Nowe spojrzenie na mechanikę strumieni lawy w Kilauea na Hawajach

Image: Ars Technica · Source

Badania US Geological Survey nad niedawnymi erupcjami Kilauea dostarczają wskazówek do przewidywania strumieni lawy i sugerują, że siłę tych fontann napędzają procesy parowe, a nie piana dwutlenku węgla.

Spektakularne fontanny lawy wulkanu Kilauea na Hawajach od dawna fascynują wulkanologów, jednak siły napędzające te strumienie stopionej skały sięgające setek metrów wysokości pozostają częściowo owiane tajemnicą. Niedawne erupcje stworzyły bezprecedensową okazję do badania i lepszego zrozumienia tych dramatycznych zjawisk wulkanicznych.

Kilauea, najmłodszy i najbardziej aktywny wulkan na Hawajach, zazwyczaj wykazuje wolno płynące strumienie lawy. Jednak od 1823 roku doświadczył zaledwie trzech epizodów fontann lawy. Po potężnej erupcji w 2018 roku, która częściowo opróżniła podziemny zbiornik magmy, naukowcy z US Geological Survey (USGS) prowadzili intensywne monitorowanie tego miejsca, korzystając z sieci 35 stacji wyposażonych w czujniki sejsmiczne, infradźwiękowe, geodezyjne, gazowe oraz kamery termalne i wizualne.

Od 2019 roku zbiornik magmy pod Kilauea zaczął się powoli napełniać, by następnie przyspieszyć znacznie do 2023 roku, powodując rosnącą inflację wierzchołka, początkowo o 22 centymetry rocznie, a potem o 57 centymetrów. W 2024 roku nastąpiła seria trzęsień ziemi, gdy otworzyła się szczelina długości 900 metrów, wyrzucając fontanny lawy sięgające 160 metrów przez 13 godzin. Niedługo potem nastąpiła druga erupcja. W kolejnym miesiącu USGS odnotował 52 kolejne fontanny, niektóre wyrzucające lawę ponad 400 metrów wysokości.

Kluczowe ustalenia z tych wydarzeń obejmowały możliwość przewidywania momentu erupcji poprzez monitorowanie nachylenia wierzchołka Kilauea. Każda erupcja powodowała szybkie zapadanie się wierzchołka i była następowana stopniowym napełnianiem zbiornika magmy. Kolejne erupcje miały miejsce, gdy pomiary nachylenia wierzchołka osiągały podobne progi, co pozwoliło na lepsze prognozowanie alarmów erupcyjnych mimo braku wyraźnych znaków sejsmicznych tuż przed aktywnością fontann.

Jeśli chodzi o mechanizmy napędzające te fontanny lawy, istnieją dwie główne hipotezy. Jedna przypisuje fontanny parze wytwarzanej, gdy woda w zbiorniku magmy dociera do płytszych głębokości i gwałtownie przechodzi w parę, fragmentując magmę i wyrzucając ją ku górze. Alternatywna teoria wskazuje na dwutlenek węgla tworzący pianę na powierzchni komory magmowej, która nagle uwalnia gaz napędzający fontanny.

Dane z niedawnych erupcji wykazały niskie poziomy dwutlenku węgla przez cały cykl erupcyjny, co osłabia poparcie dla teorii piany. Poziomy dwutlenku siarki wzrosły podczas erupcji, ale były ogólnie wysokie, wskazując na ciągłe uchodzenie gazów z magmy, z nasileniem aktywności podczas fontann. Dowody te przemawiają na korzyść modelu erupcji napędzanej parą, choć nadal niejasne jest, dlaczego stałe procesy nagle przechodzą w fontanny.

Analiza chemiczna próbek magmy wykazała zmieniające się poziomy tlenku magnezu, odzwierciedlające zmiany temperatur zgodne z cyklami wyczerpywania i uzupełniania magmy. Inne tlenki wzrastały z czasem, sugerując pojawienie się nowej magmy o innej chemii.

Mimo szerokiego wykorzystania instrumentów pozostają wyzwania, zwłaszcza w próbkowaniu gazów, utrudnionym przez interferencję w podczerwieni podczas fontann lawy oraz zagrożenia bezpieczeństwa ze względu na wysokie strumienie lawy. Jedna kamera uległa zniszczeniu podczas rejestrowania z bliska spadającej stopionej skały.

Kilauea nadal służy jako potężne naturalne laboratorium do wyjaśniania dynamiki erupcji wulkanicznych. Chociaż ostatnie badania stanowią znaczący krok naprzód w zrozumieniu i prognozowaniu fontann lawy, wiele pozostaje do poznania, by w pełni odsłonić tajemnice tych ognistych spektakli.

(Źródło naukowe: badania USGS opublikowane w Science, październik 2026, DOI: 10.1126/science.aef2931)