Kiedy wybuchnie Yellowstone

Gdy spoglądał na południe, odnosił wrażenie, że Górom Skalistym brakuje tu... gór. Na przestrzeni wielu kilometrów jedyne wzniesienia widniały hen, w oddali. Stanowiły jakby ramę otaczającą rozległą, zalesioną nieckę. Doane’owi nasuwało się tylko jedno wyjaśnienie: był to kiedyś wielki krater obecnie wygasłego wulkanu.

Porucznik miał rację. Yellowstone jest wulkanem. I to nie byle jakim. Najstarszy i najsłynniejszy park narodowy Stanów Zjednoczonych leży wprost na wierzchołku jednego z największych wulkanów na ziemi. Doane pomylił się tylko w jednym. Wulkan w Yellowstone nie wygasł. Jest niepokojąco aktywny.

Są wulkany i superwulkany. Co do tych ostatnich nie uzgodniono definicji. Termin został spopularyzowany w 2000 r. przez dokumentalny serial przyrodniczy BBC. Niektórzy specjaliści stosują go, opisując erupcje o niespotykanej gwałtowności i objętości. Służba Geologiczna USA używa go do definiowania każdej erupcji wyrzucającej jednorazowo co najmniej 1 000 km3 lawy, pumeksu i popiołów, czyli ponad 50 razy więcej niż erupcja indonezyjskiego Krakatau w 1883 r., która zabiła ponad 36 tys. osób. Wulkany budują góry, superwulkany wymazują je z powierzchni ziemi. Wulkany niszczą florę i faunę w promieniu kilku kilometrów, superwulkany zmieniają klimat globu, zagrażając wyginięciem całym gatunkom.

W dziejach ludzkości nie odnotowano jeszcze erupcji superwulkanu, ale geolodzy opracowali jej przypuszczalne stadia i obraz. Najpierw z wnętrza planety unosi się pióropusz gorąca, które stapia skały tuż pod ziemską skorupą. Powstaje ogromna komora wypełniona magmą, półpłynnymi skałami oraz parą wodną zmieszaną z dwutlenkiem węgla i innymi gazami. Ta mieszanina znajduje się pod znacznym ciśnieniem. Przez tysiące lat w komorze przybywa magmy, a powierzchnia ziemi nad nią wybrzusza się. W stropie komory pojawiają się pęknięcia. Znajdujące się pod ciśnieniem gazy w pewnym momencie wydostają się przez te szczeliny potężną erupcją. – Tak jak po otwarciu wcześniej potrząsanej butelki z coca-colą – wyjaśnia obrazowo Bob Christiansen, naukowiec ze Służby Geologicznej USA, który w latach 60. XX w. zainicjował pionierskie badania wulkanu Yellowstone. Strop opróżnionej komory magmowej się zawala. Cały dotychczas wypiętrzony fragment powierzchni ziemi zapada się, jakby planeta pożerała samą siebie. Powstaje gigantyczne zagłębienie zwane kalderą. Plama gorąca (ang. hot spot) odpowiedzialna za powstanie kaldery Yellowstone wybuchała wielokrotnie w ciągu minionych 18 mln lat. Ponieważ sięga ona bardzo głęboko, a płyta litosferyczna nad nią przesuwa się na południowy zachód, kaldery z poprzednich erupcji upodobniły się do gigantycznych paciorków nanizanych na niewidoczną nić. Od dzisiejszego południowego Idaho, ku Oregonowi i Nevadzie, kolejne wypływy lawy utworzyły osobliwy, księżycowy pejzaż równiny rzeki Snake.

Trzy ostatnie supererupcje zdarzyły się w samym Yellowstone. Najpóźniejsza, ok. 640 tys. lat temu, była tysiąckrotnie większa niż wybuch St. Helens w 1980 r., podczas którego zginęło 57 mieszkańców stanu Waszyngton. Liczby jednak nie dają pełnego obrazu chaosu. Uczeni szacują, że słup popiołów wyrzucony przez erupcję Yellowstone sięgnął 30 tys. m, a materiał wulkaniczny pokrył Zachód aż po Zatokę Meksykańską. Potoki piroklastyczne – rozgrzane do temperatury 800°C gęste, śmiercionośne tumany złożone z popiołów, skał i gazów – wypełniały całe doliny chmurą szarej materii tak gorącą i ciężką, że samoczynnie zespalała się niczym asfalt, całkowicie pokrywając zielone dotąd obszary. Ale nawet ta erupcja nie była tak gwałtowna, jak dwukrotnie potężniejszy wybuch sprzed 2,1 mln lat. Pozostała po nim dziura w ziemi wielkości 4 000 km2. Natomiast około 1,3 mln lat temu doszło do jeszcze jednej erupcji, słabszej, choć także katastrofalnej.

