Vulkanická rizika a katastrofy, předcházení katastrofám, zmírňování jejich následků

Typy vulkanických rizik a katastrof Dělení z hlediska: nebezpečnosti, délky trvání, ekonomických dopadů a dopadů na prostředí Výlevy lávy – lávové proudy, příkrovy Sopečné erupce, vulkánského, pliniovského typu, magmatofreatické erupce, spad popela, zaprášení atmosféry, aerosoly (skleníkový efekt), Kalderové exploze, kolapsy dómů, Pyroklastické proudy, Výrony jedovatých plynů (CO, Cl, F).

Hazardy spjaté nepřímo s vulkanickými procesy Vulkanická zemětřesení, Sesuvy, skalní řícení, Lahary, úlomkotoky (debris avalanches, bahnotoky), Klimatické (zaprášení atmosféry, poklesy teplot, poškození ozónové vrstvy) tsunami

Rozsah vulkanických katastrof od 18. stol. – zahynulo na následky vulkanické činnosti 260 tis. lidí, od r. 1970 asi 25 000 lidí, Zranitelnost lidské spol. se zvyšuje s intenzivnějším využíváním krajiny, její industrializací, největší města v rizikových oblastech: Indonésie, Japonsko, Mexiko, Kolumbie (Tokyo, Quito, Mexiko City, Neapol, Seattle, Manila, Managua aj.

Počty obětí různých typů vulkanických a vulkanismem vyvolaných procesů

Terminologie Vulkanická erupce – náhlá přírodní událost, která je odrazem dynamických procesů v zemském nitru Vulkanická nebezpečí – procesy, které mohou negativně ovlivnit prostředí, společnost a majetek Můžeme je definovat podle typu procesu, velikosti, pravděpodobnosti výskytu

Co zvyšuje a snižuje vulkanická rizika hustota osídlení, nepřipravenost společnosti tj. nespolupráce správních orgánů s odborníky, podceňování rizik a nebezpečí, Monitoring, Informace obyvatelstvu Existence krizových plánů a krizového řízení Rozumné územní plánování

Zranitelnost Stupeň, do jaké míry může být společnost ovlivněna vulkanickými nebezpečími Vulkanická rizika – konkrétní riziko pro společnost v určitém místě a čase vyplývající z určitého vulkanického jevu Vulkanické pohromy – mimořádné situace vznikající v důsledku vulkanické činnosti na společnost, která na ně včas nereagovala nebo je podcenila Katastrofy – jevy, kterým lidská komunita nemůže bránit (obrovský rozsah, nepředvídatelnost).

Jak předcházet vulkanickým rizikům

Vulkanická rizika - hlavní typy Lávy Většinou lávy bazaltického složení Havaj: pohyb ~ 1 m/hr (mohou být i rychlejší) Např. bazalty Columbia River Plateau Ničí většinou majetek, ale obyvatelstvo je možno evakuovat, tudíž vyvolávají malé ztráty na životech

Lávové bazaltové příkrovy a proudy Kalapana a, Hawaii

Columbia River plateau bazalty – dominují lávové příkrovy (nízká viskozita lávy). Vrchol aktivity – (mezi 16 – 18 Ma) – některé lávové příkrovy dosáhly objemu vylité lávy 2000 km3 až 3000 km3, patří k největším lávovým příkrovům (se sibiřskými trapy, dekanskými trapy).

Lávové proudy (příkrovy) Opatření, usměrňování Nasměrování proudů, ochlazování proudů vodou, zeminou (závisí na objemu proudící lávy Stavba valů, bariér, stěn Bombardování – usměrnění proudů Velké proudy jsou obtížně zastavitelné

Vulkanismus subdukčních zón Největší erupce: tvorba kalder (např. ryolitových) Long Valley, Yellowstone, Vallez, New Mexico Taví se baze natavené kont. kůry bohaté křemíkem Není úplně jasné zda jde o jasně o subdukční vulkanismus (možná v kombinaci s horkou skvrnou) Vznik ryolitových dómů (vytlačených) Příklad Lassen Peak Hydrotermální aktivita: horké prameny, geyzíry, geotermální energie, možná ložiska

Frekvence sopečných explozí Čím delší časový interval mezi jednotlivými výbuchy, tím bývají výbuchy nebezpečnější

Erupce spjaté se subdukcemi Pyroklastika Erupce spjaté se subdukcemi Pyroklastika – větší objemy, větší nezbezpečnost a 1. Pliniovské erupce (vertikální sloupy pyroklastik Mt. St. Helens, 1980 Mount Pinatubo, Philippines, on June 12, 1991

