Vulkāni, to klasifikācijas un izvietojums

Mūsdienu izpratnē vulkāni ir ģeoloģiskas struktūras kā uz Zemes, tā arī citiem debess ķermeņiem, kas radušās vulkāniskās darbības rezultātā. Tie ir saistīti ar atveri vai plaisu, caur kuru virspusē nonāk magmatiskie produkti no dziļākām sfērām. Visbiežāk vulkāni ir kalns vai paugurs, ko veido izvirduma produkti. Par lielāko vulkānu tiek uzskatīts Olimps uz Marsa, bet aktīvākā vulkāniskā darbība notiek uz Jupitera pavadoņa Io.

Magma (grieķu - bieza smēre) ir silikātu kausējums, kas piesātināts ar gaistošajiem komponentiem. Parasti tā ģenerējas – rodas ap 100 km dziļumā un tās temperatūra ir 1000-1300oC. Kad pieaugošais spiediens kļūst pārāk liels, magma pa plaisām un lūzumiem litosfērā ceļas uz augšu. Vulkānu magmatiskās kameras var veidoties 2-5 km dziļumā. Magmu, kas izplūdusi zemes virspusē vai jūras dibenā un izplūšanas laikā atbrīvojusies no gāzveida produktiem, sauc par lavu.

Vulkāna izvirdums jeb erupcija (latīņu – izmestais, izsviestais) visbiežāk notiek sprādziena veidā, kuru pavada lavas izplūdums, retāk kā gāzu eksplozija, kad gaisā tiek izsviests plastisks vai ciets vulkanoklastiskais jeb piroklastiskais materiāls (vulkāniskās bumbas, smiltis, pelni u.c.) 1-5 km, maksimāli 45 km augstumā, vai arī izplūst tikai lava. Vulkāni darbojas periodiski un intervāli starp izvirdumiem var būt ļoti dažādi – no dažiem mēnešiem līdz simtiem gadu.

Vulkānus var aplūkot un grupēt pēc dažādām pazīmēm. Pēc aktivitātes vulkānus iedala aktīvajos jeb darbīgajos; gulošajos jeb snaudošajos; senajos, aprimušajos jeb apdzisušajos. Par darbīgiem uzskata tos vulkānus, kuru izvirdumi notikuši ne agrāk kā holocēnā, praktiski cilvēces atmiņas laikā, un ir iespējama to atkārtošanās, par snaudošiem vulkāniem sauc tos, kuri vulkānisko darbību pārtraukuši jau ļoti sen, bet pēc ģeoloģisko apstākļu analīzes tā var atjaunoties, aprimušie vulkāni savukārt ir darbojušies senā ģeoloģiskā pagātnē un to darbības atjaunošanās nav iespējama. Liela daļa darbīgo vulkānu ir saistīta ar Klusā okeāna piekrasti, par snaudošiem vulkāniem, piemēram,  uzskata Elbrusu un Araratu Kaukāzā, bet aprimušo vulkānu ir ļoti daudz – Eiropas centrālajā daļā, Aizkarpatos, Kaukāzā, Tālajos Austrumos, Ziemeļamerikā un citur.

Pašreiz visi endogēnie – Zemes iekšējo norišu izraisītie ģeoloģiskie procesi, tai skaitā arī vulkānisms, tiek skaidroti saskaņā ar plātņu tektonikas koncepciju. Par tās pamatlicēju uzskata vācu ģeologu Alfrēdu Vegeneru, kurš 1912. gadā atkārtoti ierosināja kontinentu dreifa teoriju, taču plātņu tektonika pilnībā atzīta tikai pagājušā gadsimta 60-tajos gados. Saskaņā ar to Zemeslodes litosfērā, ko veido Zemes garoza un augšējās mantijas litificētā (cietā) daļa, izdalāmas 14 litosfēras plātnes, no kurām 11 ir ļoti liela izmēra. To uzbūve nav vienveidīga. Okeānos Zemes garoza nav bieza un to veido tikai „bazalta slānis” un plāna nogulumu kārta, bet kontinentos tās biezums ir ievērojami lielāks, jo bez „bazalta slāņa” tajā izdalāms arī „granīta slānis” un bieza nogulumiežu sega. Līdz ar to litosfēras plātņu biezums mainās 50-100 km robežās. Minimālais tas ir zem okeāniskajām vidusgrēdām, bet maksimālais augstkalnu reģionos. Litosfēras plātnes pārvietojas pa astenosfēru, kas ir plastiskas vielas sfēra mantijas augšējā daļā. Tās esamība pilnībā tika pierādīta un iegūts raksturojums analizējot fiksēto seismisko viļņu izplatību pēc lielās Čīles zemestrīces 1960. gada 22. maijā.

Pēc piesaistes litosfēras plātnēm darbīgos vulkānus dala sprēdinga zonas, subdukcijas zonas un „karsto punktu” jeb „Hot Spot” vulkānos.

Sprēdinga zonā litosfēras plātnes diverģē – divas okeāniskās plātnes viena no otras attālinās. Okeāniskajās riftu zonās tiek kausēta mantijas viela, līdz ar to rodas bāziska sastāva viegli plūstošs magmatiskais kausējums, no kura veidojas bazalti. Vulkāni ar nelieliem izņēmumiem atrodas jūrā, kur notiek plaisu izlijumi vai veidojas vairogvulkāni. Arī kontinentu ietvaros plātnes var diverģēt, kā tas ir, piemēram, Āfrikas Lielajā riftā. 

