Ugnikalnis (alternatyvus pavadinimas vulkanas, pagal senovės romėnų dievo Vulkano vardą) – kalnas su krateriu, pro kurį iš gelmių veržiasi lava, akmenys, pelenai, dujos. Ugnikalniai yra svarbus Žemės reljefo ir klimato formavimo faktorius. Jie yra tarsi perkaitusio katilo dangčiai, išleidžiantys susikaupusį karštį. Žemėje veikia daugiau kaip 500 aktyvių ugnikalnių, ir dar daugybė „snaudžia“.Ugnikalnius tiriantis mokslas vadinamas vulkanologija.Ugnikalnių susidarymo vietosUgnikalnių išsiveržimo pobūdis, išmetamos medžiagos priklauso nuo geologinės aplinkos. Ugnikalniai veikia ne tik sausumoje, bet ir vandenynų ir jūrų dugne, ne tik Žemėje, bet ir kitose Saulės sistemos planetose. Jų išsidėstymas Žemės paviršiuje ne atsitiktinis, bet susijęs su tektoninių plokščių judėjimu.
Ugnikalnio susidarymas destruktyviajame pakraštyjeDaugiausiai ugnikalnių iškyla ties tektoninių plokščių sandūromis (destruktyviuosiuose pakraščiuose). Kai susiduria vandenyninė ir žemyninė tektoninės plokštės, sunkesnė vandenyninė plokštė palenda po žemynine plokšte ir nuo mantijos karščio pradeda tirpti. Tada ištirpusi magma veržiasi aukštyn ir iškelia ugnikalnius. Didžiausioji Žemėje Ramiojo vandenyno plokštė iš visų pusių apsupta vulkaninių kalnų, vadinamojo Ugnies žiedo, kuriam priklauso daugybė veikiančių ir užgesusių ugnikalnių – Tamboras, Čimborasas, Krakatau ir kiti.Ugnikalniai veržiasi ir kitoje tektoninių plokščių kuriamoje geologinėje formacijoje – konstruktyviuosiuose pakraščiuose – vietose, kur plokštės tolsta viena nuo kitos, atverdamos kelią iš gelmių besiveržiančiai magmai. Įspūdingiausi pavyzdžiai – Atlanto vidurio kalnagūbris ir Didysis riftinis slėnis. Didžiausias Islandijos ugnikalnis Hekla susiformavo ten, kur plokščių skėtimosi vieta (riftas) iškyla virš jūros lygio.Bet jeigu tektoninės plokštės slysta viena palei kita (pavyzdžiui, San Andreas lūžis), ugnikalniai paprastai nesusiformuoja.Apie 80% virš jūros lygio iškylančių ugnikalnių yra ties destruktyviaisiais, o 5% – ties konstruktyviais pakraščiais.
Dar viena ugnikalnių išsiveržimo vieta yra karštieji taškai – vieta, kur iš Žemės gelmių kylantys magmos srautai pradegina plutą. Tokių taškų Žemėje atrasta 40-50, žinomiausias yra po Havajais.Ugnikalniai nėra vien Žemės planetai būdingas reiškinys, jų aptinkama ir kitose Saulės sistemos planetose. Didžiausias iš jų yra 27 km aukščio Olimpo kalnas Marse.Ugnikalnių klasifikavimasUgnikalniai klasifikuojami pagal keletą parametrų: aktyvumą (aktyvūs, snaudžiantys), išsiveržimo pobūdį (Plinijaus tipo, Havajų tipo ir kt.), išmestos medžiagos kiekį (supervulkanai), išsiveržimo produktus, vietą (povandeniniai, poledyniniai), pavojingumą ir t.t.AktyvumasPagal aktyvumą ugnikalniai būna aktyvūs, snaudžiantys (miegantys) ir užgesę. Aktyviu paprastai laikomas ugnikalnis, išsiveržęs istoriniais laikais, snaudžiančiu – priešistoriniais laikais, bet ne anksčiau kaip holoceno epochoje, tai yra, per pastaruosius 10-11 000 metų, o jeigu tai vyko dar seniau – užgesusiu. Bet visuotinio sutarimo šiuo klausimu nėra ir dažnai remiasi subjektyviu požiūriu, pavyzdžiui, kai kurie vulkanologai ugnikalnius su veikiančiomis fumarolėmis laiko aktyviais, o kiti – užgesusiais. Snaudžiančiais vadinami tie ugnikalniai, kurių išsiveržimas tikėtinas, o užgesusiais – kai išsiveržimas mažai tikėtinas. Akivaizdu, kad tokia klasifikacija nėra tiksli. Visų pirma, dėl „istorinio laikotarpio“ trukmės nesutaria netgi istorikai, tuo labiau, kad istorinio laikotarpio suvokimas kiekvienoje civilizacijoje yra skirtingas. Antra, įvairių tipų ugnikalnių išsiveržimų dažnumas skirtingas. Todėl mokslininkai remiasi ir tokiais kriterijais: jeigu ugnikalnis išmeta lavą, dujas bei kitus produktus ar vyksta žemės drebėjimai, jis laikomas aktyviu; jeigu jis nerodo jokio aktyvumo, bet išsiveržė per pastaruosius 10 000 metų, vadinamas snaudžiančiu; jeigu neišsiveržė per pastaruosius 10000 metų arba yra aiškiai išsekęs magmos tiekimas, vulkanas laikomas užgesusiu.
Ugnikalnio struktūra 1. Magmos židinys 2. Pamatinė uoliena 3. Stemplė 4. Papėdė 5. Silė (akloji atšaka) 6. Šoninė stemplė 7. Ugnikalnio išmestų pelenų sluoksniai 8. Šlaitas 9. Ugnikalnio išmestos lavos sluoksniai 10. Žiotys 11. Šoninis kūgis 12. Lavos srautas 13. Anga 14. Krateris 15. Pelenų debesisIš 500 aktyvių ugnikalnių kasdien veikia bent 10. Daugiausiai tai nedideli išsiveržimai, nekeliantys pavojaus žmonėms ir aplinkai.Ugnikalnių formosVisiems ugnikalniams, nepriklausomai nuo tipo ir formos, būdingi šie elementai:• viršūnės krateris – anga, pro kurią veržiasi lava;• magmos židinys (magmos kamera, magmos rezervuaras) – požeminis magmos šaltinis;• centrinė stemplė, jungianti magmos židinį su viršūnės krateriu.Pagal formą ugnikalniai skirstomi į stratovulkanus, vulkaninius skydus, šlako kūgius, plyšinius ugnikalnius, kalderas, lavos kupolas, bazalto dangas ir vulkaninius kompleksus. Prie šios grupės kartais priskiriami purvo vulkanai, poledynininiai ugnikalniai ir kt. StratovulkanasTai dažniausiai sutinkama ugnikalnio forma – aukštas kūginės formos kalnas su palyginti nedideliu krateriu. Stratovulkaną sudaro lavos ir kitų jo išmetamų produktų sluoksniai.Stratovulkanų šlaitai statūs, o išsiveržimai – audringi (paprastai Plinijaus tipo), kurių metu iš kraterio išmetama labai daug piroklastinių medžiagų. Kadangi šių ugnikalnių lava klampi, jos srautai nenuteka toli (kaip vulkaninių skydų), o kaupiasi ant šlaitų. Dauguma stratovulkanų aukštesni negu 2500 m., jie iškyla subdukcijos zonose, t.y. ten, kur viena litosferos plokštė nyra po kita.Stratovulkanų pavyzdžiai:• Popokatepetlis Meksikoje• Vezuvijus Italijoje• Kazbekas Kaukaze• Fudzijama Japonijoje• Erebusas Antarktidoje• Etna Sicilijoje• Pinatubas Filipinuose• Čimborasas Ekvadore• Krakatau IndonezijojeVulkaninis skydas
Mauna Loa panoramaVulkaninio skydo pavyzdžiai yra Havajai ir Islandija. Čia ugnikalniai išliejo milžiniškus bazaltinės lavos kiekius, kuri stingdama suformavo skydo pavidalo kalnus.Vulkaninių skydų lava yra labai karšta ir taki, jos srautai teka dideliais atstumais, todėl vulkaninių skydų šlaitai būna nuolaidūs. Didžiausias Žemėje vulkaninis skydas – 120 km skersmens Mauna Loa Havajuose – nuo Ramiojo vandenyno dugno iškilęs daugiau kaip 9 000 metrų. Aukščiausias Saulės sistemos kalnas, taip pat priklausąs šiai ugnikalnių kategorijai, yra Marso Olimpas (27 km aukščio ir 550 km skersmens).
