Okazuje się, iż Etna mogła powstać dzięki starej magmie ukrytej 80 km pod Sycylią. Najaktywniejszy wulkan Europy nie pasuje do klasycznych modeli.
Etna stoi w jednym z najbardziej logicznych miejsc dla wulkanu. Tuż obok przebiega strefa, w której płyta jońska zanurza się pod obrzeże Eurazji. Problem w tym, iż lawa wydobywająca się z sycylijskiego giganta od dawna nie pasowała do tego założenia. Chemicznie przypominała raczej materiał znany z wulkanów powstających z dala od granic płyt, takich jak te na Hawajach. Pod Sycylią nie znaleziono jednak klasycznej plamy gorąca, która tłumaczyłaby obecność tak wielkiego i aktywnego wulkanu.
Nowa hipoteza rozwiązuje tę sprzeczność w niezwykle zaskakujący sposób. Okazuje się, iż Etna może działać jak przeciekająca instalacja doprowadzająca ku powierzchni magmę, która od dawna czeka w płaszczu Ziemi około 80 km pod Sycylią. Nie jest typowym wulkanem strefy subdukcji ani wulkanem zbudowanym nad plamą gorąca. Może być gigantyczną wersją konstrukcji, które dotąd znajdowano głównie jako małe pagórki na dnie oceanów.
W przypadku Etny od samego początku coś mocno nie pasowało
Duże wulkany zwykle dają się wpisać w jeden z trzech dobrze znanych scenariuszy. Pierwszy rozgrywa się tam, gdzie płyty tektoniczne się rozchodzą. Spadające ciśnienie pozwala skałom płaszcza częściowo się stopić, a powstała magma wypełnia szczeliny i buduje nową skorupę oceaniczną. Drugi scenariusz to strefy subdukcji, czyli miejsca, w których jedna płyta wsuwa się pod drugą. Wraz z nią w głąb trafia woda i inne składniki, które obniżają temperaturę topnienia skał i uruchamiają wulkanizm. Tak powstają całe łuki wulkaniczne, jak choćby te w Japonii. Trzeci model to plama gorąca. Strumień rozgrzanego materiału unosi się z głębi płaszcza i niczym palnik przepala kolejne fragmenty przesuwającej się nad nim płyty. Efektem są łańcuchy wysp, na czele z Hawajami.
Etna stoi wprawdzie blisko strefy subdukcji, ale jej lawa zdradza zupełnie inne pochodzenie. Chemicznie przypomina raczej magmę z wnętrza płyt niż z ich granic. Jest zasadowa, bogata w składniki lotne i nie tworzy charakterystycznego szeregu wysp, który wskazywałby na działanie plamy gorąca. To trochę tak, jakby wulkan znajdował się we adekwatnym miejscu, ale korzystał z niewłaściwego przepisu.
Magma może czekać 80 km pod powierzchnią
Badacze z Uniwersytetu w Lozannie wskazują na strefę niskich prędkości, nazywaną LVZ. Leży ona w pobliżu granicy między sztywną litosferą, a bardziej plastyczną astenosferą. Fale sejsmiczne poruszają się przez nią wolniej, co może świadczyć o wysokiej temperaturze, obecności składników lotnych oraz niewielkiej ilości stopionej skały pomiędzy kryształami.
Nie należy wyobrażać jej sobie jako ogromnego podziemnego jeziora lawy. Większość skał przez cały czas pozostaje stała. Stopiony materiał może tworzyć niewielkie kieszenie i cienkie warstwy pomiędzy ziarnami, trochę jak woda zatrzymana w porowatej gąbce.
Według nowego modelu właśnie w tej strefie, około 80 km pod Sycylią, od dawna istnieją małe porcje magmy. Nie muszą powstawać od zera bezpośrednio przed każdą erupcją. Ruch płyt tektonicznych może stopniowo wydobywać je ze skalnego magazynu i wtłaczać w szczeliny prowadzące ku powierzchni. Pod Etną nie biegnie jeden idealnie prosty przewód. Mamy raczej głębokie źródło, system pęknięć i kolejne miejsca, w których magma zatrzymuje się, miesza, odgazowuje i zmienia skład podczas wspinaczki przez dziesiątki kilometrów skorupy.
Płyta działa jak zginana deska
Kluczową rolę ma odgrywać w przypadku Etny płyta jońska. Jej fragment zanurza się pod Łukiem Kalabryjskim, a jednocześnie wygina pod wpływem ogromnych sił tektonicznych. Zginana płyta nie zachowuje się jak jednolita, niezniszczalna tafla. Powstają w niej szczeliny i obszary rozciągania. Zmienia się również ciśnienie działające na skały płaszcza. To może otwierać drogi, którymi niewielkie porcje stopionego materiału wydostają się ze strefy niskich prędkości.
