W odróżnieniu od wulkanizmu innych ciał Układu Słonecznego, globalny obraz wulkanizmu ziemskiego wpisuje się w model tektoniki płyt litosfery, zgodnie z którym litosfera (skorupa ziemska wraz z najwyższą częścią górnego płaszcza) składa się z wielu sztywnych płyt skalnych, przesuwających się po plastycznym podłożu, zwanym astenosferą.
Rozmieszczenie płyt litosfery - strzałki wskazują kierunek ich ruchu. Źródło: Wikimedia Commons
Astenosfera jest warstwą górnego płaszcza Ziemi, usytuowaną pomiędzy litosferą, a strefą przejściową górnego płaszcza; jej dolna granica występuje średnio na głębokości ok. 350 km. Charakteryzuje się względnie małą lepkością i większą podatnością na deformacje niż sąsiadujące z nią sfery.
W astenosferze istnieją komórki konwekcyjne z cyklicznie krążącą materią, podgrzaną w głębi płaszcza przez ciepło pochodzące z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych lub dostarczone z jądra Ziemi. W miejscu, gdzie dociera strumień ciepła, materia podgrzewa się i unosi do granicy litosfery lub skorupy ziemskiej, po czym rozpływa się równolegle do tej powierzchni na boki i ochłodziwszy się, zstępuje pod wpływem siły ciężkości w głąb, zamykając komórkę konwekcyjną.
Ruch płyt odpowiada górnym, poziomym gałęziom komórek konwekcyjnych. Wznosząca się materia powoduje nabrzmienie i rozciąganie (tensję) litosfery, co prowadzi do jej ścienienia i wreszcie rozłamu, którym wylewa się lawa, tworząca nową litosferę. Takie głębokie rozpadliny w litosferze, odznaczające się wzmożonym wulkanizmem i sejsmicznością, nazywa się ryftami. Strefy ryftowe występują głównie na dnie oceanicznym, rzadko na kontynentach. W wyniku wielokrotnego wypływu law, w strefach ryftów oceanicznych powstają grzbiety śródoceaniczne (np. Grzbiet Śródatlantycki o rozciągłości ponad 70 tys. km), będące efektem permanentnego rozrostu litosfery oceanicznej, zwanego spreadingiem. Odbywa się on w tempie 1-24 cm/rok (średnio 6 cm/rok) i powoduje rozpychanie wcześniej utworzonej litosfery w dwóch przeciwstawnych kierunkach. Dowodem spreadingu w strefie ryftowej jest wzrastający wiek skał budujących dno oceanu (im dalej od ryftu, tym są one starsze) oraz symetryczne względem doliny ryftowej namagnesowanie skał. Granicę płyt, na których dochodzi do spreadingu, nazywa się granicą dywergentną (akrecyjną).
Ruch płyt litosfery, a występowanie procesów wulkanicznych. Źródło: http://geografia_liceum.republika.pl/geotektonika.html
W miejscach, gdzie w komórce konwekcyjnej astenosfery ochłodzona materia kieruje się ku dołowi, zachodzi proces pochłaniania litosfery oceanicznej przez płaszcz Ziemi. Pogrążanie się litosfery rozpoczyna się subdukcją w strefie rowów oceanicznych, gdzie stosunkowo ciężka płyta oceaniczna ugina się i podsuwa pod drugą płytę oceaniczną lub pod lżejszą płytę kontynentalną. Styk płyt litosfery wzdłuż strefy subdukcji określa się jako granicę konwergentną (konsumpcyjną).
Zanurzająca się w płaszczu płyta ogrzewa się stopniowo i topi, czemu sprzyja spora zawartość wody w osadach oceanicznych. Utworzona w ten sposób magma przemieszcza się ku powierzchni płyty, wykorzystując liczne uskoki powstałe podczas trzęsień ziemi, których hipocentra są usytuowane wzdłuż linii ścierania się obu płyt (strefa Benioffa).
W miarę rozwoju subdukcji na aktywnych krawędziach płyt powstaje łuk wulkaniczny, w zależności od rodzaju będących w interakcji płyt - kontynentalny (subdukcja płyty oceanicznej pod płytę kontynentalną), bądź też oceaniczny (subdukcja jednej płyty oceanicznej pod drugą). Łuk wulkaniczny jest łańcuchem łukowato rozmieszczonych wulkanów, które na obszarach oceanicznych tworzą zazwyczaj wyspy wulkaniczne.
Wulkanizm spotykany jest również w środkowych częściach płyt litosfery, na ogół nieaktywnych. Zjawisko to tłumaczy się występowaniem tzw. plam gorąca, czyli stref o niewielkim zasięgu, o znacznie wyższych niż przeciętne w danym regionie wartościach strumienia cieplnego. Plamy gorąca mogą być powierzchniowym przejawem hipotetycznych pióropuszy płaszcza, czyli fontann gorącej materii wznoszącej się konwekcyjnie, być może nawet z głębokiego płaszcza ziemskiego. Zajmują one stałe położenie, w odróżnieniu od przesuwających się nad nimi płyt litosfery.
Tworzenie się kolejnych wysp wulkanicznych w wyniku przesuwania się płyty pacyficznej ponad stale aktywną plamą gorąca. Źródło: http://www.smithsonianmag.com
dr Elżbieta Jackowicz
Państwowy Instytut Geologiczny