Za każdym razem skutki wybuchu były odczuwalne na całym globie. Gazy wyrzucone do stratosfery mieszały się z parą wodną, tworząc rzadką mgiełkę aerozoli siarczanowych przyćmiewających promieniowanie słoneczne. Mogło to zakończyć się dla Ziemi trwającą lata „zimą wulkaniczną”. Niektórzy uczeni są zdania, że o takim incydencie sprzed około 74 tys. lat może zaświadczyć nasze własne DNA. Wówczas w dzisiejszej Indonezji wybuchł superwulkan zwany Toba. Wywołane tym wydarzeniem ochłodzenie w skali globu mogło zredukować całą ludzką populację do zaledwie kilku tysięcy osobników. Oznaczałoby to, że człowiek jako gatunek był bardzo bliski unicestwienia.

Mimo takiej gwałtowności po superwulkanach pozostało niewiele. Kaldera Yellowstone ulegała erozji, zalały ją potoki lawy i zasypały popioły późniejszych erupcji (ostatnia ok. 70 tys. lat temu), wreszcie jej powierzchnię wyrównały lodowce. Dziś knieja porasta stare szramy. Trudno je dostrzec, chyba że ma się dobre oko, jak Doane, albo jest się geologiem.
– Widać dwie trzecie kaldery. Jest tak ogromna, że ludzie jej nie ogarniają – mówi Bob Smith, geofizyk z Uniwersytetu Utah, znawca superwulkanu w Yellowstone. Stoimy nad jeziorem Butte, mając przed sobą panoramę wschodniego krańca jeziora Yellowstone. To jedno z najlepszych miejsc, by zobaczyć kalderę. A jednak jej nie dostrzegam. Widzę jezioro rozciągające się poniżej kilometrami, a na północy kilka niewielkich wzniesień – starych tarcz lawowych. Nie potrafię natomiast odnaleźć krawędzi kaldery. Większą jej część kryje jezioro, a zresztą jest zbyt wielka – ma ok. 72 km średnicy. Podobnie jak ongiś Doane na szczycie Washburn, widzę tylko odległe góry, a między nimi, „bezgórze” – pustkę powstałą w miejscu gdzie w ciągu kilku dni Ziemia pożarła samą siebie.

A mimo to skutki minionych erupcji wyraźnie dają o sobie znać. Sosna wydmowa (Pinus contorta), która zdominowała parkowy drzewostan, zaadaptowała się do gleby ubogiej w składniki odżywcze, takiej jak w kalderze Yellowstone. Podobnie przystosowała się sosna jasnokora (Pinus albicaulis), której szyszkami żywią się grizzly i baribale.
I, oczywiście, ziemia do dziś dosłownie tutaj kipi. Nie kotłowałoby się w rzekach od pstrągów, gdyby nie wpływ cieplic bijących na dnie zimnego jeziora Yellowstone. W parku jest mnóstwo gejzerów, fumaroli, błotnych wulkanów i innych form aktywności hydrotermalnej. Połowa ziemskich gejzerów znajduje się w Yellowstone. Warunki hydrotermiczne nieustannie się zmieniają, zarówno ciepłota, jak i formy, które pojawiają się w lasach, wyrzucając chmury pary wodnej widoczne z samolotu i emitując do atmosfery wyziewy, o których wiadomo, że na miejscu powalały bizona.

Mimo widocznych „najgwałtowniejszych gazowych kipieli”, jak zanotował jeden z wczesnych odkrywców, wulkan pod Yellowstone długo traktowano jako wygasły (tak sądził Doane) albo jako wygasający. Po badaniach przeprowadzonych pod koniec XIX w. na zlecenie władz federalnych wulkanizm Yellowstone na dziesięciolecia niemal przestał być przedmiotem zainteresowań naukowych. I dopiero pod koniec lat 50. XX w. Francisa „Joego” Boyda, świeżo upieczonego absolwenta Har-vardu, zaintrygowała obecność spieczonego tufu – grubej warstwy podgrzanego i sprasowanego popiołu, które uznał za manifestację potoków piroklastycznych towarzyszących ostatniej erupcji.

