Trzęsienia ziemi i erupcje. Tak było pod koniec ostatniej epoki lodowcowej

Związek między zmianami klimatu a zjawiskami geofizycznymi, takimi jak trzęsienia ziemi czy wybuchy wulkanów, długo był uznawany za zbyt wątpliwy, by mówić o nim poważnie. Ale coraz więcej badań sugeruje, że klimat może wpływać na aktywność sejsmiczną i wulkaniczną poprzez szereg złożonych mechanizmów fizycznych. Na czele tej dziedziny stoją geofizycy i glacjolodzy, którzy śledzą zmiany obciążenia skorupy ziemskiej w wyniku topnienia lodowców, wzrostu poziomu mórz, zmian opadów i ciśnienia atmosferycznego.

"Kiedy lodowiec topnieje, znika olbrzymia masa, która przez tysiące lat przygniatała skorupę ziemską. To powoduje tzw. izostatyczne odbicie - powolne podnoszenie się terenu. Może to prowadzić do reaktywacji uskoków i erupcji wulkanicznych" tłumaczy prof. Bill McGuire z University College London, autor książki Hothouse Earth i artykułu w The Conversation.

Zjawisko to nie jest nowe. Podobne procesy miały miejsce pod koniec ostatniej epoki lodowcowej. Około 10 tys. lat temu, gdy topniały pokrywy lodowe Skandynawii i Ameryki Północnej, w regionach tych odnotowano wzmożoną aktywność sejsmiczną i wulkaniczną.

Jednym z najlepiej udokumentowanych przykładów wpływu topnienia lodu na aktywność sejsmiczną jest Islandia. Kraj ten leży na granicy dwóch płyt tektonicznych i jednocześnie był przez wieki przykryty grubym lodowcem. Gdy lodowiec zaczął się cofać, nastąpiło wyraźne zwiększenie liczby erupcji. Badania opublikowane przez zespół Andrew Hursthouse'a z Uniwersytetu w Glasgow pokazują, że częstość wybuchów na Islandii była około 30 razy wyższa po końcu epoki lodowcowej niż w jej trakcie.

"To jasny przykład tego, że zmiana masy na powierzchni Ziemi może destabilizować systemy magmowe i uruchamiać erupcje" komentuje prof. McGuire.

Podobne procesy mogą zachodzić w Alpach, Alasce czy Himalajach, gdzie lodowce topnieją w szybkim tempie. W Nepalu czy Pakistanie naukowcy zauważyli przesunięcia w aktywności sejsmicznej w regionach dotychczas uznawanych za stabilne. Choć jeszcze nie ma jednoznacznych dowodów, hipoteza o wpływie klimatu na trzęsienia ziemi zyskuje coraz więcej zwolenników.

Nie tylko topniejący lód może prowadzić do trzęsień. Jak zauważa prof. Kristin Morell, geolog z University of California w Santa Barbara, wzrost opadów, również powiązany ze zmianami klimatu, może mieć wpływ na strukturę geologiczną. "Woda opadowa wnika w szczeliny i pęknięcia, zwiększa ciśnienie porowe, co zmniejsza tarcie między skałami i może wyzwolić ruch na uskokach" tłumaczy badaczka w rozmowie z Scientific American.

Dodatkowo silne deszcze zwiększają ryzyko osunięć ziemi, które z kolei mogą wywoływać wtórne wstrząsy. W regionach o niestabilnej geologii, jak Japonia, Filipiny czy południowe Chiny, związki te są już dobrze udokumentowane.

Według danych US Geological Survey w samym 2023 roku zanotowano kilkanaście trzęsień ziemi wywołanych bezpośrednio przez osunięcia gruntu i podniesione ciśnienie wód gruntowych. To zjawiska lokalne, ale pokazujące, że klimat i geodynamika są powiązane bardziej, niż dotąd przypuszczano.