Vulkaninių skydų pavyzdžiai:• Mauna Loa Havajuose• Mauna Kea Havajuose• Kilauea Havajuose• Erta Alė Etiopijoje• Teroras AntarktidojeŠlako kūgisŠlako kūgiai, arba vulkaniniai kūgiai, susidaro tada, kai ugnikalnis energingai išmeta daug smulkių šlako gabalų ir piroklastinių uolienų, kurie suformuoja stačiašlaitį nuo keliasdešimties iki kelių šimtų metrų aukščio kūgį. Jie gali iškilti kaip savarankiški ugnikalniai arba ant kaip šalutinės didesnių vulkanų angos. Skirtingai nuo stratovulkanų, dauguma šlako kūgių išsiveržia tik vieną kartą (paprastai Strombolio tipo).Šlako kūgių pavyzdžiai:• Parikutinas Meksikoje• Saulėdydžio krateris (Sunset Crater) ArizonojePlyšinis ugnikalnisPlyšinio ugnikalnio anga yra ne apvali ar ovali, bet kelių metrų pločio ir iki kelių kilometrų ilgio plyšys. Lava iš jos liejasi be sprogimų, ramiai. Šie ugnikalniai nesuformuoja kalderų.Milžiniški plyšiniai ugnikalniai veikė prieš 120 mln. metų Paranos regione dabartinėje Pietų Amerikoje, kuriame įvyko bazaltinės lavos išsiveržimas, užliejęs apie 750 000 km² ir dabartinėje Namibijoje, Afrikoje. Čia susidaręs Valvio karštasis taškas išgaubė Žemės plutą, kuri suskilinėjo plyšiais ir ėmė ėmė veržtis dideli magmos kiekiai. Tai paskatino žemyninio masyvo skilimą į Pietų Ameriką ir Afriką. Šiuo metu karštasis taškas yra po Tristano da Kunjos sala Atlante.KalderaKalderos formos ugnikalnis susiformuoja, kai lavos išsiveržimas ištuština magmos židinį, ir ugnikalnis įsmunka į susidariusią ertmę. Vėliau šią įdubą dažnai užpildo vanduo, ir susidaro apvalus ežeras.Kalderos tipo ugnikalnių pavyzdžiai:• Ngorongoras Afrikoje• Toba Indonezijoje• Zavarickio kaldera KuriluoseLavos kupolasLavos kupolas susiformuoja tada, kai dauguma ugnikalnio dujų išsiskiria išsiveržimo pradžioje, ir klampi, daug silicio turinti lava nepakankamai stipriai stumiama iš vulkano stemplės. Tada ji lėtai suteka atgal į kraterį, sudarydama kupolo formos kamštį. Procesas gali tęstis daug mėnesių ar net metų.
