální práce Autor: Roman Boháč bohacro@gmail.com Skupina: G-61 Školní rok: 2011/2012

2 Klíčová slova: Sopky, erupce, magma 2

3 Anotace: Tato práce je o sopkách. Jsou zde shrnuty základní poznatky z oblasti vulkanologie. Nejdříve se dočtete o vzniku sopek. Druhá kapitola popisuje klasifikaci sopek, jak z pohledu tvaru, tak podle typů erupcí. Ve třetí kapitole je zmínka o neznámějších sopkách a jejich známých erupcích. Nakonec je zde popsáno hodnocení sopečních katastrof. Annotation: This work is about volcanoes. It summarizes the basic knowledge of volcanology. First, you can read about the origin of volcanoes. The second chapter describes the classification of volcanoes, both in terms of shape and by type of eruption. The third chapter is a mention of the best-known volcanoes and their eruptions known. Finally, there is described from volcanic disasters. 3

4 Obsah ročníkové práce: Úvod Hlavní text 1 Sopky Řez sopkou Vznik sopek Tektonické srážky Horké skvrny Klasifikace sopek Povaha erupce Explozivní erupce Efuzivní erupce Typy sopečných erupcí Strombolské erupce Vulkánské erupce Pliniánské erupce Pélejské erupce Islandské erupce Havajské erupce Sopečné tvary Stratovulkán Sypaný kužel Štítová sopka Vulkanický dóm Pukliny a rifty Krátery Kaldery Nejznámější světové sopky Vesuv Etna

5 3.3 Krakatoa Mount St. Helens Sopečné katastrofy Volcanic Explosivity Index Největší sopečné katastrofy Závěr 5

6 Úvod V mé práci chci čtenáře seznámit se základními poznatky z oblasti sopek a vysvětlil některé pojmy z oblasti vulkanologie. Rád bych přiblížil rozdělení sopek, podle jejich tvaru. Dále jejich klasifikaci na základě prodělaných erupcí. Také zde uvedu několik nejznámějších světových sopek a jejich erupce, díky nimž jsou známé. 6

7 1 Sopky Sopka neboli vulkán je místo, kde roztavené magma a sopečné plyny vystupují na zemský povrch. Sopky jsou důkazem energetických procesů uvnitř Země. Nejvíce se vyskytují podél hranic litosférických desek, ale také na tzv. horkých skvrnách. 1.1 Řez sopkou Magmatický krb Rezervoár magmatu pod sopkou v hloubce 5-30 km pod povrchem. Sopouch Přívodní kanál spojující magmatický krb a jícen. Jícen Otvor v zemské kůře, ze kterého dochází k výstupu magmatu na povrch a k úniku sopečných plynů do atmosféry. Sopečný kužel Kuželovitá vyvýšenina charakteristická pro většinu typů sopek. Kužel je tvořen vrstvami lávy a pyroklastických materiálů. Magma tavenina vznikající v kůře nebo svrchním plášti Země, v jejímž obsahu převládají rozpuštěné minerály a horniny, plyny a voda. Láva - Jako lávu označujeme magmatickou taveninu vystupující na zemský povrch. Parazitický jícen - Parazitický jícen je takový, který je vytvořen v souvislosti s činností postranního přívodu magmatu na svazích sopky mimo hlavní kráter. Obr. 1: Řez sopkou (zdroj: Vznik sopek Magma, které je základem vzniku sopky, se vytváří jen v takových oblastech, kde je teplota dostatečně vysoká ( ), aby došlo k tavení hornin a pláště v určitých oblastech. Ty se nachází většinou na styku litosférických desek nebo tam kde je porušena zemská kůra. 7

