Sopka alebo vulkán je geomorfologický útvar vytvorený magmou vystupujúcou na zemský povrch (kde sa nazýva láva), prípadne pod vodou alebo ľadom. Na Zemi sa sopky vyskytujú pozdĺž hraníc tektonických platní a v takzvaných horúcich škvrnách. Názov vulkán je odvodený od názvu sopky Vulcano v Tyrrhenskom mori, prenesene od rímskeho boha Vulkána. Veda, skúmajúca sopečnú činnosť, sa nazýva vulkanológia.
Iné formy sú bahnové sopky (tieto, až na pár výnimiek nesúvisia so sopečnou činnosťou) a ľadové sopky (vyskytujú sa na niektorých mesiacoch slnečnej sústavy – Europa, Enceladus, Triton, Titan).
Príčiny a výskyt sopečnej činnosti
Schéma stratovulkánu: 1. magmatický kozub, 2. pôvodná geologická stavba, 3. prívodný komín, 4. základňa sopky, 5. sill, 6. žila, 7. popolové vrstvy, 8. úbočie sopky, 9. lávové vrstvy, 10. hrdlo, 11. parazitický kráter, 12. lávový prúd, 13. ústie, 14. sopečný kráter, 15. popolový mrak
Roztavená hornina sa nazýva magma. Tvoria ju spravidla viaceré zložky, ktoré majú plynné, kvapalné aj pevné skupenstvo.[1] Magma, ktorá vystúpi na povrch, sa označuje láva. Tak ako väčšina procesov vnútri Zeme, aj dynamika magmy je zle preskúmateľná priamymi pozorovaniami. Napriek tomu je však známe, že erupcia môže nasledovať po prechode magmy cez kôru pod sopku, kde vypĺňa miesto, zvané magmatický kozub.
Vznik magmy súvisí so stavbou Zeme, hlavne s plášťom a zemskou kôrou, ktorá leží nad ním. Zemský plášť by mal mať zloženie zodpovedajúce z 3/4 hornine, ktorá sa volá peridotit, a z 1/4 bazaltu. Plášť je väčšinou v tuhom skupenstve a magma sa v ňom tvorí len zriedka, ak dôjde k jeho nahriatiu, ktoré presiahne teplotu tavenia minerálov v jeho horninách. Termálne prúdy poháňajúce tektonické platne môžu spôsobiť takéto nahriatie plášťa, ktoré potom spôsobí preteplenie oblasti v nadložnej zemskej kôre. Miesto preteplenia plášťa sa nazýva plášťová anomália. Magma (tavenina), ktorá pri takomto preteplení vzniká, je ľahšia ako okolité horniny a má preto tendenciu prenikať smerom nahor. Nezriedka sa pri prechode kôrou výrazne pozmení v dôsledku vzájomného pôsobenia s horninami, cez ktoré preniká. Magmatický kozub, ktorý je zásobníkom magmy, môže mať rôznu pozíciu v závislosti od toho, či sa nachádza v kôre kontinentov alebo oceánov. V kontinentálnej litosfére, ktorá je hrubšia, ale ľahšia, zvyknú vznikať magmatické kozuby v hĺbke okolo 20 – 30 km V oceánskej litosfére, ktorá je ťažšia, ale tenšia, sa umiestňujú v hĺbke 60 – 80 km. Keď sa magma prenikajúca z plášťa zastaví v magmatickom kozube, dochádza v oblasti spodnej kôry k takzvanému podstlaniu (angl. underplating). Horúca magma bazaltového zloženia, pochádzajúca z plášťa, natavuje nadložné kôrové horniny, dochádza k frakčnej kryštalizácii za vzniku redšej taveniny, ktorá sa zastaví asi 7-8 km hlboko. Aj v tejto oblasti sa magma ďalej diferencuje.
Výstup magmy z kozuba na povrch môže byť pokojný – efuzívny, alebo môže mať explozívny charakter (ak dôjde k rýchlemu poklesu teploty, z magmy sa rýchlo uvoľnia rozpustené plyny, čo vyvolá obrovský tlak, prípadne je tento tlak spôsobený premenou vody z okolia výstupu na vodnú paru). Produktmi efuzívnej erupcie sú hlavne lávové prúdy, pri explozívnej sa pridávajú rôzne vulkanoklasty (sopečný popol, pemza, sopečne bomby).
