Вулкански езера; Вулкански феномени; Вулканизам и општество; Темата на ESKP е посебна

Вулканските езера се огледала на вулканизмот што некогаш ги создаваше и што сè уште може да се менува и денес. Организмите кои можат да се справат со понекогаш екстремните услови, исто така може да станат вредни во други контексти, како што се земјоделството или био-рударството. За опасностите што произлегуваат од вулканите, особено излегувањето на многу активни вулкански езера може да биде систем за рано предупредување.

Текст: Јана Кандар, Платформа за познавање на Земјиниот систем | ЕСКП

Технички преглед: Проф. Дмитриј Рувет, Иституто нашиона во геофизика е вулканологија, Сезионе ди Болоња, Италија.

Од сите познати површински води на земјата, вулканските езера покажуваат најголем опсег на вредности на pH вредноста.
Кратерските езера и езерата богати со јаглерод диоксид бараат особено внимателно следење во однос на нивните опасности.
Промените на боите во вулканските езера и присуството и морфологијата на сулфурните топчиња може да бидат едноставна алатка за следење на вулканите.
Постои надеж дека некои бактерии од вулкански езера можат да го промовираат растот на растенијата под екстремен абиотички стрес. Овие бактерии можат да бидат корисни за растенија кои напредуваат на друго место во кисели, загадени со тешки метали или што треба да издржат тежок стрес на топлина.

Вулканските езера со нивните понекогаш неприродни бои на вода и спротивставени минерални наслаги се фасцинантни. Некои од нив се невообичаено длабоки или нивната вода е екстремно кисела и практично лишена од живот, во некои од нив цијанобактериите или алгите се размножуваат неконтролирано - во зависност од тоа колку е блиска врската помеѓу вулканскиот систем и под површината. Таквите езера можат да обезбедат увид во хидротермалните системи и на тој начин да имаат голема вредност во вулканскиот надзор и предвидувањето на опасноста. Тие можат да сведочат за вулканска активност, од кои некои одамна стивнаа. Некои од нив тешко можат да се разликуваат од конвенционалните водни тела во однос на нивната хемија на вода или биологија. Меѓутоа, ако сè уште има врска со магма коморите во земјината кора, тогаш тие практично никогаш не се стабилни системи.

Вулканските езера може повторно да исчезнат, да истекуваат, нивните температури на водата и хемискиот состав може да бидат предмет на големи флуктуации, а вредноста на рН може да варира значително во некои случаи. Во основа, треба да се соберат неколку работи за да се создаде активно вулканско езеро: езерското дно треба да биде запечатено за да не се одлева вода директно, метеоролошките врнежи да бидат што е можно пообилни и да се ограничи влезот на топлина за да не испари целосно езерската вода. Вулканските течности потоа додаваат на волуменот на езерото.

Моно езеро во Калифорнија, СОЕДИНЕТИ ДРЖАВИ. Natronsee е алкален (pH 10) и особено солен. Големи количини на натриум се раствораат во неговата вода. Езерото е најдобро познато по наносите на варовник од туфа кои формираат формации слични на скулптури.
Фото: имаго слики/Рајнер Мирау

Постојат различни начини на класификација на вулканските езера - според хемиските или физичките карактеристики или, исто така, во однос на нивната генеза. Тие се детално составени во монографијата „Вулкански езера“ (Рувет и сор., 2015). Научниците се ориентираат на четири централни прашања, кои се однесуваат на формирање на езерата. Од една страна, од суштинско значење е да се знае дали езерото е формирано во една ерупција, т.е. дали е моногено. Тоа би значело дека од настанот влијанието на вулканизмот врз езерската вода е минимално или дури и непостоечко. Ако, пак, се појави езерски слив на полигенетски вулкан, многу различни настани и извори на магма може да придонеле за неговото формирање или да продолжат да го прават тоа.

