Калдера: какво е, как се образува, видове и исторически изригвания

Калдерата е вулканичен обект, образуван предимно чрез срутване на земната повърхност над частично изпразнена магмена камера след голямо, често експлозивно, вулканично изригване. При такова изригване магмената камера на вулкана може да бъде достатъчно изпразнена, за да се срути земната кора над нея и да се образува широко, често плитко и куполовидно понижение — калдера.

Калдерата може да прилича на вулканиченкратер, само че кратерът обикновено се образува чрез експлозивно отхвърляне на материал навън, докато калдерата се формира чрез срутване навътре. Думата калдера идва от португалски език и означава "котел". На много места действат и двата процеса — взривно изхвърляне и последващо срутване — което дава сложни вулканични форми.

Как се образува калдера — стъпки и механизъм

Типичната последователност при образуване на голяма калдера включва:

• Натрупване на вискозна, богата на силиций магма в голяма подземна камера.
• Експлозивно изригване, при което голям обем магма и вулканични газове се изхвърлят на повърхността под формата на пепел, туфи и мощни потокoве на горещи газове и пирокластични материали (игнимбрити).
• Рязко намаляване на налягането в магмената камера и изпразване на голямо количество материал.
• Срутване на покрива на камерата — поява на кръгови или елипсовидни фрактури (ring faults) и потъване на блоковете над камерата, което формира котловидно понижение.
• Следколапсови процеси: запълване с утайки, последващи по-малки изригвания вътре в калдера, образуване на ресърджентни куполи (издувания) и нефтеобразни структури.

Видове калдери

• Класически (срутителни) калдери — образуват се при масивно изпразване на магмената камера и последващо срутване; често са свързани с големи игнимбритни потоци.
• Ресърджентни калдери — след началното срутване вътрешната част на калдера може да бъде "изтласкана" нагоре от нови придвижвания на магма, образувайки вътрешен купол или издигане.
• Сложни или вложени (nested) калдери — при многократни големи изригвания една калдера може да бъде изградена върху по-стара, което дава серия от концентрични понижения.
• Trapdoor (вратични) калдери — при тях срутването е асиметрично и част от покрива се спуска като врата около една опорна точка.
• Калдери с езера — много калдери се запълват с вода и образуват езера (напр. Crater Lake).

Размери и примери

Калдерите са с широк диапазон от размери — от няколкостотин метра до десетки километри в диаметър. Някои от най-известните примери:

• Йелоустоунската калдера — при последното голямо изригване преди около 650 000 години тя е изхвърлила около 1000 км³ материал, който е покрил голяма част от Северна Америка с отломки с дебелина до два метра. За сравнение, при изригването на планината Сейнт Хелънс през 1980 г. се отделя около 1000 пъти по-малко материал.
• Калдерата Тоба (езерото Тоба) в Индонезия — при голямото изригване преди около 75 000 години са изхвърлени около 2800 км³ материал, което е едно от най-големите експлозивни изригвания през последните милиони години. Екологичните последици от това изригване се отразяват в геоложките и климатичните данни за региона и света.
• Crater Lake (кратерното езеро) — Mount Mazama (САЩ) — калдера, формирана преди около 7 700 години след срутване на върха на вулкана Mazama; по-късно се е напълнила с вода и е образувала дълбоко и чисто езеро.
• Санторини (Тера) — известна е заради голямото бронзово/минойско изригване около средата на II хил. пр.н.е., което е довело до образуването на вътрешна морска калдера и е повлияло на културите в Егейско море.
• Lake Taupo (Нова Зеландия) — свързана с изригването Оруануй и по-късни събития, които са оформили съвременната калдера.
• Дълги долини (Long Valley Caldera) в щата Калифорния — друга добре изучена голяма калдера със силна съвременна сейсмична и деформационна активност.