Lavos kupolai būna aukšti ir palyginti nestabilūs. Jeigu jie įgriūna dar neužgesę, susiformuoja piroklastiniai srautai, niokojantys apylinkes. Daugumą lavos kupolų sugriauna galingi išsiveržimai. Vienas iš tokių katastrofiškų įvykių – Kankinių kalvos Montserato saloje išsiveržimas 1995 m, visiškai sunaikinęs Plimuto miestą.Lavos kupolų pavyzdžiai:• Mono krateris Kalifornijoje• Panumo krateris Kalifornijoje• Merapis IndonezijojeBazalto dangaDidelio masto bazaltinės lavos išsiveržimas. Šiam tipui priklauso Vidurio Sibiro plokščiakalnis, kurį prieš 250 mln. metų suformavo ~1,5-4 mln. km³ lavos išsiveržimas, užliejęs apie 7 mln. km² (dabar likę apie 2 mln. km²), sukėlęs, kaip manoma, didelio masto klimato pokyčius.Vulkaninis kompleksasVulkaniniu kompleksu vadinamas ugnikalnis, turintis kelių ugnikalnių požymius. Tarkime, stratovulkanas gali tapti vulkaninių kompleksu, užpildamas kitus šalia esančius ugnikalnius, suformuodamas šoninius kraterius, labai padidindamas kalderą, kurioje savo ruožtu formuojasi lavos kupolai ir šlako kūgiai.Vulkaninių kompleksų pavyzdžiai:• Unzenas Japonijoje• Edziza Kanadoje• Asama JaponijojeSupervulkanasTaip vadinami ugnikalniai, suformavę itin dideles kalderas ir potencialiai galintys pratrūkti milžiniško masto išsiveržimais, kurių metu į atmosferą išmetama keli šimtai ar tūkstančiai kubinių kilometrų medžiagos.Supervulkanų pavyzdžiai:• Jeloustouno kaldera,• Taupas Naujojoje Zelandijoje• Toba SumatrojePovandeniniai ugnikalniaiVeržiasi vandenynų dugne. Negiliai veikiančius povandeninius ugnikalnius išduoda į paviršių prasimušančios dujos, garai ir akmeningi produktai. Didelėje gelmėje išsiveržiantys povandeniniai ugnikalniai aptinkami hidrofonais arba pagal vandens spalvos pakitimus (dėl vulkaninių dujų poveikio). Kadangi vanduo greitai atvėsina išsiveržusią magmą, susiformuoja ne dideli kūgiai, būdingi sausumos ugnikalniams, o stačiašlaitės kolonos.Išsiveržimo mechanizmasUgnikalniai išsiveržia nevienodai: vieni labai energingai, per trumpą laiko tarpą šimtuose kvadratinių kilometrų sunaikindami visa kas gyva; kiti lieja lavą po truputį, bet labai ilgai. Svarbiausia jėga, kelianti lavą aukštyn, yra dujų slėgis. Po Žemės pluta esanti mantija yra pusiau išsilydžiusi ir sukaupusi daug ištirpusių dujų, bet slėgiui nors kiek sumažėjus, dujos ima plėstis, virsdamos burbuliukais, ir veržtis mažesnio slėgio kryptimi, t.y. aukštyn, į paviršių, kartu nešdamos įkaitusią lavą. Magmoje esančių dujų slėgis taip pat auga, kai magma vėsdama ima kristalizuotis. Abiem atvejais šios magmos tankis, lyginant su aplinkine magmą, pasidaro mažesnis, ir ji pasielgia kaip šampanas, atkimšus butelį, – putodama veržiasi lauk.
