Vulkanická rizika Řada vulkanických produktů a procesů je zodpovědná za vznik geologických rizik (přehled viz. tabulka). Vulkanické erupce – typy, proměnlivý potenciál geohazardů. Především explozivní, paroxysmatické erupce. Klasifikace erupcí dle explosivity - VEI - rychlost erupce, objem produkce sopečného materiálu, výška vulkanického sloupce a doba trvání erupce. Hodnoty 0 – 8. Jednotlivé vulkanické procesy a produkty jako geohazardy: 1. Vulkanická zemětřesení Velký potenciál geohazardů. Kolem 7% všech zemětřesení na planetě. Typicky menší intenzity než tektonická zemětřesení (nejsilnější Kaskádovém pohoří magnitude 5.5 - 1981, Mt. St. Helens). Dva typy vulkanických zemětřesení: vulkanicko-tektonická (VTs) a zemětřesení s dlouhou periodou (LPs). Zemětřesná aktivita pod sopkou téměř vždy narůstá před erupcí – magma i vulkanické plyny otevírají cestu skrze mělce podpovrchové cesty (vznik deformací/pukliny, vibrace). 2. Vulkanické plyny Rozpuštěné plyny v magmatu (vysoký tlak) – uvolňování do atmosféry před i během erupce, post-vulkanické procesy (rychlost, množství, teplota, složení, změny v čase). Dlouhodobý a stálý únik do atmosféry (půda, krátery, trhliny, fumaroly, solfatary, hydrotermální systémy..). Výstup magmatu – pokles tlaku – vznik bublin – snížení hmotnosti taveniny – pokračující/zrychlující výstup – blízko pod povrchem nárůst velikosti a množství bublin – množství plynů může převýšit množství taveniny („magma foam“) – fragmentace taveniny při explozivní aktivitě (vznik tefry). Výstup plynů a tefry desítky km do atmosféry při velkých explozivních erupcích. Ovlivnění vzdušným prouděním. Šíří se primárně jako „acid aerosols“, přichycení k pevným částicím tefry a mikroskopické částice solí. Nárůst objemu vulkanických plynů při erupci – 1m3 900°C ryolitového magmatu s 5 % H2O při výbuchu expanze na 670 m3 (Sparks et. al., 1997). Expanze vulkanických plynů – hlavní hnací síla pro exploze. Nejčastější a nejtypičtější vulkanické plyny: vodní pára (H2O), CO2 a SO2. Dále menší množství H2S, H2, CO, HCl, HF, He,… Rozdíly ve složení v konkrétních případech (teplota, chemismus,... Největší nebezpečí – SO2, CO2 a HF. 3. Sekundární emise plynů Kontakt láva vs. těleso stojaté vody (především moře) – chemické reakce vznik bělavého sloupce plynů („lava haze or laze“) – HCl a koncentrované mořské vody – velmi kyselá reakce (salinita 2-3 krát vyšší než mořská voda, pH 1.5-2.0), krátká doba existence – přímé vystavení vlivu představuje riziko. 4. Lahary Lahar (Indonesie) - chladná či horká směs vody a úlomků hornin (především pyroklastika) pohybující se jako relativně hustý proud po svahu sopky nebo v jejím okolí (např. říčním údolím). Transportován materiál široké zrnitostní škály – zrnitost od jílu po balvany (více než 10 m). Rozdíly ve velikosti (šířka, délka, mocnost) a rychlosti proudů – závislost na sklonu, podílu vody, morfologii terénu, čase….. Konstantní změny velikosti, rychlosti poměru voda/klasty při pohybu. Iniciální lahar - eroze materiálu na svazích sopky a v údolních depresích. Vývoj v čase změny velikosti a rychlosti (iniciální nárůsti vs. pokles díky sedimentaci). Zdroj vody – tání sněhu a ledu, vytlačení vody z kráterového jezera, dešťové srážky. Snadná eroze nezpevněných a zvětralých (hydrotermální fluida) materiálů. Problematika podledovcových sopek (Island, Antarktida..) . Klasifikace laharů – dle mechanismu vzniku, vazba k vulk.erupci, rychlost, délka,.. Lahary vzniklé při vulkanické erupci (lávové proudy, pyroklastické proudy, pyroklastický spad) Lahary vzniklé po erupci (role intenzivních srážek, role jezer) 5. Pyroklastické proudy Husté směsi žhavých úlomků hornin a plynů pohybující se vysokou rychlostí po svazích sopky. Vznik při explozivních erupcích nebo při neexplozivních erupcích láv ve vazbě na kolaps lávového dómu či proudu na prudkém svahu. Většina pyroklastických proudů je složena z bazální části transportující hrubé částice a turbulentního mračna s množstvím popela nad bazální částí. Bazální partie se pohybují typicky rychlostí více než 80 km/h – mechanická destrukce materiálu v cestě. Teploty proudu 200°C - 700°C vede k hoření či tavení materiálů. Turbulentní mračno – vysoká rychlost horkých plynů a popela. Výrazné rozdíly ve velikosti a rychlosti proudů – i malé proudy se dostávají více než 5 km od vulkánu. Dráha proudů většinou v rámci depresí terénu a údolí a mohou je zaplnit (zjištěno i více než 200 m). Vazba k laharům (viz. Mt. Pinatubo, Nevado del Ruiz,...) 