Друг критериум ја расветлува временската врска помеѓу вулканизмот и формирањето на езерото, односно прашањето: дали езерото настанало кратко или долго по вулканска ерупција? Езерата Калдера веројатно се формирале долго по падот на комората за магма и како резултат на депресијата (геолошки: „Депресија“), која потоа станува езерски слив. Езерата во кратерите на врвот на активните вулкани, пак, се појавуваат „кратко“ по ерупција на вулкан. Исто така зависи од локацијата на вулканското езеро во однос на вулканскиот отвор. Дали езерото е директно над или до активен оџак? Сите овие аспекти на крајот одредуваат колку силно влијаат вулканизмот, хемијата на водата и температурата на водата (Кристенсон и сор., 2015). Овој генерички систем на класификација помага да се поврзете со покласичните пристапи на хемиските и физичките класификации на вулканските езера.

Според ваквите класификации, една категорија вклучува, на пример, кратерски езера што се појавуваат над отворот на полигенетски вулкан. Кратерските езера обично се наоѓаат во кратерот на вулканскиот врв, можат да бидат многу длабоки или многу вредни во волуменот на водата, што може да се припише на флуктуации на кондензација на течност, испарување на површината, придонес на дождовница од пролевање или излевање од езерото (Варекамп и сор., 2015 година) Друга категорија е формирана од езера калдера, на пример, езерото Болсена во Италија, кое како и многу езера во калдера, тешко дека има приливи или одливи. Во геолошките науки се нарекуваат ендорејски сливови бидејќи немаат дренажа во морето.

Огромното мнозинство на вулкански езера лежи во маарци, кои исто така се нарекуваат маар диатреми. Маарците обично се сведоци на единствена епидемија на фреомагма. Она што останува после тоа е практично скоро совршено кружна „дупка“ на земјата, бидејќи единствената ерупција не беше во можност да формира голем вулкански конус. Кога подземниот воден слој (водоносен слој) се пресекува со кратерот Маар, се создава езеро маар. Дијатремите ја пробиваат површината на земјата создавајќи стрмен обратна форма на конус. Понекогаш нивните закопани брекирани структури содржат минерали како што се дијаманти. Кратерите на маар се со дијаметар помалку од два километри. Примери за маарци или маарски езера се Laacher See, Ulmener Maar, Blue Lake во Австралија или езерото Aci Gölü во близина на Karapınar во Турција.

Геотермалните езера се наоѓаат во вулкански активна средина во која фреатските ерупции формирале кратери кои последователно биле исполнети со прилично мали езера. Некои езера исполнуваат тектонски вдлабнатини предизвикани од полиња со лава или вулкански наслаги што наплатуваат вода или влијаат на локалната хидрологија на приливот или одливот на вода. Осум проценти од природно навлажнетите езера во светот може да се најдат во вулканизмот (Коста и Шустер, 1988). Исто така, постојат некои вулкански езера што се јавуваат кога ново активна и со тоа врела вулканска отвор го топи снегот во веќе постоечкиот кратер. Ова се случи, на пример, кај вулканот Чигинагак на Алјаска во 2005 година.

Постојат и други начини за класификација на вулканските езера, на пример според нивната хемија на вода или воден биланс. Ако фокусот е на вулканската активност и опасност, соодветна е поделба во „активни езера на кратери“, „заспани кратерски езера“ и „езера богати со јаглерод диоксид“. Секоја класификација е предизвик затоа што разновидноста е голема и геолошките структури на езерското дно не се добро познати на некои места. Езерата е честопати единствена во однос на вулканската активност под земја, нивната околна карпа и специфичните климатски услови. Затоа, секое езеро има свои карактеристики и треба да се разгледа индивидуално бидејќи се обидуваме да научиме повеќе и да ги откриеме тајните што ги чуваат вулканските езера.