Subdukcijas zonā litosfēras plātnes konverģē – okeāniskā plātne slīd zem kontinentālās plātnes un plātņu kolīzijas rezultātā okeāniskā garoza tiek stumta mantijā. Šeit magma ģenerējas kā no mantijas vielas, tā arī no garozas materiāla un var būt ne tikai ar ievērojami lielāku Si saturu, tātad skāba sastāva un veidot riolītus, bet tā ir arī mazkustīgāka un satur lielu daudzumu gāzu, tai skaitā ūdens tvaikus. Subdukcijas zonas vulkāni ir pamanāmāki, jo tie galvenokārt ir stratovulkānu konusi.

Tā saucamie „karstie punkti” ir izolēti vulkāniskās aktivitātes reģioni, kas var atrasties arī tektonisko plātņu iekšējā daļā. Šajās vietās mantijas viela tieši zem garozas ir izkausētā stāvoklī. Bāziskā magma var asimilēt jeb uzņemt sevī arī garozas vielu un tādējādi bagātināties ar Si. „Karstie punkti” ir reti. Tektoniskajām plātnēm pārvietojoties, „karstais punkts” saglabā savu atrašanās vietu un veidojas jauns vulkāns. Tādējādi viens aiz otra rodas vairāki vulkāni, kas kā pērles savērti virtenē. Jaunākā no Havaju salām ir tikai 400 000 gadu veca, bet senākā no 6 salām – Kaivai ziemeļrietumos ir radusies pirms 5,1 miljona gadu. Arī Īslande atrodas virs „karstā punkta”.

Pēc atrašanās vietas vulkāni var būt sauszemes jeb virsūdens, zemūdens, zemledus, bez tam tie var būt arī uz citiem debess ķermeņiem.  

Vulkāniskā darbība rada virkni ģeoloģisku veidojumu, kurus var savstarpēji atšķirt pēc formas. Tādas ir galvenokārt bazalta lavas segas un plūsmas, kas var klāt ievērojamas teritorijas, kā arī līdzīga sastāva lieli vulkānu konusi ar lēzenām nogāzēm, ko sauc par vairogvulkāniem. Izmērā krietni mazāki, bet arī ar ne pārāk stāvām nogāzēm ir izdedžu un pelnu konusi. Sadzīviski kā vulkāni tiek uztverti stratovulkāni, kuri šādu nosaukumu guvuši tādēļ, ka sastāv no lavas un piroklastiskā materiāla slāņu mijas, kas veido izteiksmīgus konusus ar salīdzinoši stāvām nogāzēm un krāteri virsotnē. Izspiežoties skāba sastāva magmai veidojas vulkāniskie kupoli. Gāzu sprādziena rezultātā var veidoties ar iežu brekčijām aizpildīti krāteri uz līdzenas virsmas, kurus apjož izmesto atlūzu valnis, bet lavas materiāls nav vērojams. Nereti krāterus aizpilda ezeri. Šādus vulkānus sauc par māriem. Īpaši veidojumi ir kalderas, kas rodas lavas izplūšanas vietās. To izmēri ir milzīgi un forma atgādina lēzenu trauku.

Pēc magmas izplūšanas veida jeb pievadsistēmas izdala centrālā tipa un plaisu vulkānus. Savukārt pēc darbības veida var runāt par efuzīvu vulkānisko darbību, kad notiek salīdzinoši mierīga lavas izplūšana, eksplozīvu vulkāna izvirdumu ar spēcīgu gāzu un piroklastiskā materiāla izsviešanu un kombinētu eksplozīvi efuzīvo darbību, kas parasti sākas ar sprādzienu, kam seko lavas parādīšanās. Atsevišķi var izdalīt supervulkānus, kas atšķiras ar īpašu apmēru vulkānisko darbību. Vulkāns var izveidoties viena izvirduma laikā. Tad to sauc par monogēnu vulkānu, bet poligēns ir tāds vulkāns, kas radies vairākkārtīgas vulkāniskās darbības rezultātā.

Vulkānu izvietojums uz Zemes un to darbības veids ir saistīts ar litosfēras plātnēm. Gadu gaitā, attīstoties tehnoloģijām, uzskaitīto vulkānu skaits palielinās. Ja pēc 1960. gada datiem uz Zemes bija zināmi 523 darbīgi vulkāni, no kuriem 68 zemūdens, tad ap 1980. gadu no aptuveni 4000 zināmiem vulkāniem par darbīgiem tika uzskatīti 850, no tiem 100 – zemūdens. Pašreiz ir zināmi ap 1500 aktīvi vulkāni, kas darbojušies pēdējos 10 000 gados. Vairums no tiem ir stratovulkāni (719), kā arī vairogvulkāni (176), kompleksie vulkāni (66), kalderas (86), atsevišķi izdedžu un pelnu kupoli (147), plaisas vai nelielu krāteru virknes (27), māri (19), zemūdens vulkāni (137) un vulkāniskie lauki ar vairākiem simtiem atsevišķu vulkānu (100).

Vislielākais darbīgo vulkānu skaits (ap 62 %) ir tā saucamajā Klusā okeāna vulkāniskajā gredzenā. Nozīmīgākie vulkāniskās aktivitātes rajoni ir Japāna, Kuriļu salas, Kamčatka, Havaju salas, Centrālamerika, Dienvidamerika, Aleutu salas, Aļaska, ASV, Āfrika, Javas loks Indijas okeānā, Atlantijas okeāna dienvidu un centrālā daļa, Īslande, Vidusjūras reģions. Cilvēku apziņas laikā ir uzskaitīti tuvu 3000 vulkānu izvirdumi.