Sopečný popel – nebezpečí pro leteckou dopravu

Lapilli a sopečný popel po freatomagmatické explozi - Azory

Balistika, Uzu, Japonsko, 1 km od kráteru

-Větrem navátá vulkano- klastika (epiklastika) Heimay, Iceland 1973

Se subdukcemi spjaté erupce Pyroklastika Se subdukcemi spjaté erupce 1. Plinovské erupce – popel se dostává vysoko do atmosféry, větší rozsah Pokryv popelem rozsáhlých oblastí Nebezpečnost a množství škod klesá rychle se vzdáleností Ničí vegetaci Kontaminuje vodu Způsobuje propadnutí střech domů (zátěž) Velmi tlustý pokryv v blízkosti vulkánů, horký, způsobuje udušení, někdy jedovatý) ovlivňuje i počasí, velké erupce mohou mít i dlouhodobější dopady na klima

2. Pyroklastické proudy Mt. St. Helens Aug. 7, 1980 Pohybují se rychlostí až několik set km/hod – teploty větší než 800° C A. Gravitační kolaps sloupu popela  B. Laterální výbuch kráteru (Mt St Helens & others) C. Exploze kaldery Některá žhavá mračna produkují spečené tufy – ignimbrity (dvou typů – vysokoteplotní (sklovitě spečené, nízkoteplotní, zpevněné krystalizací během chladnutí po usazení (plyny, páry, odskelnění – rostou, tridymit, stišovit, živce, oxidy Fe) Baze proudů je plyny fluidizována – nízká viskozita – rychlý pohyb

Saint Pierre, Martinique, Před a po katastrofě (výbuch vulkánu a pyroklastickém proudu)

Mayon Filipíny, typy rizik a jejich rozsah Dráha pyroklastického proudu (block and Ash flow

Erupce ryolitových domů Sierra Nevada Mono Craters Long Valley Mammoth Mts Long Valley , východní centrální Kalifornie, pohoří Sierra Nevada řada erupcí za poslední 3 mi. Let, největší erupce stará 760 000 let – vytvořila velkou kalderu. Mladší erupce staré 500 až 600 let tvoří linii vulkanických erupcí (Menší krátery Mono a Inyo.

Long Valley Zemětřesná činnost se zvýšila od r. 1978 Způsoben pohyby magmatu v rezervoáru, který je 8 km pod Long Valley 32 x 15 km caldera z erupce před 760 000 lety 4 velká zemětřesní v květnu 1980 Tektonické pohyby (výzdvih kráteru o 25 cm od r. 1975) – izostatické vyrovnávání úbytku hmoty po výbuchu Zem. Roje. = 1) pohyb magmatu? (většina harmonických otřesů) 2) tlak hlouběji situovaných magmat, které se derou nahoru roje  mělčí od května 1982 Spjaté s hromaděním páry a plynů značí možné nebezpečí Později nedošlo k vyhrocení situace, zemětřesení mělká, ale rozptýlena na velkou plochu, bez další exploze

Obří ryolitové exploze Long Valley Proč se jimi zabývat?? 760,000, obří exploze, při opakování vysoká nebezpečnost, Tuf (Bishop tuff) – místy v blízkosti kaldery až 100 m mocné uloženiny- lokálně spečené ignimbrity Tufy mocné více než 1 m v okruhu 75 km – 1 cm tufu až v Kansas City!!

Velké ryolitové exploze Yellowstone

Velké ryolitové eploze The scale is awesome

Jedovaté plyny Láva obsahuje vodní páru a další plyny: CO2, CO, SO2, H2S , F, Cl Většinou nejsou v takové koncetraci, aby byly přímo škodlivé Možnost instalace sirén přímo spjatých s měřením nebezpečných plynů Lake Nios, Cameroon, 1986 - výron CO z jezera – deprese zahynulo mnoho lidí – karbonatitové lávy

Jezero Nios, Cameroon, 1986 Pomalé uvolňování plynů ve vyhaslém vulkánu (kráterové jezero) Náhlé uvolnění plynů ze sedimentů a vody ( těžký CO) – proudil nízko nad zemí – zabi více než 2000 lidí

Bahnotoky a úlomkotoky (hrubší): lahary Popel nebo jiná pyroklastika mohou být zvodněny (fluidizovány – např. deštěm, rozpuštěním sněhu) Mohou mít obrovskou erozní sílu (průtok např. jako řeka Mississippi). -

Debris avalanch, úlomkotoky (debris flow) Vulkanická lavina (debris avalange) – kolaps svahu sopky Mayuyama