W 1965 r. Bob Christiansen znalazł kolejne stanowisko takiego tufu, a w następnym – jeszcze jedno. Dzięki datowaniu metodą potasowo-argonową stwierdzono, że trzy warstwy tufów powstały w wyniku trzech różnych erupcji. Każda utworzyła gigantyczną kalderę. Ostatnia w znacznym stopniu pogrzebała ślady po obu wcześniejszych.
W 1973 r. Bob Smith ze współpracownikiem wykonywali badania na wyspie Peale, w południowej odnodze jeziora Yellowstone. Pewnego dnia odnotował ze zdziwieniem, że niektóre drzewa wzdłuż brzegu stały w wodzie i usychały. W 1956 r. badał tę samą okolicę i obecnie chciał skorzystać z tego samego pomostu co wówczas. Ale ten także był zalany. Co się stało?
Zaintrygowany, postanowił odnaleźć repery geodezyjne stawiane od 1923 r. przez ekipy budujące drogi. Pomiary pokazały, że Dolina Haydena, leżąca w kalderze na północ od jeziora, przez kilkadziesiąt lat została wydźwignięta o ok. 75 cm. Natomiast południowa okolica jeziora ani drgnęła. W wyniku podniesienia obszarów na północy woda spłynęła w południową część. Teren się wybrzuszał. Wulkan żył.

Smith opublikował wyniki swoich badań w 1979 r. W wywiadach nazywał Yellowstone „żyjącą, oddychającą kalderą”. Kilka lat później, po serii jednoczesnych, przeważnie niewielkich wstrząsów sejsmicznych, teren powtórnie się obniżył.
Od tamtej pory Smith wraz ze współpracownikami wszelkimi możliwymi sposobami stara się „zaglądać” pod park. Z jego badań stopniowo zaczęły się wyłaniać zasięg i potencjał parkowego wulkanizmu. Poziom najpłytszy to przesączanie się wody nawet na kilka kilometrów w głąb skorupy ziemskiej. Tam się ogrzewa i kipiąca wraca do góry, zasilając gejzery i fumarole. Na głębokości 8–10 km leży strop komory magmowej – około 50-kilometrowej szerokości zbiornika częściowo upłynnionych skał. Magma bazaltowa uwięziona w nim jest przez gęstszą magmę ryolitową, pływającą po ciekłym bazalcie niczym śmietanka na mleku. Studiując przechodzenie fal sejsmicznych przez warstwy skalne o różnej gęstości, uczeni odkryli, że komora magmowa jest zasilana gigantycznym pióropuszem gorących skał wyrastającym z górnej części ziemskiego płaszcza. Pióropusz sięga w głąb na 650 km i jest nachylony pod kątem 60° ku północnemu zachodowi. Jeśli do komory napływa od dołu więcej ciepła, powierzchnia ziemi nad nią się wybrzusza. Niewielkie trzęsienia ziemi uwalniają nadmiar rozgrzanych płynów, ciśnienie w komorze spada i teren ponownie się obniża. Po wspomnianej serii wstrząsów w 1985 r. w ciągu następnych 10 lat Yellowstone zapadło się 20 cm. Potem zaczęło się ponownie wypiętrzać, tym razem w szybszym tempie. Od 2004 r. fragmenty kaldery unoszą się z prędkością blisko 8 cm na rok, szybciej niż kiedykolwiek, odkąd zaczęła być monitorowana w latach 70. XX w. Wypiętrzanie trwa mimo 11-dniowej serii wstrząsów sejsmicznych, które wystąpiły pod koniec 2008 r., wywołując apokaliptyczne zapowiedzi w internecie. – Mówimy o niestabilności kaldery. W ciągu wielu takich cykli nagromadzi się objętość magmy wystarczająca do erupcji. A my nie znamy ich charakteru – twierdzi Smith.

Czy będzie następny wybuch? Jakaś erupcja – być może umiarkowana, jak wybuch Pinatubo na Filipinach, który w 1991 r. pochłonął 800 istnień ludzkich – jest wysoce prawdopodobna. Pytanie, jaka jest możliwość erupcji, w której wyniku powstanie kaldera – kataklizmu, który może zabić tysiące ludzi i pogrążyć ziemię w „wulkanicznej zimie”? Katastrofa może zdarzyć się za naszego życia albo i za 100 tys. lub więcej lat. Albo wcale. Bob Christiansen – dziś na emeryturze – podejrzewa, że superwulkan może się z czasem uspokoić. Przez większość dziejów plama gorąca w Yellowstone tworzyła kaldery w cienkiej ziemskiej skorupie prawie całej Nevady, części wschodniej Kalifornii, zachodniego Utah i południowo-wschodniego Idaho. Teraz plama gorąca leży pod znacznie grubszą warstwą skorupy, zwieńczoną masywem Gór Skalistych.
– Sądzę, że prędzej czy później wszystko samoczynnie dojdzie do równowagi – twierdzi Christiansen. Po czym szybko dodaje: – Ale tej opinii nie należy traktować jako wiążącej.