8 1.2.1 Tektonické srážky Zemská kůra se skládá z několika litosférických desek, ty se neustále pohybují (plují po polotekuté části zemského pláště). V místech styku jednotlivých desek vznikají trhliny, kterými se může magma, které je zde pod velikým tlakem dostat na povrch země. Obr. 2: Mapa tektonických desek (zdroj: Nejvíce činná oblast se nazývá tzv. Ohnivý prstenec ( Ring of Fire ), ten se nachází na okrajích pacifické desky a desky Nazca. V této oblasti se nachází ⅔ všech činných sopek na Zemi. Za zmínku také stojí jižní okraj Euroasijské desky, zde jsou středomořské a indonéské činné sopky. Obr. 3: Mapa aktivních sopek (zdroj: 8

9 1.2.2 Horké skvrny Vulkanismus se nemusí projevovat jen na okrajích litosférických desek, některé sopky se vyskytují i uvnitř litosférických desek, jak na oceánských tak i na kontinentálních deskách. Tyto sopky vznikají na tzv. horkých skvrnách (hot spots). Horké skvrny je obrovský rezervoár magmatu, který se nachází v zemském plášti, toto magma stoupá vzhůru a taví zemskou kůru. Pokud k tomu dochází na mořském dně, vyvěrající láva tuhne, tím pomalu roste a po milionech let se vynoří nad hladinu moře. Horké skvrny jsou nezávislé na pohybu litosférických desek, proto se posunem desek mění i místo výstupu magmatu na povrch, tak vzniká řada vulkanických ostrovů (např.: Havajské ostrovy). Posunem desky přijde sopka o zdroj magmatu a stane se vyhaslou, po milionech let se díky zvětrávání začne snižovat její výška, až opět zmizí pod mořskou hladinou. Podle polohy jednotlivých sopek můžeme tedy určit i směr pohybu litosférické desky. Obr. 4: Mapa s vyznačenými horkými skvrnami (zdroj: Magma v horkých skvrnách pochází z velké hloubky a má tedy bazické složení (malá viskozita více tekuté). Takto vzniklé sopky se nazývají tzv. sopky štítové, mají velmi širokou základnu a malý sklon svahů. Příkladem je havajská sopka Mauna Loa, její celková výška od dna oceánu je přes m. 9

10 2 Klasifikace sopek Podle aktivity lze rozdělit na sopky: Aktivní pravidelně explodující sopky Spící sopky, které nevybuchly za posledních let Vyhaslé takové, které neprojevily aktivitu déle jak let. Povaha erupce Typ erupce Sopečný tvar 2.1 Povaha erupce Sopky se často dělí podle charakteru erupce na sopky explozivní a efuzivní Explozivní erupce Explozivní, také výbušné, jsou takové erupce, při kterých jsou vyvrhovány pevné látky a plyny z kráteru do velké výšky. Z kráteru jsou vyvrhovány sopečné balvany, které doletí do vzdálenosti několika set metrů a také sopečný popel, který se dostane do vyšších vrstev atmosféry a může dolétnout až stovky kilometrů daleko. Sopky vzniklé touto erupcí mají kolem rozšířeného hrdla nízké valy ze sopečného popela Efuzivní erupce Efuzivní neboli výlevná erupce je typ sopečné erupce, při které láva pouze vytéká z kráteru. Tyto erupce jsou považovány za méně nebezpečné. 10

11 2.2 Typy sopečných erupcí Povahy erupcí se ještě dále dělí na typy, které jsou pojmenovány podle známých zástupců. Sopka nemusí během svého aktivního života mít pořád stejné typy erupcí, ale může prodělat různé typy. Strombolské erupce Explozivní Vulkánské erupce Pliniánské erupce Erupce Pélejské erupce Islandské erupce Efuzivní Havajské erupce Strombolské erupce Strombolské erupce jsou pojmenovány po italské sopce Stromboli. Periodickým uvolňováním nahromaděného sopečného plynu dochází ke krátkodobým opakovaným výbuchům. Při výbuchu vylétávají kusy žhavé lávy maximálně do výšky 200 m. V konečné fázi vznikají středně veliké lávové proudy. Nejznámější zástupci: Stromboli (Itálie), Etna (Itálie). Obr. 5 a 6: Schéma Strombolské erupce a výbuch sopky Stromboli (zdroj:

12 2.2.2 Vulkánské erupce Vulkánské erupce jsou pojmenovány po italské sopce Vulcano. Velmi viskózní láva tuhne už v jícnu a vytváří zátku, pod tou se hromadí množství plynů a tím narůstá tlak, až nakonec dojde k náhlému výbuchu. Vzniklý pyroklastický materiál je tvořen převážně jemným prachem, díky explozi, ale může obsahovat i poměrně velké kusy ztuhlé lávy. Pyroklastický oblak stoupá do výšky kolem 20 km a obsahuje kolem 1 km 3 sopečného popela. Nejznámější zástupci: Vulcano (Itálie), Sakurajima (Japonsko). Obr. 7 a 8: : Schéma Vulkánské erupce a výbuch sopky Sakurajima (zdroj: Pliniánské erupce Pliniánské erupce, také vesuviánské, jsou pojmenovány po starověkém Římanovi Pliniovi, který popsal erupci Vesuvu. Jsou typické pro stratovulkány. Jedná se o velkou explozi, při které vzniká souvislý erupční sloup pyroklastického materiálu a plynů, který dosahuje výšky cca 11 km, ale může dosáhnout i 45 km a má objem od 0,5 do 50 km 3. Ve stratosféře se ze sloupu stane erupční oblak, ten může být přenesen tisíce kilometrů daleko. Sopečný sloup uniká z jícnu obrovskou rychlostí, až 700. Při této erupci často dojde k vyprázdnění magmatického krbu, poté se propadne vulkán a vytvoří se kaldera. Nejznámější zástupci: Mount St. Helen (USA), Vesuv (Itálie), Pinatubo (Filipíny). 12

13 Obr. 9 a 10: : Schéma Pliniánské erupce a výbuch sopky Mount St. Helens (zdroj: Pélejské erupce Pélejské erupce jsou pojmenovány po Mount Pelée na Martiniku. Při erupci vzniká tzv. žhavé mračno, tvořené pyroklastickým materiálem a plyny vysoké teploty až 500 a rychlostí 100. Tato erupce bývá doprovázena pliniánskou nebo vulkánskou erupcí. Nejznámější zástupci: Mt. Pelée (Martinik), Katmai (Aljaška). Obr. 11 a 12: : Schéma Pélejské erupce a výbuch sopky Nuee Ardente (zdroj:

14 2.2.5 Islandské erupce Islandské erupce jsou pojmenovány po ostrově Island, zde se nacházejí nejčastěji. Charakteristické pro ně je výskyt podél lineárních trhlin. Kromě Islandu se tyto erupce objevují také na středooceánských hřbetech, protože zde vznikají trhliny rozestupem litosférických desek. Magma vystupující na povrch na oceánském dně vlivem studené vody velmi rychle tuhne a vytváří tak charakteristické oblé tvary tzv. polštářové lávy. Nejznámější zástupci: trhlinový systém Laki (Island). Obr. 13 a 14: : Schéma Islandské erupce a výbuch v trhlinovém systému Laki (zdroj: Havajské erupce Havajské erupce jsou pojmenovány po Havajských ostrovech. Jsou velmi podobné islandskému typu, jen magma nevystupuje z trhliny, ale z bodového zdroje. Při tomto typu erupce mohou vznikat tzv. lávové fontány, to jsou gejzíry žhavých hornin, které mohou trvat hodiny a dosahovat výšky stovek metrů. Nejznámější zástupci: Mauna Loa (Havajské ostrovy). Obr. 13 a 14: : Schéma Havajské erupce a výbuch sopky Mauna Loa (zdroj:

15 2.3 Sopečné tvary Stratovulkán Sypaný kužel Konstruktivní tvary Štítová sopka Vulkanický dóm Sopečné tvary Pukliny a rifty Krátery Destruktivní tvary Kaldery Stratovulkán Stratovulkány nebo také složené vulkány, jsou nejčastějším typem sopek na Zemi. Jedná se o vysoké sopky kuželovitého tvaru s velmi příkrými svahy a vrstevnatou strukturou. Hlavní složky tvořící sopku jsou tefry (sopečný popel) z explozivních erupcí a láva z efuzivních erupcí. Stratovulkány dosahují nejvyšší výšky ze všech typů sopek, v současnosti je nejvyšší Nevado Ojos del Salado (Chile 6887 m). Nejznámější zástupci: Ključevskaja (Kamčatka), St. Helens (USA) a Etna (Sicílie). Obr. 15 a 16: Schéma stratovulkánu a sopka Ključevskaja (zdroj:

16 Sypaný kužel Sypané kužely nebo také struskové kužely, jsou nejmenším typem sopek. Jsou tvaru kónického kužele s příkrými svahy a většinou nepřesáhnou výšku 300 m. Tvořeny jsou převážně vrstvami sopečného popela. Vznikají symetricky kolem centrálního přívodního kanálu a patří do skupiny monogenetických sopek, tedy vznikajících během krátkodobé sopečné aktivity. Nejznámější zástupci: S P Crater (Arizona), Cerro Negro (Nikaragua), Parícutin (Mexiko). Obr. 17 a 18: Schéma sypaného kuželu a sopka S P Crater (zdroj: Štítová sopka Štítové sopky mají tvar kužele s velmi pozvolnými svahy a velmi širokou základnou. Štítové sopky jsou tvořené téměř výhradně lávou z efuzivní erupce. Svůj rozlehlý tvar mají díky málo viskóznímu (velmi tekutému) magmatu, ten při erupci dosáhne velkých vzdáleností od kráteru. Během mnoha tisícovek erupcí se lávové proudy vrství a sopka tak může dosáhnout výšky až 10 km a průměru základy až stovky metrů. Nejznámější zástupci: Mauna Loa (Havajské ostrovy 4170 m.n.m). Obr. 19 a 20: Schéma štítové sopky a sopka Mauna Loa (zdroj:

17 Vulkanický dóm Vulkanické dómy nebo také lávové, vznikají uvnitř masivnějších sopek, především stratovulkánech. Jsou tvořeny efuzivní erupcí vysoce viskózního (téměř netekutého) magmatu. Protože toto magma velmi rychle ztuhne, vytváří se kolem přívodu kopulovitý tvar. Vzhledem k tomu, že vznikají uvnitř jiných sopek, jsou tyto struktury zničeny při další erupci. Nejznámější zástupci: Mount St. Helens (USA), Santiaguito (Guantamala). Obr. 21 a 22: Schéma vulkanického dómu a sopka Mount St. Helens (zdroj: Pukliny a rifty Pukliny jsou přímé zlomy na zemském povrchu, jimiž vystupuje magma. Tvořeny jsou lávovými proudy z efuzivních trhlinových erupcí. Vytvářejí tzv. lineární sopky. Erupce a rozprostírání hornin na obou stranách pukliny vytváří riftovou stopu. Nejznámější zástupci: trhlinový systém Laki (Island). Obr. 23 a 24: Schéma puklin a trhlinový systém Laki (zdroj:

18 Krátery Kráter je kruhová deprese v horní části sopečného kužele. Vzniká důsledkem explozivní erupce plynů a sopečného popela, mívá obvykle průměr do 1 km Kaldery Kaldery jsou mnohem větších rozměrů než krátery, průměr 1 50 km. Vznikají propadem střední části vulkánu do prázdného magmatického krbu vlivem vlastní tíhy a gravitace. Často jsou poté zaplněné vodou a vzniká kráterové jezero. Nejznámější zástupci: Aniakchak(Aljaška), Yellowstonská kaldera (USA). Obr. 25 a 26: Schéma kaldery a sopka Aniakchak (zdroj: Nejznámější světové sopky 3.1 Vesuv Umístění: nedaleko Neapole (jihozápadní Itálie) Výška: 1279 m Typ: stratovulkán Poslední aktivita: 1944 Největší erupce: 79 n.l. VEI: 5 Sopka Vesuv je známa po celém světě svým výbuchem z roku 79 n.l.,při kterém byly zničeny římská města Pompeje a Herkuláneum. Popis této události se dochoval díky zápiskům Plinia. Pyroklastický oblak vystoupal do výšky 32 km a obsahoval až 4 km 3 materiálu. Tento materiál začal poté dopadat na Pompeje, Herkláneum nebylo zasypáno díky směru větru. Většina obyvatel zemřela na otravu toxickými plyny a na následky udušení popelem. Pyroklastický materiál zasypal Pompeje vrstvou tlustou 3 m. Město bylo objeveno až při archeologických vykopávkách v 18. st., bylo popelem dokonale zakonzervováno. Díky tomu zde bylo nalezeno mnoho důkazů o životě v době antického 18