Išsiveržimo pobūdis daugiausiai priklauso nuo dujų kiekio ir magmos klampumo. Jei magma labai klampi, dujos nuveikia didelį darbą, stumdamos ją aukštyn. Šiuo atveju išsiveržimas būna energingas, išmetama daug kietųjų produktų. Jeigu lava neklampi, dujos lengvai ištrūksta į paviršių, irlava veržiasi ne taip galingai. Reikia turėti galvoje, kad vieno išsiveržimo metu jo pobūdis gali keistis.Ugnikalnių išsiveržimo produktaiUgnikalnių išsiveržimo produktai skiriasi savo agregatiniu būviu, chemine sudėtimi, temperatūra, o taip pat poveikiu, kurį daro atmosferai, hidrosferai ir litosferai. Išskiriami dujiniai, skysti ir kieti ugnikalnių išsiveržimo produktai.Dujiniai produktaiVulkaninių dujų sudėtis priklauso nuo ugnikalnio vietos, o taip pat nuo išsiveržimo fazės. Apibendrintais duomenimis vulkaninėse dujose yra druskos rūgšties, fluoro rūgšties, sieros dioksido, sieros trioksido, sieros vandenilio, dujinės sieros, anglies monoksido, vandenilio, azoto, metano, amoniako, boro rūgšties ir anglies dioksido. Dujų temperatūra virš vulkano gali siekti 600-800°C, o lavoje – daugiau nei 1000°C.LavaLavoje yra žymiai mažiau ištirpusių dujų nei magmoje. Pagal SiO2 kiekį išskiriamos šios lavos rūšys:• bazinė lava, šios lavos dengia okeanų dugną, nors pasitaiko ir sausumoje. Šios lavos išsiveržimai vyksta palyginus ramiai, be sprogimų;• vidutinė lava;• rūgšti lava, kuri yra labai klampi, todėl išsiveržimo metu dujos sunkiai išsiskiria ir vyksta dideli sprogimai.Kietieji produktaiKieti vulkanų išsiveržimo produktai yra:• vulkaniniai pelenai,• vulkaninis smėlis,• lapilis,• vulkaninės bombos.Išsiveržimų klasifikacijaPlinijaus tipoPavadinta Plinijaus jaunesniojo, aprašiusio katastrofišką 79 m. Vezuvijaus išsiveržimą garbei. Plinijaus tipo išsiveržimo metu liejasi dideli lavos kiekiai, milžinišku greičiu (keli šimtai metrų per sekundę) išmetamos dujos ir daug piroklastinės medžiagos. Pelenai gali iškilti į keliasdešimties kilometrų aukštį, dideli pemzos kiekiai nukloja ugnikalnio apylinkes, o greitai srūvanti lava suniokoja augmeniją. Trumpalaikiai išsiveržimai aprimsta per vieną dieną, o stipresni gali trukti ištisus mėnesius. Labai stiprūs išsiveržimai suardo ugnikalnio viršūnę. Didelių ir niokojančių Plinijaus tipo išsiveržimų pavyzdžiai:• Tera (dabartinis Santorinas, ~1500 m.pr.Kr.• Vezuvijus 79 m.• Krakatau 1883 m.• Šv.Elenos kalnas 1980 m.Strombolio tipoŠie išsiveržimai nėra stiprūs, juos lydi kelias sekundes trunkantys sprogimai, išmetantys karštų dujų ir kietos medžiagos, bet jų jėga toli gražu neprilygsta Plinijaus tipo išsiveržimams, nes lava išmetama tik į keliolikos-keliasdešimties metrų aukštį. Išsiveržimus dažniausiai lydi stiprus garsas. Pavadinimas kilęs nuo Strombolio salos Tirėnų jūroje.Vulkano tipoŠiems išsiveržimams, kaip ir Strombolio tipo, būdinga daug nedidelių sprogimų, bet išmestų produktų stulpas, kurį sudaro piroklastinės medžiagos, paprastai būna aukštesnis. Vulkaniniai išsiveržimai išsiviedžia daug maždaug futbolo kamuolio dydžio piroklastinių bombų. Lavos srautų dažniausiai nebūna.Havajų tipoAlternatyvus pavadinimas – plyšinio tipo. Tokio išsiveržimo metu skysta ir labai karšta (paprastai bazaltinė) lava liejasi ramiai, be sprogimų ir pasklinda dideliame plote. Ji gali lietis pora būdų – „ugnies užuolaidomis“, kai raudonai įkaitusi lava ištisas valandas ar paras pro plyšius trykšta iki keliasdešimties metrų aukštumo fontanais, arba suformuodama lavos ežerus. Išsiveržimo pavadinimas kilęs nuo Havajų ugnikalnių (Mauna Loa, Mauna Kea ir kt.), kuriems būdingi tokio tipo išsiveržimai.Surtsėjaus tipoAlternatyvus pavadinimas: hidrovulkanai. Vyksta sekliuose vandenyse. Išsiveržimus lydi sprogimai, nes į kraterį patekęs vanduo virsta garais. Pavadinimas kilęs nuo Surtsėjaus salos greta Islandijos, kurią 1967 m. suformavo 130 m. gylyje 1963 m. išsiveržęs povandeninis ugnikalnis.