Езерото Кратер, езеро во калдера, се наоѓа на надморска височина од 1.883 метри во Орегон (САД). Нахранет од дожд и снег и без никакви мозоци, езерото кратер е длабоко 589 метри, најдлабоко во САД и седмо најдлабоко во светот.
Сликата е направена од член на екипажот на Експедиција 52. Наслов од Анди Холиер, Hx5, JETS договор во НАСА-АД. Опсерваторија на Земјата Наса

Rouwet, D., Christenson, B., Tassi, F. & Vandemeulebrouck, J. (Eds.). (2015 година) Вулкански езера. Берлин/Хајделберг: Спрингер. дои: 10.1007/978-3-642-36833-2

Ел Чичон, Мексико (снимен во март 2007 година)
Езерото кратер Ел Чичон е со средна температура (30 ° C), а атмосферските услови се тропски, т.е. влажноста и температурата на околината се високи, што пак води до практично невидливо обезвреднување и испарување.

Фото: Дмитриј Рувет

Кавах Ијен, Индонезија (снимен во септември 2014 година)
Езерото кратер Кавах Ијен е најголемата природна, кисела површинска вода на земјата. Водата на езерото е со интензивна тиркизна боја и во голема мерка е лишена од живот. Досега не се пронајдени бактерии или еукариоти.

Фото: Дмитриј Рувет

Сулфурот се минира и во кратерот Ијен, тешка и трудоинтензивна активност.

Фото: имаго слики/ЗУМА Прес

Поа, Костарика (април 2007 година)
Лагуната Калиенте (погоре на сликата) е исклучително кисела со pH вредност од околу -1. Некои кисели вулкански езера, како што е ова вулканско езеро, се длабоко сиви, бидејќи седиштата на дното се вртат со растечки (конвективни) струи. Киселото езеро е заситено со елементарен сулфур. Во жешките езера, течниот сулфур може да се депонира на езерското дно.

Фото: Дмитриј Рувет

Езерото кратер Руапеху, Нов Зеланд (март 2019 година)
Покрај непосредните експлозии на гас, ненадејната кондензација на фазата на пареа доведува до драстичен пад на притисокот, до вриење, а потоа на крај до хидротермална експлозија. Овој ефект е најзначаен во високо активните кратерски езера како што е Руапеху во Нов Зеланд. Лахар се јавува кога експлозиите наметнуваат вода над работ на кратерот.

Фото: Дмитриј Рувет

Езерото Нјос, Камерун (фотографија направена во март 2016 година).
Во 1986 година, езерото Ниос испушти облак на СО2 во атмосферата, убивајќи 1.700 луѓе и 3.500 животни во околните градови и села. После тоа, инженерите инсталирале систем за цевки за да го испуштаат гасот од езерото. Цевката долга 200 метри виси на сплавот и дозволува вода богата со гас да излезе од дното на езерото до површината на контролиран начин.

Фото: Дмитриј Рувет

Езерото Киву Руанда, Демократска Република Конго
Вулканското езеро е едно од езера богати со јаглерод диоксид. Опасноста од епидемии на гас, кои потенцијално се акумулирале во колоната вода со децении или векови, може да се спречи само преку вештачко и контролирано обезводнување на слојот на почвата. Но, за езерата богати со видови како езерото Киву, ова решение ќе има сериозни еколошки последици.

Лагуна Куикоча, Еквадор
Јаглерод диоксидот се крева стабилно во Лагуна Куикоча. Вулканските течности во голема мерка ги изгубија своите најреактивни компоненти како што се халогените и сулфурот во ова езеро.

Кои водни бои можат да ни кажат за вулканските езера

Разновидноста на водните бои што можат да ги покажат вулканските езера е особено впечатлива. Вулканските езера кои не содржат многу живот, кои се биолошки непродуктивни поради недостаток на хранливи материи, честопати се темно сини. Пример за ова е езерото Кратер, кое е исто така езеро калдера, во Орегон. Длабоко 589 метри, тоа е најдлабокото езеро во САД и седмото најдлабоко во светот. Езерото Кратер се храни исклучиво од врнежи, тешко дека има приливи или одливи и се чини длабоко сино.