Pravdepodobne najznámejším sopečným útvarom je kráter. Je to približne kruhový útvar, v strede ktorého ústi sopečný komín. Môže nadobúdať veľké rozmery, ak sa dôsledkom silnej erupcie prepadnú jeho steny, tak sa nazýva kaldera. Z krátera je magma vyvrhovaná do okolia. Kráter je obvykle umiestnený na vrchole sopky, sopka má často tvar kužeľovej hory.
Ak je sopka príliš vysoká, niekedy sa tvoria parazitické (bočné) krátery na úbočiach. Ďalšie sopečné útvary sa dajú objaviť po erodovaní vrchných vrstiev sopky – rôzne lávové žily (nazývané dajky, alebo neky), dómy, jaskyne vytvorené sopečnými kanálmi, a mnoho iných.
Sopky sa môžu vyskytovať vo všetkých bežných tektonických prostrediach. Podstatná časť vulkanizmu je však viazaná na stredooceánske chrbty a ostrovné oblúky.
Na hraniciach dvoch rozchádzajúcich sa platní sa vulkanizmus vyskytuje najčastejšie (asi 75% objemu všetkých vulkanitov). Horniny, ktoré vznikli týmto spôsobom, tvoria asi 2/3 zemského povrchu. Ak sa vzďaľujú dve oceánske platne, väčšinou sa to odohráva pod hladinou oceánov na stredooceánskych chrbtoch. Na hranici rozchádzajúcich sa platní magma ľahko preniká cez oslabenú kôru a na povrch sa dostáva systémom zlomov v stredooceánskom chrbte. Výstup magmy tu prebieha z veľkých hĺbok (až z hranice plášťa), magmy, ktoré tu vznikajú, však majú pomerne jednotvárne bazaltové zloženie. (Nazývajú sa primitívne a označujú sa skratkou MORB – Mid-Ocean Ridge Basalt). Keďže vulkanizmus na divergentných okrajoch oceánskych platní je väčšinou podmorský, na povrchu ho možno pozorovať iba veľmi zriedkavo, napr. na ostrove Tristan da Cunha alebo Islande. Bežným sprievodným prejavom sopečnej aktivity v tomto prostredí je vysoká hydrotermálna aktivita, ktorej typickým predstaviteľom sú čierni fajčiar
Pri strete dvoch platní je sopečná činnosť tiež veľmi častá. Pri poklese (subdukcii) oceánskej platne pod inú platňu (s oceánskou, alebo kontinentálnou kôrou) dochádza približne v hĺbke 100 km k jej zahrievaniu a následnej dehydratácii. Uniknutá voda v podobe pary prestupuje okolitým plášťom, ktorý má iné zloženie ako oceánska kôra. Vysoký tlak a teplota vodnej pary zapríčiňuje parciálne tavenie okolitých hornín. Magmy tohto typu sa nazývajú vápenato-alkalické (podľa ich zloženia), majú vysokú viskozitu, obsahujú veľa rozpustených plynov a ich erupcie sú často veľmi explozívne. Môžu mať rôzne zloženie, od bazaltov cez andezity, dacity až po ryolity. Pre konvergenciu dvoch platní sú typické vulkanické ostrovné oblúky. Napriek tomu, že sopky ostrovných oblúkov sú na Zemi najbežnejšie, vytvárajú len okolo 10 – 20 % celkovej sopečnej aktivity. Medzi známe sopky konvergentných okrajov patrí Farallon de Pajaros v Severných Mariánach. Dnes už nečinnými sopkami tohto typu boli aj sopky slovenského Vihorlatu a Slanských vrchov.
Vnútroplatňový vulkanizmus zahŕňa rôzne typy vulkanizmu, ktorý sa nevzťahuje k pohybom na okrajoch platní popísaných vyššie. Patrí sem vulkanizmus horúcich škvŕn a riftových zón.