Mechanizm można porównać do ściskania gąbki przesiąkniętej wodą. Sama woda już w niej jest. Nacisk nie musi jej dopiero wytworzyć, ale zmusza ją do przemieszczenia się i znalezienia wyjścia. W przypadku Etny takim naciskiem jest ruch Afryki względem Eurazji oraz deformacja płyty jońskiej. Magma ma być uwalniana porcjami, a następnie przedostawać się ku powierzchni przez osłabioną litosferę. Proces może trwać setki tysięcy lat i regularnie dostarczać nowego paliwa do rozwijającego się wulkanu.
Etna nie musi więc stać bezpośrednio nad wielkim piecem, który nieustannie produkuje świeżą magmę. Może być ujściem systemu okresowo opróżniającego znacznie starszy, rozproszony magazyn.
Zaczęło się od małych porcji innej lawy
Zespół przeanalizował skład skał reprezentujących około 500 tys. lat aktywności Etny. To ważne, ponieważ wulkan nie od początku wyglądał tak jak dzisiaj. Najstarsze erupcje zachodziły pod wodą, u wybrzeży ówczesnej Sycylii. Wydobywały stosunkowo niewielkie ilości law podobnych do materiału spotykanego przy grzbietach oceanicznych i w początkowych fazach rozwoju niektórych wysp wulkanicznych.
Później skład law przesunął się w stronę magm alkalicznych, bogatszych w sód i potas. Jednocześnie wzrosła ilość materiału trafiającego na powierzchnię. Z drobnej aktywności powstał system zdolny zbudować wielki stratowulkan o wysokości przekraczającej 3 km.
Model chemiczny ma tłumaczyć również tę zmianę. Pierwsze niewielkie porcje stopionego materiału mogły reagować ze skałami płaszcza podczas wędrówki. Takie reakcje modyfikowały ich skład i prowadziły do powstawania law toleitowych, czyli bazaltowych law ubogich w alkalia, typowych dla grzbietów śródoceanicznych. Gdy drogi przepływu zostały lepiej rozwinięte, coraz większa ilość pierwotnej magmy alkalicznej mogła przedostawać się ku powierzchni z mniejszymi zmianami. Przeciek nie tylko trwał, ale z czasem stawał się wydajniejszy.
Etna może być gigantycznym wulkanem typu petit-spot
Mechanizm opisany przez badaczy przypomina powstawanie tzw. wulkanów petit-spot. Nazwa oznacza dosłownie małą plamkę i dobrze oddaje skalę znanych dotąd obiektów. Pierwsze takie wulkany rozpoznano na dnie Pacyfiku. Nie powstają dokładnie na granicach płyt ani nad klasycznymi plamami gorąca. Magma wydostaje się tam przez pęknięcia wywołane wyginaniem starej płyty oceanicznej, gdy zbliża się ona do strefy subdukcji.
Takie konstrukcje są zwykle niewielkie. Wznoszą się na kilkadziesiąt lub kilkaset metrów nad dno. Etna jest ich kompletnym przeciwieństwem: działa od około pół miliona lat, zajmuje obszar około 1250 km2 i należy do najaktywniejszych wulkanów na świecie. Oficjalne dane INGV klasyfikują ją jako aktywny stratowulkan, którego działalność zaczęła się około 500 tys. lat temu.
Jeżeli nowa hipoteza się potwierdzi, to ten sam proces może więc tworzyć zarówno małe podwodne kopce, jak i ogromny wulkan dominujący nad wschodnią Sycylią. Różnica nie wynikałaby z samego mechanizmu, ale z warunków tektonicznych i tego, jak długo oraz jak skutecznie magma może korzystać z powstałych szczelin. Etna byłaby wtedy pierwszym znanym gigantem zbudowanym metodą petit-spot.
To nie oznacza, iż umiemy już przewidzieć kolejny wybuch
Nowe badanie dotyczy źródła magmy w skali setek tysięcy lat. Nie pokazuje, kiedy nastąpi następna erupcja ani którędy dokładnie lawa wydostanie się na powierzchnię.
Pomiędzy strefą położoną 80 km pod ziemią a kraterami Etny działa rozbudowany system magmowy. Stopiona skała może zatrzymywać się w różnych zbiornikach, mieszać z młodszymi porcjami, wydzielać gazy i przeciskać przez kolejne uskoki. Bezpośrednie zagrożenie zależy przede wszystkim od procesów zachodzących znacznie płycej.
Jak pisaliśmy w tekście: Pod Japonią bulgocze. Jeden z najpotężniejszych wulkanów na Ziemi zbiera paliwo, choćby rozpoznanie wielkiego zbiornika magmy nie oznacza automatycznie, iż da się podać datę przyszłej erupcji. Wulkanolodzy muszą łączyć pomiary deformacji gruntu, trzęsień ziemi, gazów i temperatury.
Nowy model może jednak poprawić sposób, w jaki interpretowane są takie sygnały. jeżeli Etna jest stale zasilana z głębokiego magazynu, zmienia to założenia dotyczące ilości dostępnej magmy oraz długoterminowej trwałości całego systemu. Nie odkryto więc zegara odliczającego do wybuchu. Odkryto możliwe źródło paliwa, które działa znacznie głębiej i dłużej, niż nam się wydawało.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