Kolejnym czynnikiem ryzyka jest wzrost poziomu mórz i oceanów. To z pozoru łagodne zjawisko (średni poziom mórz rośnie obecnie o 3,3 mm rocznie), ale w dłuższej perspektywie oznacza ogromny napór masy wody na wybrzeża i dno oceaniczne. "Dodatkowe ciśnienie hydrostatyczne może wpływać na uskokowe systemy sejsmiczne znajdujące się pod dnem morskim" pisze dr Chiara Maria Petrone z Natural History Museum w artykule dla Polytechnique Insights.

Według badaczy z Uniwersytetu w Oksfordzie, wzrost poziomu morza może również wpływać na tzw. megazawiasy sejsmiczne, odpowiedzialne za najpotężniejsze trzęsienia ziemi na świecie, takie jak to z 2004 roku u wybrzeży Sumatry. Większa masa wody może zwiększyć ciśnienie na styku płyt i potencjalnie przyspieszyć uwalnianie energii.

Choć nie można z całą pewnością powiedzieć, że konkretne trzęsienie zostało wywołane przez zmiany klimatyczne, eksperci zaznaczają, że rosnąca liczba korelacji statystycznych powinna skłaniać do większej czujności. Szczególnie w regionach nadmorskich i polarnych.

Podobne mechanizmy działają w przypadku erupcji wulkanicznych. Obniżenie ciśnienia na powierzchni Ziemi (np. w wyniku zaniku lodowca) może umożliwić magmie łatwiejsze przemieszczanie się ku górze. "To jak ściągnięcie pokrywki z garnka z gotującą się wodą - zmniejsza się ciśnienie i pojawia się gwałtowny wyrzut" tłumaczy prof. McGuire.

Badania prowadzone w regionie Mount Rainier w stanie Waszyngton pokazały, że cofające się lodowce mogą sprzyjać erupcjom poprzez odsłanianie kominów wulkanicznych i zwiększenie przepuszczalności gruntu. Co więcej, zmiana opadów deszczu wpływa też na strukturę podziemnych zbiorników magmowych i stref parowych, zwiększając prawdopodobieństwo eksplozji parowo-wodnych.

Najbardziej zagrożone są wulkany w regionach polarnych, górskich i nadmorskich, które doświadczają jednocześnie topnienia lodu i wzrostu opadów. Zmiany klimatyczne nie powodują erupcji bezpośrednio, ale mogą stworzyć warunki, które czynią je bardziej prawdopodobnymi.

Jakie są konsekwencje tych odkryć? Przede wszystkim pokazują, że zmiany klimatu oddziałują na planetę nie tylko poprzez temperaturę czy pogodę, ale też poprzez fundamentalne procesy geologiczne. To zmienia sposób, w jaki powinniśmy myśleć o ryzykach związanych z ociepleniem.

"Wielu decydentów wciąż traktuje trzęsienia ziemi i erupcje jako zjawiska losowe, niezależne od działalności człowieka. Ale nasze badania pokazują, że poprzez wpływ na masę, ciśnienie i wodę, człowiek pośrednio wpływa na geodynamikę Ziemi" podkreśla prof. McGuire.

To oznacza konieczność nowego podejścia do monitorowania ryzyka sejsmicznego i wulkanicznego. Modele zmian klimatu powinny być sprzężone z modelami deformacji skorupy ziemskiej. A planowanie przestrzenne i inwestycje infrastrukturalne, szczególnie w regionach wysokiego ryzyka, powinny uwzględniać nie tylko mapy pogodowe, ale także mapy naprężeń tektonicznych i obszary rosnącego zagrożenia.

Związek między klimatem a geodynamiką pokazuje też, że klasyczny podział na "naturalne" i "antropogeniczne" katastrofy przestaje mieć sens. Coraz częściej mamy do czynienia z "złożonymi katastrofami", w których zmiany klimatu pełnią rolę katalizatora lub czynnika wzmacniającego.

Trzęsienie ziemi wywołane deszczem? Erupcja wulkanu w wyniku topnienia lodowca? Choć brzmi to jak science fiction, dane naukowe wskazują, że to realne scenariusze, które są coraz mniej odległe.