Princípom a príčinou vulkanizmu horúcich škvŕn je vo výstup horúcich magmových diapírov priamo z plášťa cez zemskú kôru. Plášťové diapíry sú zdrojom taveniny, ktorá podstieľa litosféru, nemožno si ich však predstavovať ako jednoduché bodové zdroje tepla. Parciálne tavenie v diapíroch vo vrchnom plášti má za následok vznik veľkých objemov magmy obyčajne bazaltového zloženia. Horúce škvrny sú tiež zrejme dôležitým činiteľom pri rozpadoch superkontinentov. Klasickým príkladom sú Havajské ostrovy, ktoré boli vytvorené horúcou škvrnou pod Tichým oceánom podobne ako Galapágy. Ďalší dobrý príklad je Yellowstone[9]. Island ako produkt takéhoto vulkanizmu je trochu zložitejší príklad, pretože tu sa nachádza kombinácia horúcej škvrny a divergentného okraja, tým pádom je chemické a minerálne zloženie magiem odlišné. Medzi vnútroplatňové vulkanity možno radiť i rozsiahle erupcie platóbazltov, ktorých spôsob vzniku je zrejme príbuzný vulkanitom viazaným na horúce škvrny. Známe sú z Jávy alebo Dekanskej plošiny.
Počiatočné štádium rozpadu kontinentov je tiež sprevádzané vulkanizmom, ktorý je viazaný na riftové zóny. Magma z plášťa tu musí prechádzať hrubou kontinentálnou kôrou pri čom sa mení jej primitívne zloženie. Vulkanity riftových zón majú väčšinou alkalický charakter. Nachádzajú sa tu nielen primitívne bazaltové lávy (bazalty, bazaltické andezity), trachyty ale aj prechodné a kyslé magmy (ryolity). Niektoré majú veľmi netradičné zloženie napr. karbonatity. Veľké odlišnosti v zložení láv sú zapríčinené prítomnosťou kontinentálnej kôry, čo spôsobuje modifikáciu primitívnych magiem. Typickým príkladom vulkanizmu riftových zón sú sopky v okolí Východoafrickej priekopovej prepadliny.
Sopky (alebo sopečná činnosť) sa rozdeľujú podľa viacerých faktorov:
- podľa eruptovaného materiálu
- podľa priebehu erupcií
- podľa tvaru
- podľa aktivity
Rozdelenie erupcií na základe typu materiálu je jedno z najčastejších rozdelení. Ak magma obsahuje veľa (>65 %) oxidu kremičitého, nazýva sa felzická. Felzické lávy sú veľmi viskózne a eruptujú v podobe dómov, alebo krátkych lávových prúdov, najčastejším tvarom sopky je stratovulkán. Tento typ vulkanizmu je veľmi explozívny, nakoľko viskózna magma v sebe zadržiava veľký obsah fluíd (plynov). Častý je aj výskyt pyroklastických prúdov, obsahujúcich rozžeravené častice (až 800 °C) a plyny. Tieto prúdy sa pohybujú veľkou rýchlosťou po svahu sopky a ničia všetko, čo im stojí v ceste. Dobrým príkladom je sopka Pelée v Karibiku, alebo Pinatubo na Filipínach.
Na druhej strane, opačný prípad sú erupcie magiem, obsahujúcich malé množstvá SiO2 (<45 %), nazývané aj mafické. Magma tohto typu obsahuje málo rozpustených plynov a jej viskozita je oveľa menšia. Lávy tvorené z mafickej magmy majú tendenciu tiecť dosť rýchlo a sú vyvrhované bez extrémnych výbuchov. Sopky s takýmto typom magmy sa nazývajú štítové, klasický vzor sú havajské sopky Mauna Loa a Kilauea.
Podľa objemu, správania eruptujúcej lávy a vonkajších prejavov erupcie rozlišujeme nasledujúce typy:
- havajská (pokojná erupcia tekutej lávy)
- vulkánska (vyvrhovanie kusov pevnej lávy – lávových balvanov a tvorba popolového mraku tvaru karfiolu)
- strombolská (pravidelné chrlenie žeravej hmoty z krátera)
pélejská (prúdy rozžeravených častíc, pohybujúcich sa dolu svahom sopky)
plínijská (explozívna erupcia s obrovským pracho-popolovým mrakom)
Formy a stavba sopiek
Štítový vulkán: Sopky produkujúce veľké množstvá rýchlo tečúcich láv s nízkou viskozitou budujú hory tvaru štítu, často s viacerými kalderami rôzneho veku. Tvoria ich väčšinou mafické horniny ako sú bazalty alebo trachyty. Takéto sopky majú širokú základňu a nízky uhol náklonu úbočia. Lávové prúdy dosahujú značnú dĺžku. Jeden z najdlhších lávových prúdov – 120 km v priemere vyprodukovala sopka Mauna Loa na Havaji. Havajské ostrovy sú veľmi názorným príkladom štítových vulkánov. Mauna Loa je vôbec najväčšia sopka na Zemi, s celkovým objemom 74 000 km³. Štítový vulkán je aj Olympus Mons, najvyššia hora v slnečnej sústave. Menšie verzie štítových vulkánov sú lávové kužele alebo lávové kopy.