Езерата што прима хранливи материи од некој вид природен или антропоген извор се чини зеленикаво-сина. Од една страна, главната улога игра сливното подрачје и оплодувањето на околните земјоделски области. Од друга страна, геотермалните извори со вода богата со минерали можат да бидат друг извор на хранливи материи. Невообичаено силна зелена боја може да укаже на изобилство на зелени алги, додека видливата црвена боја е поврзана со силното множење на црвените алги. Ако се распадне многу органски материјал, езерото обично се појавува кафеаво, бидејќи органските киселини се формираат кога се распаѓаат лисјата и други растителни или животински материјали.

Во основа, биолошките процеси во вулканските езера не се разликуваат многу од оние во езерата од невулканско потекло. Сепак, поради хемијата во активните езера, боите можат да се разликуваат: Езерата со геотермални извори или вулканските хранливи материи (од карпата) често содржат фосфор, кој потоа исто така оплодува. Разликата во овој случај се должи повеќе на необичното потекло на хранливите материи. Од друга страна, железо и сулфур може да се растворат во водата. Во зависност од тоа кое железо е содржано, езерото тогаш може да се појави длабоко зелено за бивалентно железо (Fe 2+) или виолетово-кафеаво или портокалово-црвено за тривалентно железо (Fe 3+). Покрај тоа, супстанциите со одредени типични бои можат да преципитираат или лебдат во вода (на пр. Гипс бар, манит меч, гетит или ферихидрит). Кога езерото Вуи, кое му припаѓа на вулканот Амбае (Вануату во Јужен Пацифик), се претвори во црвено во крвта за неколку дена во 2006 година, ова подоцна беше поврзано со врнежи на јарозит, сулфат и хематит, железен оксид (Бани и ал., 2009 година).

Особено спектакуларни се тиркизните и кремасти бели езера, како што се едно од трите кратерски езера на вулканот Кели Муту во Индонезија или најголемото кисело кратерско езеро во светот на Кавах Ијен, кое може да се најде и во Индонезија. Лагуна Калиенте кај Поас во Костарика или езерото кратер Југама кај вулканот Кусацу-Ширана во Јапонија се дополнителни примери. Ситно распоредени сулфурни сфери (сферули) лебдат тука на површината на водата. Доколку таквите честички доминираат целосно, езерото изгледа многу сино и станува тиркизно-зеленикаво кога честичките на сулфурот се намалуваат и се мешаат со зелената нијанса на јони на железо. Геотермалните базени кои се богати со силициум диоксид, исто така имаат тенденција да имаат многу специфична сина боја како резултат на расејувањето на светлината од ситни колоиди (Охсава и сор., 2010). Набationsудувањата на промените на бојата или присуството и морфологијата на сулфурните топчиња може да бидат едноставна алатка за следење на вулканската активност. На пример, ненадејните промени во бојата може да рефлектираат промена во обезводнувањето на сулфурните гасови (види на пр. Езеро Јудамари во Јапонија).

Непријателско опкружување

Ако имаме работа со вулканско езеро кое не е поврзано со излегување од коморите на магмата, тогаш ова тешко се разликува од невулканските езера - освен фактот дека може да нема приливи и одливи. На англиски јазик се зборува за „неутрални разредени вулкански езера“. Температурите на водата се огледало на временските услови и (доколку ги има) на притоките. Хемијата на водата зависи од околната карпа, потоците и реките што минуваат низ неа или се испуштаат во езерото и од врнежите на минерали.

Ако езерата сè уште се поврзани со системи за дегасизација на магма, работите се различни. Состојбата на одмаздувачката магма и видот на околната карпа тогаш неизмерно одредуваат за супстанциите во водата, температурите на водата и степенот на киселост (pH вредност). Од сите познати површински води на земјата, вулканските езера покажуваат најголем опсег на pH вредности. PH вредноста на езерската вода може да биде надвор од опсегот што беше произволно поставено помеѓу 0 (кисела) и 14 (алкална) (Пекораино и сор., 2015). На пример, најкиселите езера што покриваат високо активни вулкани може дури да имаат вода со pH под нулата.