Gymnázium Jozefa Gregora Tajovského, Tajovského 25, Banská Bystrica, 974 01

Sopkaz fyzikálneho hľadiska

Alexandra Okáľová

Eva Paľková

Gabriela Turčanová

Lucia Kováčiková

II.A

Obsah

Úvod ......................................................................................................................................... 3

1.0 Teoretická časť:

1.1 Magma ............................................................................................................................... 4

1.2 Láva .................................................................................................................................... 5

1.3 Produkty vulkanickej činnosti ............................................................................................ 6

1.4 Rýchlosť a teplota vytekajúcej lávy ................................................................................... 8

1.5 Horúce lavíny ..................................................................................................................... 9

1.6 Prečo sopka chŕli oheň? ................................................................................................... 10

2.2 Výskumná časť:

2.1 Čo sme chceli spracovať .................................................................................................. 14

2.2 Hypotéza .......................................................................................................................... 14

2.3 Opis postupu .................................................................................................................... 14

2.4 Vyhodnotenie ................................................................................................................... 15

2.5 Výsledky a ich využitie .................................................................................................... 23

2.6 Spracovanie hypotéz ........................................................................................................ 24

Resumé ................................................................................................................................... 25

Resumé v cudzom jazyku ....................................................................................................... 25

Záver ....................................................................................................................................... 26

Bibliografické údaje ................................................................................................................ 27

Prílohy ..................................................................................................................................... 28

2

Úvod

„Beda, kto v mori vidí iba vodu, kto nepočuje nemú prírodu, kto v skalách vidí iba skaly.“

Andrej Sládkovič

Vulkány. Majestátne kopce z lávy vyvrhnutej zo srdca Zeme. Čo cítite, keď im

pozriete priamo do očí? Strach, rešpekt a či spojenie s prírodou a dôveru v jej moc? Nech je to

čokoľvek, ponechajte si tento pocit, lebo naša práca si nekladie za cieľ monotónne nazerať na

problém vulkanizmu a sopiek z jedného hľadiska, no snažíme sa priniesť komplexnejší

pohľad na tému. Nechceme ňou osloviť vedeckú spoločnosť, ale najmä bežných ľudí, ktorí sa

čo i len trochu cítia byť deťmi Modrej planéty.

V médiách takmer denne rezonujú správy o rozličných katastrofách. Nie je azda to

dôkazom, že je čas načúvať a naučiť sa žiť na Zemi ako ľudia? Prirodzene, štúdiom sopečnej

činnosti a vulkánov nemožno zastaviť ich ničivé pustošenie, avšak práce s podobným

zameraním môžu prispieť k zhromaždeniu poznatkov, vyzvať verejnosť na diskusiu o

probléme, spraviť nás vnímavejšími na potreby ľudí v postihnutých regiónoch, ako i ukázať

na spôsoby symbiózy človeka a živlov alebo zanechať na tvárach nemý úžas nad

divotvornosťou Matky Zeme.

Jeden český spisovateľ raz povedal, že sopky sú hory v puberte. Mne sa viac páči

názor, že sa podobajú ranám Zeme. Keď nimi trpí ona, trpíme aj my. A tak ako je človek

prekonaním životných príkorí duševne vyrovnanejší a dokáže si vážiť svoje dni, podobne aj

sopka po ukončení svojho besnenia rozkvitne. Dnes si už nik nedokáže predstaviť panorámu

Japonska bez hory Fuji a jej snehovej čiapočky. Jej odraz v blízkom jazere pôsobí tak

pokojne, že málokto v nej ešte vidí sopku.

Prastará mama raz vraveli, že za šesť dní Boh stvoril celú Zem. A ony boli pri tom. Už

pred štyrmi miliardami rokov vynášali sopky na povrch roztavenú hmotu, formovali

kontinenty. Popri tom uvoľňovali do ovzdušia množstvo plynov a vodných pár - vznikala

hydrosféra a atmosféra. Na dne morí láva vytvorila priaznivé podmienky pre baktérie bez

bunkového jadra - prvého bytia na planéte. Paradoxne, vulkány nám darovali život, hoci ho s

toľkým pôžitkom berú.

Sopky sú tak trocha ako my ľudia. Rodia sa pri bolestných vzdychoch matičky Zeme.