Troskové a lávové kužele: Troskovými (alebo pyroklastickými) kužeľmi sa označujú menšie (40 – 400 m vysoké) sopky nadobúdajúce tvar kužeľa, ktoré sú tvorené explozívnymi erupciami trosiek a pyroklastík. Ich výška je oproti iným formám malá, obvykle sa stávajú neaktívnymi po krátkej dobe. Niekedy eruptujú len raz. Lávové kužele sú tvorené prevažne bazaltovou, veľmi mobilnou lávou, ktorá sa rýchlo rozteká po okolí. V rámci lávových kužeľov sú rozoznávané dva typy. Islandský typ, ktoré sú spravidla len niekoľko stoviek metrov vysoké, zatiaľ čo kužele havajského typu môžu mať priemer až 400 km a dosahovať výšku 9 000 m odo dna mora.
Stratovulkány: Nazývajú sa aj kompozitné alebo vrstevnaté vulkány sú vysoké vrchy (napr. Andské sopky patria medzi najvyššie na Zemi), ich stavba je tvorená striedaním sa vrstiev pyroklastík a lávových prúdov. Častým typom sú explozívne erupcie, nakoľko magma je viskóznejšia, čo vlastne tiež zodpovedá ich tvaru, láva nemá tendenciu roztekať sa doďaleka ako pri štítových sopkách a stuhne už na svahu. Stratovulkánmi je tvorený sopečný pás okolo celého Pacifiku, ktorý sa nazýva aj Ohnivý kruh. Dobrým príkladom takéhoto typu sopiek je Fudžisan v Japonsku. V súčasnosti už neaktívne sopky, ktoré sa na území Slovenska a okolitých krajín vytvárali v priebehu neogénu, tiež vulkanológovia považujú za stratovulkány.
Supervulkán: Termínom supervulkán sa zvyknú označovať obrovské sopky, ktorých erupcie boli zničujúce, často mali dopad na celý kontinent (spôsobili aj klimatické zmeny na celej Zemi). Ako supervulkán sa označuje kaldera už neaktívnej sopky v Yellowstonskom národnom parku, prípadne sopka Krakatoa v Indonézii.
Podmorské vulkány: Podmorský vulkanizmus je hlavný fenomén stredooceánskych chrbtov. Väčšina erupcií je nepozorovateľná na hladine, dajú sa detegovať hydrofónmi. Častá forma sú príkre stĺpy, len ojedinele sa tvoria sopečné ostrovy. Charakteristický tvar lávových prúdov sú tzv. pillow (poduškové) lávy.
Subglaciálne vulkány: Subglaciálne sopky sú sopečné formy, ktoré eruptujú pod ľadovou pokrývkou. Vyskytujú sa v Antarktíde a na Islande, z minulosti sú známe aj z Kanady. Charakteristické pre ne je zarovnaný vrchol a terasovité svahy. Topiaci sa sneh a ľad rýchlo ochladzujú lávu, preto sú výsledné štruktúry lávových prúdov podobné štruktúram podmorských vulkánov. Pre svoj tvar sa niekedy nazývajú aj tabuľové hory, v Britskej Kolumbii je zaužívaný lokálny názov tuya.
Vulkanické dómy a ihly: Menej pohyblivé, kyslé lávy niekedy vytvárajú kumulodómy, či tholoidy, telesá rôznej veľkosti väčšinou sa nachádzajúce priamo vo vulkanickom kráteri. Niekedy môžu byť vytlačené expandujúcou lávou, vulkanickými plynmi a vodnými parami, do rôznych výšok nad samotný kráter. Tieto formy môžu vznikať aj pomerne rýchlym vytlačením z krátera, rýchlosťou i niekoľko desiatok metrov za deň. Podobným spôsobom vznikajú aj vulkanické ihly, obvykle bizarných tvarov. Všetky tieto telesá sú pokračujúcou aktivitou sopky obvykle zničené.