6. Spadová pyroklastika Materiál vyvržený do atmosféry a transportovaný ve vzdušné mase (nejrůznější velikost, původ, složení, hustota, dráha,..). Vulkanický popel – transport tisíce km, hazard potenciál, (problematika pohybu vzdušné masy, spékaní částic,…). Díky malé velikosti prakticky všudypřítomnost, abrasivní materiál, snížení slunečního svitu, viditelnosti, kluzký materiál snížení průjezdnosti, zřícení konstrukcí, poruchy el. a dat. sítí, ….. 7. Lávové proudy Neexplosivní aktivita nebo explosivní lávové fontány. Vysoce ničivé ale relativně pomalé. Rychlost závisí na: 1) typ lávy, viskosita a teplota; 2) sklon svahu; 3) dráha toku a tvar tělesa lávy , 4) rychlost produkce lávy. Tekuté proudy basaltů – rozsah desítky km, rychlost pohybu na okraji kolem 10 km/h, i na prudkých svazích, na mírných svazích typicky pod 1 km/h. Pohyb těchto láv v rámci koryt nebo lávovém kanále na strmém sklonu – hlavní těleso proudu až přes >30 km/h. Viskózní andesitové proudy - vzácně rychlost přes 8 km/h při pohybu z kráteru. Viskózní dacitové a ryolitové proudy většinou vytlačovány jako lávové dómy. Lávové dómy často složené z řady proudů, výška >30 m během několika měsíců, rychlost několik m/h. Tělesa v dráze pohybu proudu vystaveny destrukci (zřícení, tavení, pohřbení,..). Tvorba laharů, kontakty lávy a těles vody – explosivní fontány páry, spatter cones, produkce metanu při pohřbení vegetace (migrace, hoření, ). Kolaps pyroklastických dómů a tvorba pyroklastických proudů. 8. Vulkanické sesuvy Vulkanické sesuvy mají velikost od méně než 1 km3 k více než 100 km3 . Vysoká rychlost (>100 km/h), hustota a moment setrvačnosti – pohyb do protisvahu až několik set m vysoko. Sesuv na Mt. St. Helens (18.5. 1980) objem 2.5 km3 , rychlost 50-80 m/s (180-288 km/h) překonal 400 m vysoký hřbet ve vzdálenosti 5 km od sopky. Sesuvy vedle přímé destrukce mohou vyvolávat množství dalších aktivit (vyvolání explozivní erupce, pohřbení údolí a depresí, vznik laharů, vyvolání tsunami, přehrazení jezer, vznik velkých podkovovitých kráterů..). Monotoring vulkanické činnosti - seismický monitoring, plynné emise, terénní průzkum, GPS a dálkový průzkum, studium sklonu (tilting), chemismus a teplota vod. Katastrofické vlny - tsunami Tsunami – Japonsko - "harbor wave” – zaplavení pobřeží.Obrovská vlna či spíše série velkých vln – odraz vertikální deformace vodní masy – horizontální šíření - „normální“ pozice. Iniciální velikost tsunami – odráží míru vertikální deformace oceánského dna (WACTC). Vznik – podmořská zemětřesení, sesuvy, vulkanické erupce, impakty,… Efekt katastrofické vlny + efekt zaplavení (rozdílná role při materiální destrukci a ztrátách na životech) Vlna trunami – několik fází vývoje: a) Iniciace, b) šíření – do hlubokého oceánu (distant tsunami) směrem k blízkému pobřeží (local tsunami), c) zesílení - local tsunami (amplituda, vlnová délka, výška), d)ústup vs. náběh/“runup - bore“, e) návrat vody – „coastal trapped wave - edge wave“). Problematika mořského vlnění a jeho transformace (důvody vzniku, vlnová délka, výška vlny, perioda, hloubka vlnění – vlny otevřeného a mělkého oceánu, šíření energie, kinetická energie vlnění). Tsunami v geologickém záznamu - tsunamiites Varovné systémy tsunami, problematická lokalizace stavebních konstrukcí (vzdálenost, nadmořská výška) , geologický či historický záznam událostí, pozice uvnitř a mimo konstrukce z hlediska stability a odolnosti, informace o potencionálním spouštěcím mechanismu Prachové bouře Oblak prachu unášený turbulentním prouděním vzduchu; vertikální rozsah prachového oblaku až stovky m (aridní, semiaridní i humidní oblasti - půdy devastované nadměrným zemědělským využíváním). V 1 km3 vzduchu může být rozptýleno při prachové bouři až 1000 t prachu Efekty „globální“ – snížení sluneční radiace, ochlazení atmosféry, ochlazení povrchových vod oceánu, změny v rozložení vrstev atmosféry – ovlivnění větrné činnosti, srážek, tropických bouří (redukce) Za rizikové z hlediska působení větru je možno pokládat oblasti, kde často rychlost překračuje 5. stupeň Beaufortovy stupnice, tj. 8 m/s. Česká republika - Polabí, moravské úvaly a brány. Eolická eroze – deflace a korase. V Čechách je 26 % povrchu ohroženo eolickou erozí půd, na Moravě 45 %. Největšími riziky a hrozbami pro zemědělskou půdu v důsledku klimatické změny je větrná a vodní eroze, acidifikace a salinizace, dezertifikace, ztráta organické hmoty (dehumifikace), zhoršení půdní struktury a s tím související utužení půdy, záplavy a sesuvy půdy či zástavba.