Umierajú, lebo sú z popola a na popol sa aj obrátia. Milujú a nenávidia...

3

1.0 Teoretická časť

1.1 MagmaMagma (grécke slovo znamenajúce plastický, tvarovateľný) je silikátová a v ojedinelých

prípadoch karbonátová tavenina vysokej teploty (650-1200˚C). Vzniká prevažne v priestore

astenosféry a len zriedkavo aj v spodných častiach litosféry (kôry) kontinentálneho profilu. V

závislosti od miesta (subdukčná zóna hlbokomorských priekop, riftové  údolie 

stredooceánskych chrbtov, alebo plášťový chochol horúcich škvŕn) je jej zloženie iné.

Zložená je z viacerých zložiek, ktoré tvoria pevné súčasti (kryštály minerálov), magmatická

tavenina, plyny a vodné pary. Ich vzájomný kvantitatívny pomer v rôznych typoch magiem je

variabilný a v procese jej vývoja sa môže meniť.

Tavenie hornín je spôsobené vplyvom vysokej teploty a tlaku. Niekedy sa však

magma môže vytvárať aj prídavkom fluíd (najčastejšie vodných pár) k vysoko zohriatym

horninám - častý jav v subdukčných zónach. To zapríčiní zníženie teploty tavenia a tým vznik

magmy. Prípadne sa môže tvoriť aj tavením okolitých hornín vplyvom už existujúcej magmy,

vystupujúcej cez kôru, ak je teplota tavenia týchto hornín nižšia ako teplota vystupujúcej

magmy. Po roztavení stúpa magma k povrchu, nakoľko jej hustota je nižšia, ako hustota

okolia. Následok stúpania je vznik magmatických komôr, a následnej vulkanickej činnosti.

Hlavné charakteristiky magiem

Názov Obsah SiO2 (hm. %) Obsag Fe + Mg (hm. %) Teplota ( °C) Viskozita Erupcia

ultramafická < 45 od 8 do 32 1 500 veľmi nízka pokojná

mafická < 50 ~ 4 ~ 1 200 nízka pokojná

intermediátna ~ 60 ~ 3 ~ 1 000 stredná explozívna

felzická > 70 ~ 2 700 vysoká explozívna

Tabuľka č. 1 - Hlavné charakteristiky magiem

4

1.2 Láva

Láva je roztavená hornina vyvrhovaná z krátera sopky počas erupcie. Rozdiel medzi

lávou a magmou je, že termín láva pomenúva roztavenú horninu na povrchu Zeme, naopak

magma roztavenú horninu pod povrchom. Medzi lávou a magmou sú aj ďalšie rozdiely

(obsah plynov, atď.) Teplota lávy sa pohybuje v rozmedzí od 700 °C do 1 200 °C.

Chemické zloženie lávy má vzťah k jej teplote a správaniu. Vyvreté horniny, z ktorých

je tvorená láva môžu byť rozdelené do troch skupín: felzické, intermediátne a mafické. Láva

môže ďalej obsahovať xenolity (úlomky neroztavených hornín), prípadne aj utuhnuté časti

vlastnej taveniny. Utuhnutím lávy určitého zloženia dostávame zodpovedajúcu horninu.

Rýchlym utuhnutím taveniny sa tvorí tzv. vulkanické sklo - hornina bez viditeľných kryštálov

jednotlivých minerálov.

Jednou zo základných fyzikálnych veličín lávy je jej viskozita. Viskozita všeobecne

predstavuje stupeň vnútorného trenia kvapaliny. Jednotkou viskozity je poise. V súvislosti

s lávami sa často používa termín fluidita, ktorá je matematickým vyjadrením prevrátenej

hodnoty viskozity. Takto viskózne lávy majú vysokú fluiditu a opačne. Celkove je dokázaný

priamo úmerný vzťah obsahu SiO2 (ale aj Al2O3 a TiO2) s viskozitou. Je známe, že viskozitu

láv výrazne znižuje prítomnosť vyššieho podielu prchavých zložiek (vodné pary, vulkanické

plyny). Z toho vyplýva, že napr. únik prchavých zložiek v závere kryštalizácie magmy

podmieňuje prudký vzrast viskozity taveniny. Viskozita výrazne ovplyvňuje tvar

vulkanických telies: viskózne lávy tuhnú najčastejšie v podobe dómov, ihiel a podobných

foriem, zatiaľ čo bazaltové lávy sa „rozlievajú“ spravidla na veľkej ploche.