Kaldery: Výbuchom, alebo prepadnutím sopečného kužeľa, v dôsledku vyprázdnenia magmatickej komory, vznikajú kotlovité priehlbiny často značných rozmerov, označované ako kaldery. Sú známe z prejavov suchozemskej ako i podmorskej sopečnej činnosti. Kaldery sú typickou súčasťou zrelých vulkanických kužeľov. Kolapsové kaldery svojimi rozmermi prevyšujú rozlohu predošlých kráterov, ich vznik je veľmi deštruktívny a patrí medzi najzničujúcejšie fenomény na zemskom povrchu. Okrem kolapsových kalder, sú známe aj explozívne a erózne kaldery.
Maary: Zvláštnym druhom kráterov zaplavených vodou sú maary. Väčšinou sa nachádzajú v skupinách, 2 a viac pohromade. V dôsledku prítomnosti vody majú pomerne explozívne erupcie sprevádzané silnými výronmi pár.
Lineárne erupcie
Druhým typom vulkanických erupcií sú tie, ktoré prenikajú na povrch pozdĺž plôch puklín a zlomov. Tento typ erupcí sa predpokladá v kontinentálnej ako i oceánskej kôre. Na kontinentoch k nemu prináležia rozsiahle výlevy platóbazaltov, tiež známe ako trapy. Tieto výlevy dosahujú rozlohu tisícov kilometrov štvorcových a hrúbky tisíce metrov.
Významným prejavom vulkanizmu vo všeobecnosti sú erupcie riftových zón a osových častí stredooceánskych chrbtov. Riftový systém dnešných oceánov má dĺžku okolo 70 000 km. V dôsledku vzďaľovania oceánskych platní na stredooceánskych chrbtoch do priestoru medzi nimi neustále vniká nová magma, tvorená najmä bazaltami (tzv. N-MORB).
Areálne erupcie
Ak sopečná aktivita preukázateľne nie je sústredená dlhšiu dobu na jednom mieste ale postupne mení polohu, označuje sa ako areálna. Aktivita sopiek, ktoré sú súčasťou areálneho vulkanizmu je prevažne krátkodobá. Niekedy sú vulkány tohto typu rozmiestnené v jednej línii, no môžu sa nachádzať i v nepravidelných skupinách, ktoré majú spoločný pôvod.
Aktivita
Medzi vulkanológmi neexistuje všeobecný konsenzus na definovanie toho, či je sopka aktívna. Problém je v tom, že čas medzi jednotlivými erupciami nie je pravidelný.
Vedci pokladajú sopku za aktívnu, ak počas nedávnej histórie aspoň raz eruptovala (čo nie je jednoznačné, pretože rozličné inštitúcie daný čas definujú rôzne – od 200 až po 10 000 rokov). Takisto sa za aktívnu označuje sopka s práve prebiehajúcou erupciou alebo so zvýšenou aktivitou (únikom) plynov z krátera, príp. s výskytom častých zemetrasení.
Ako spiaca sa označuje sopka, ktorá bola síce aktívna, ale momentálne žiadne známky aktivity nejaví.
Vyhasnutá, alebo neaktívna je taká sopka, pri ktorej sa vedci zhodli, že už nikdy nebude eruptovať (t. j. nejaví žiadne známky aktivity spomínané vyššie).
Toto rozdelenie niekedy prináša kuriózne situácie. Napríklad už spomínaná sopka v Yellowstone naposledy eruptovala pred viac ako 10 000 rokmi, ale keďže v danej oblasti sú ešte stále aktívne zemetrasenia a hydrotermálna činnosť, tak by sa mala považovať za aktívnu (spiacu). Prípadne vrch Puy de Dôme vo Francúzskom stredohorí, aj keď posledná erupcia prebehla v roku 5760 pred Kr. by tiež mala byť stále považovaná za aktívnu.
Svet už zažil viacero tragédií, keď boli zničené mestá pri výbuchu sopky považovanej za vyhasnutú. Najstaršia je azda tragédia, ktorá sa odohrala v antických Pompejách, kde výbuch Vezuvu, do vtedy považovaného za neaktívnu sopku, zničil mesto Pompeje, ako aj ďalšie mestá v okolí.