Климатични и екологични последици

Големите калдерообразуващи изригвания могат да имат значителни регионални и глобални последици:

• Прах и сулфатни аерозоли в стратосферата, които отразяват слънчевата радиация и водят до понижаване на температурите (вулканична зима) за няколко години.
• Обширни покривки от пепел, които разрушават селскостопански култури, водят до замърсяване на водоизточници и нанасят щети на инфраструктура.
• Пирокластични потоци и лахари, които причиняват локални катастрофални разрушения.
• В някои случаи — генериране на вълни и цунами (ако изригването е свързано с морски или крайбрежни структури).

В текста по-долу е посочен пример за мащаба и възможните последици: При голямото изригване на Йелоустоунската калдера преди около 650 000 години тя е изхвърлила около 1000 км³ материал, а при езерото Тоба в Индонезия преди около 75 000 години са отхвърлени около 2800 км³ частици — едно от най-големите известни експлозивни изригвания през кватернера.

Калдерата и човечеството — случайът Тоба

В края на ХХ век антропологът Стенли Амброуз предложи, че вулканичната зима, предизвикана от изригването на катастрофата Тоба, е намалила човешката популация до около 2 000–20 000 души и е предизвикала т.нар. генетично „тясно гърло“. Това е една от хипотезите за влиянието на големи вулканични събития върху човешката история. Въпреки това, впоследствие наличните археологически, палеоклиматични и генетични данни не дават категорично потвърждение на тази идея — има както аргументи в подкрепа, така и такива против. Темата остава предмет на активни изследвания.

Мониторинг и опасности

Калдерите, особено активните и потенциално опасни, се следят чрез комбинация от методи:

• Сеизмичен мониторинг — регистриране на земетресения, които често предхождат изливи на магма.
• Геодезични измервания (GPS, нивелиране) и спътникови техники (InSAR) — за наблюдение на деформации и издигане/спадане на земната повърхност.
• Химичен мониторинг на газовете (SO2, CO2 и др.) — промени в изхвърляните газове могат да указват активиране на магмена система.
• Термо- и хидрологично наблюдение — промени в горещи извори, гейзери и водни тела в/около калдера.

Видовете опасности включват разпространение на вулканична пепел, пирокластични потоци, вулканични газове, земетресения и вторични явления (като свлачища и лахари). Организациите за наблюдение (напр. Yellowstone Volcano Observatory) публикуват данни и оценка на риска, за да информират обществото и властите.

Заключение

Калдерите представляват едни от най-впечатляващите и мощни форми, резултат от вулканичната дейност. Те могат да създадат уникални ландшафти и геотермални ресурси (гейзери, горещи извори), но също така да предизвикат сериозни локални и глобални последици при големи изригвания. Разбирането на техните механизми, история и съвременна активност е от ключово значение за оценка на риска и защитата на засегнатите популации.

По-големи калдери

Известни са изригвания, които образуват още по-големи калдери. В калдерата Ла Гарита в планината Сан Хуан в Колорадо 5000-километровият ³туф на Рибния каньон е избухнал при едно голямо изригване преди около 27,8 милиона години.

В някои моменти риолитовите калдери се появяват на отделни групи. Останки от такива групи могат да бъдат открити на места като планините Сан Хуан в Колорадо (образувани през олигоценския, миоценския и плиоценския период) или планинската верига Сен Франсоа в Мисури (изригвала през протерозоя).

• Нгоронгоро е калдера.

Сателитна снимка на Санторини. От центъра по посока на часовниковата стрелка: Неа Камени; Палеа Камени; Аспрониси; Терасия; Тера

Въпроси и отговори

В: Какво представлява калдерата?

В: По какво се различава калдерата от кратера?

В: Откъде идва думата "калдера"?

В: Колко материал се е освободил по време на последното изригване на Йелоустоунската калдера?

В: Кога е изригнало езерото Тоба и колко материал се е освободил?

В: Коя теория предполага, че това изригване е намалило човешката популация до 2000-20 000 души?

В: Има ли преки доказателства в подкрепа на тази теория?

Търсене по буква