19 Říma. V popelu bylo také nalezeno 1100 zakonzervovaných těl. Počet obětí není přesně znám, ale podle počtu obyvatel v Pompejích a Herkulaneu se odhaduje na Dnes žije v erupčním okruhu Vesuvu okolo 3 miliónů lidí, kteří jsou při výbuchu ohroženi. Obr. 27 a 28: Model erupce v roce 79 a Vesuv s Pompejemi dnes (zdroj: Etna Umístění: Sicílie Výška: 3350 m Typ: stratovulkán Poslední aktivita: 2003 Největší erupce: 1669 VEI: 3 Etna je nejvyšší sopka v Evropě obvod má 150 km. Významným prvkem Etny je 10 km široká kaldera podkovovitého tvaru Valle de Bove. V současnosti je tvořena 4 krátery. Je již let aktivní. Největší erupce z roku 1669 trvala 122 dní. Při erupci v roce 1986 stříkali lávové fontány do výšky 1,6 km. Obr. 29 a 30: Ilustrace výbuchu sopky Etna v roce 1669 a Etna dnes (zdroj:

20 3.3 Krakatoa Umístění: ostrov mezi Sumatrou a Jávou (Indonésie) Výška: 813 m Typ: kaldera Poslední aktivita: 2001 Největší erupce: 1883 VEI: 6 Sopka Krakatoa je známa díky obrovské erupci z 27. srpna Její výbuch je považován za nejhlasitější v historii, byl slyšet až na km vzdáleném ostrově Rodrigues v Indickém oceánu. Pyroklastický oblak vystoupal do výšky 25 km a do vzduchu bylo vyvrženo 20 km 3 sopečného prachu. Lávové proudy tekly až do vzdálenosti 40 km. Během erupce byl vyprázdněn celý magmatický krb a došlo k jeho zborcení, tím vznikla kaldera. Zborcením sopky vznikly vlny tsunami vysoké 30 m, tyto vlny byly zaznamenány až v Lamanšském průlivu (mezi Francií a Britskými ostrovy). Vlny tsunami zničili mnoho pobřežních osad a zabily přes lidí. Prach vyvržený do ovzduší změnil na několik let globální klima, průměrná teplota klesla o 1,2 C. Asi po 40 letech vznikl v kaldeře nový sopečný kužel, ten Indonésané nazvali Anak Krakatoa, to znamená Syn (dítě) Krakatoy. Obr. 31 a 32: Ilustrace sopky Krakatoa a jejích výbuchu (zdroj:

21 3.4 Mount St. Helens Umístění: stát Washington (západ USA) Výška: 2549 m Typ: stratovulkán Poslední aktivita: 1991 Největší erupce: 1980 VEI: 5 Erupce Mount St. Helens z 18. května 1980 je jedna z nejlépe a nejpodrobněji zdokumentovaných erupcí na světě. Do výbuchu byla sopka typickým zástupcem stratovulkánu (pravidelný kuželovitý tvar). Výbuch byl vědci předem předpovězen, protože v severní části sopky se sopka vydouvala, hromadilo se zde magma. Při výbuchu byla právě severní část zničena, do vzduchu byly uvolněny 3 km 3 popela, plynů a pyroklastického materiálu až do výšky 27 km. Zborcením severní stěny sopky vznikla lavina z úlomků a lávy, která tekla rychlostí 75 do vzdálenosti 25 km. Při této události zemřelo 57 lidí, bylo zničeno 250 domů, 47 mostů, 24 km železnice, 298 km silnic a bylo zničeno přes 10 miliónů stromů na ploše 600 km 2. Obr. 33 a 34: Výbuch sopky Mount St. Helens v roce 1980 (zdroj:

22 4 Sopečné katastrofy 4.1 Volcanic Explosivity Index Volcanic Explosivity Index (VEI) neboli Index sopečné aktivity je měřítko, kterým se měří síla erupce. Hodnotí množství materiálu, který byl při výbuchu vyvrhnut. Tato stupnice je logaritmická a má stupně 0 8 (nárůst o 1 stupeň znamená 10x větší výbuch). VEI Objem pyroklastik Typ erupce Popis Výška sloupu Frekvence Příklad 0 < 10,000 m³ Havajská efuzivní < 100 m průběžně Kīlauea, Erebus 1 > 10,000 m³ Havajská / Strombolská malá m denně Stromboli, 2 > 1,000,000 m³ Strombolská / Vulkánská explozivní 1 5 km týdně Galeras (1993), Mount Sinabung (2010) 3 > 10,000,000 m³ Vulkánská / Pélejská středně velká 3 15 km několikrát za měsíc Nevado del Ruiz (1985) 4 > 0.1 km³ Pélejská / Pliniánská velká km 1 rok Mount Pelée (1902), Eyjafjallajökull (2010) 5 > 1 km³ Pliniánská velmi velká km 10 let Vesuv (79 n.l.), Mount St. Helens (1980) 6 > 10 km³ 7 > 100 km³ Pliniánská / Ultra- Pliniánská Ultra- Pliniánská velmi velká > 30 km 100 let Krakatoa (1883), Mount Pinatubo (1991) velmi velká > 40 km 1,000 let Thera (1620 př.n.l.), Tambora (1815) 8 > 1,000 km³ Supervulkán velmi velká > 50 km 10,000 let Tab. 1: Tabulka stupňů indexu vulkanické explozivity (zdroj: Yellowstone (640,000 př.n.l.), Toba (74,000 př.n.l.) 22

23 4.2 Největší sopečné katastrofy Pořadí Sopka Místo Rok Odhadovaný počet obětí 1 Tambora Indonésie Krakatau Indonésie Mt. Pelée Martinique Nevado del Ruiz Kolumbie Unzen Japonsko Kelut Indonésie Laki Island Santa Maria Guatemala Kelut Indonésie Galunggung Indonésie Tab. 2: Tabulka největších sopečných erupcí (zdroj: Následkem výbuchů nemusejí být jen ztráty na majetku, ohrožené životy a zničená příroda. Například na Kanárských ostrovech se v sopečné půdě, která je bohatá na minerály, pěstuje v jámách ve tvaru trychtýře vinná réva. Sopečná půda je velmi pórovitá a proto dobře zadržuje vodu, réva je ještě chráněna proti větru valy z větších kusů lávy. Obr. 35: Pěstování vinné révy na Kanárských ostrovech (zdroj: 23

24 Závěr Sopky jsou i v současné vyspělé době pořád velice nebezpečné, pokud se nemonitoruje jejich aktivita. Proto bychom měli tomuto tématu věnovat více pozornosti. 24

25 Zdroje Knižní zdroje: FUHR, James F., Země, Praha: Knižní klub, ISBN: GABZDYL, Pavel, 3D Sopky, Brno: CP Books, ISBN: RUBIN, Ken, Na vlastní oči: Sopky a zemětřesení, Bratislava: Sazba Alias Press, ISBN: STEELE, Philip, Sopky, Brno: Computer Press, ISBN: Elektronické zdroje: Wikipedia [online][cit ]. Dostupné z: Sopky [online][cit ]. Dostupné z: Enviromentální hrozby a rizika: Sopečná činnost [online]. Petr Sudický. [cit ]. Dostupné z: Přírodní katastrofy a enviromentální hazardy [online] [cit ]. Dostupné z: 25