Bahnotoky, úlomkotoky, lahary Bahnotoky Osceola (5000 let) and Electron ze sopky Mt Rainier Přesuny hmot na velkou vzdálenost Změna morfologie – v případě obydlených území ztáty ekonomické i na životech (velmi rychlé pohyby (des. km za hod. ) – např. Filipíny, Andy – velmi časté

Tsunami vzniklé vulkanickými explozemi - typy Šíření vlny Tsunami po výbuchu sopky Krakatau v Indonésii

Ochrana před následky vulkanických procesů a prevence dalších škod výzkum, mapy rizikových geofaktorů Monitoring fyz. a chem. faktorů (teplota, seismicita, složení plynů, chem. vod, atd.) Budování preventivních opatření Plánování, rizikové řízení, nácviky chování obyvatel atd.

Mapy rizikových geologických procesů – predikce následků vulkanické činnosti

Předpovídání vulkanické aktivity Některé obecné modely předpovědi mohou fungovat pro většinu vulkánů, ale ne pro všechny Seismická aktivita Zemětřesení – nejdřívější varování Harmonické otřesy – pohyby magmatu Před erupcí často utichají, jiné jsou klidné před výbuchem – neprojevují se vůbec Změny tvaru a výšky sopky, dómu Geofyzikální monitoring Magmatický krb se většinou před erupcí naplní - Uvolňování plynů, pohyby na svazích, vyklenování Zvýšení tep. tok (radarové snímky) Změny mag. pole, horké prameny, výrony vod atd. DPZ- monitoring z družic

Předpovědi vulkanické aktivity Plyny Změny v geochemii (změny v množství vodní páry a její teplotě, CO2, SO2, etc) Tato pozorování fungovala u sv. Heleny i u Filipínské sopky Pinatubo (změny chem. složení plynů pomohlo předpovědět 13 erupcí Geologická minulost (příklady) Mapování fosilních vulkanických hornin charakterizuje běžné typy vulkanické aktivity Příklad: > více než 90% povrchu havajské sopky Kilauea bylo přikryto lávovými poli během poslední 1500 let. Je tam možnost dlouhodobých pozorování změn vulkanické aktivity – to nemáme v recentu

Doprovodné jevy předcházející vulk. Erupci na příkladě sv. Heleny

Změny tvaru vrcholu sopky a její výšky

Zemětřesná aktivita, (tektonická a vulkanická zemětřesení a jejich záznamy vulkanická zemětřesení – seismické eventy, které se odehrávají v těsné blízkosti vulkánu a jsou generovány vulkanickými procesy Jsou pozorovány před erupcí roky, když se jejich frekvence zvýší výrazně- je to signál k evakuaci Dnešní metody umožňují určit hypocentra s přesností 100-130 m vertikálně a 50-100 m horizontálně, v průměru však do 0,5 - 1 km Hloubky hypocenter max do 10 km, generovány – otevíráním křehkých fraktur, pohyby fluid, reakcí magmatu a stěn krbu, pyroklastickými proudy, explozemi plynů, sesuvy atd.

Typy seismických záznamů spjatých se zemětřeseními Otevírání křehkých trhlin, zlomů, Pohyby na nich, Vytvářejí často zemětřesné roje, Nízká amplituda (frekvence 5-15 Hz Rázy při uvolňování plynů z Magmatu v krbu, tok magmatu 1-5 Hz vyvolán turbulentními pohyby magmatu při jeho výstupu přív. drahou –stálá amplituda, frekvence Stejné jako u předchozího typu šokové vlny při explozi- projevují se I na seismogramech

Typy seismických procesů spjatých s počátkem sopečné aktivity

Změna klimatu v Nové Anglii po erupci Sopky Laki (1783) V Grónsku (analýzy Ledových jader), změny Kyselosti v důsledku Kys. dešťů Šíření aerosolu (SO2) Po výbuchu sopky El Chichón 1982 Mexiko

Vznik aerosolů v atmosféře v důsledku pliniovské erupce

Pozitivní a negativní efekty Sopečné činnosti na Teplotu atmosféry

Teplotní anomálie po výbuchu sopky Pinatubo (listopad až leden 1992) Tmavě modrá – 4 ° C, světle modrá -1, světle žlutá – žádný rozdíl, tmavě žlutá až Oranžová – oteplení o + 4 °C

Modelové výpočty zvyšování teploty atmosféry (žlutá a černá, pozorování)

Záznam vulkanických erupcí v arktickém ledu (Grónsko) a letokruzích, borovice, (Kalifornie)

Pozitivní a negativní feed back control vulkanické činnosti klimatu