Sopečná činnosť môže nadobúdať rozličné formy:
efuzívne erupcie (bazaltové magmy)
explozívne erupcie vysokoviskóznej magmy (ryolitové magmy)
freatické erupcie (explozívne erupcie s veľkým obsahom vodných pár)
pyroklastické prúdy
laháry
emisie plynov (CO2, SO2 a iné)
Vyvrhovanie magmy z krátera a emisie plynov sú dobre pozorovateľné fenomény sopečnej činnosti.
Prvá z nich, vyvrhovanie magmy, môže byť pokojná, vtedy hovoríme o efuzívnej erupcii. Takto vyvrhovaná magma má nízku viskozitu a nízky obsah rozpustených plynov. Spravidla sú to erupcie bazaltov (Havajské ostrovy, Island). Opakom je explozívna erupcia – vtedy vyvrhovanie sprevádza vyletovanie väčších (hovoríme im aj sopečné bomby), alebo menších (pyroklasty) úlomkov žeravej lávy z krátera. Nastáva, ak je vplyvom vysokých teplôt a tlakov vnútri Zeme v magme vysoký obsah rozpustených plynov. Pri výstupe zo sopečného komína dochádza k zníženiu tlaku, čo vyvolá mechanizmus podobný otvoreniu sódovkovej fľaše, rozpustené plyny sa rýchlo uvoľnia a spôsobia explóziu. Takýto typ erupcie sa vyskytuje v aktívnych (konvergentných) okrajoch tektonických platní.
K explozívnym erupciám zaraďujeme aj freatické erupcie. Nastávajú, ak magma pri svojom výstupe narazí na väčší objem vody (povrchovej, alebo podzemnej). Vplyvom vysokých teplôt sa voda okamžite mení na paru a spôsobí explóziu vodných pár, prachu, skál a vulkanických bômb.
Sopečná erupcia sa prejavuje aj emisiou obrovského množstva plynov do ovzdušia. Ich zloženie je rôzne, líši sa od jedného vulkánu k druhému. Najväčší výskyt majú vodné pary, potom oxid uhličitý (CO2) a oxid siričitý (SO2). Ďalšími sopečnými plynmi sú sulfán (H2S), chlorovodík (HCl) a fluorovodík (HF).
Veľké, explozívne erupcie vyvrhujú spomínané plyny spolu so sopečným prachom až do stratosféry (~20 km nad povrch Zeme), čo ovplyvňuje počasie na Zemi: oxid siričitý sa mení na aerosól kyseliny sírovej (H2SO4) a ten zvyšuje albedo Zeme. HCl a HF sa rozpúšťajú vo vode a padajú naspäť na Zem v podobe kyslých dažďov. Vulkanickou aktivitou sa do ovzdušia uvoľňuje ročne 145 – 230 miliónov ton oxidu uhličitého.
Pyroklasitcké prúdy sú fluidizované zmesi žeravého prachu, plynov a popola (teplota až 800 °C), ktoré sa obrovskou rýchlosťou (150 km/hod−1) rútia dolu úbočím stratovulkánov do značnej diaľky a ničia všetko čo im príde do cesty. Im podobné sú laháry (termín pochádzajúci z Indonézie): ide však o bahnové zmesi vody z topiacej sa snehovej čiapočky na vrchole vulkánu a prachovo-popolových usadenín na svahoch. Tieto tiež stekajú po svahoch veľkou rýchlosťou do značných diaľok (aj 50 km).
Pyroklastické prúdy a laháry sú vďaka svojej kinetickej energii veľmi nebezpečné (niekedy viac ako samotná láva – sú totiž omnoho mobilnejšie): žeravý prúd pyroklastík pri výbuchu sopky Pelée v roku 1902 zabil asi 30 000 ľudí na v meste Saint-Pierre na Martiniku, lahárový prúd zo sopky Nevado del Ruiz v Kolumbii zasa pochoval pod osemmetrovou vrstvou popola a bahna mesto Armero spolu s 25 000 obeťami.
So sopečnou činnosťou majú súvislosť aj iné fenomény: zemetrasenia, fumaroly, gejzíry a horúce pramene.