Dĺžka prúdov láv s nízkou viskozitou v prípade niektorých vulkánov je extrémna;

lávové prúdy na Islande dosiahli dĺžku 13 km, na Havaji vyše 50 km a v oblasti plató

bazaltov v Kolumbii do 160 km. Z toho vidieť, že objem jednotlivých lávových prúdov

miestami dosahuje desaťtisíce m3. Lávové prúdy zaberajú veľké plochy, pričom masa

lávových prúdov jednej erupcie často pokrýva plochu 100 i viac km2.

5

1.3 Produkty vulkanickej činnostiProduktmi vulkanickej činnosti sú vulkanické plyny, láva a vulkanoklastický

materiál (vulkanoklastické sedimenty). Ich štúdium umožňuje poznať fyzikálne a chemické

podmienky vulkanických procesov a rekonštruovať ich priebeh v geologickej histórii.

Vulkanické plyny

Chemické zlož. vulkan. plynov a jeho závislosť na zmene teploty vyjadruje nasled. tabuľka:

ROZMEDZIE TEPLÔT (v °C) CHEMICKÉ ZLOŽENIE (bez vodne pary)

1 200 - 800 HCl, SO2, CO2, H2, H2S, N2

800 - 100 HCl, SO2, H2S, CO2, N2, H2

100 - 60 SO2, H2S, CO2, N2, H2

pod 60 H2S, CO2, N2

Tabuľka č. 2. – Závislosť chemického zloženia vulkanických plynov od zmeny teplôt

V plynoch môžu byť prítomné aj stopové množstvá železo (Fe), meď (Cu), zinok (Zn),

ortuť (Hg). Veľká časť plynov je nemagmatického (atmosférického) pôvodu, v dôsledku ich

kontaminácie magmou vo vrchných častiach kôry. Obsah plynov v láve sa obyčajne pohybuje

medzi 1 - 5 %, pričom väčšinu ich obsahu tvorí vodná para.

Vulkanické plyny majú veľký význam pri formovaní prívodných ciest magmy z

magmatického rezervoáru na povrch. Horúce plyny pod veľkým tlakom rozširujú trhliny,

ktorými vystupuje magma, fragmentmi okolitých hornín erodujú a rozširujú vulkanické

komíny a významne sa podieľajú aj na samotných vulkanických erupciách.

Láva

Pri znížených tlakoch sa z magmy oddeľuje plynná fáza a odplynená magma tvorí

lávu. Odplyňovanie doprevádzajú explózie, ktorých intenzita závisí na viskozite. Veľmi

tekutá bázická magma (bazaltová) umožňuje plynulý únik plynov. Vytvára bublinovitú lávovú

penu, ktorá obyčajne plynule, bez väčších explózií, vyteká z prívodných kanálov. Naproti

6

tomu silne viskózna kyslá magma (ryolitová) je náchylná k prudkým explóziám.

Zmeny vlastností magmy v závislosti na chemickom zložení:

VlastnosťBazaltová láva

(bázická)Andezitová láva

Ryolitová láva

(kyslá)

Obsah SiO2 najnižší okolo 50 % 50 - 70%najvyšší viac ako 70

%

Typické minerály

Ca - živce

pyroxény

olivíny

Na - živce

amfiboly

pyroxény

sľudy

K - živce

kremeň

sľudy

amfiboly

Viskozita najnižšia stredná najvyššia

Sklon k tvorbe láv

pyroklastík

najvyšší

najnižší

stredný

stredný

najnižší

najvyšší

Hustota hornín najvyššia stredná najnižšia

Teplota tavenia najvyššia stredná najnižšia

Tabuľka č. 3. - Zmeny vlastností magmy v závislosti na chemickom zložení

Formy lávy

Najčastejšou formou vystupovania lávy sú lávové prúdy. Ich morfológia a vnútorná

stavba sú ovplyvnené vlastnosťami lávy (viskozita a fluidita lávy, jej teplota, chemické

zloženie a obsah prchavých zložiek), ale aj vonkajšími vplyvmi, predovšetkým sklonom

svahu a charakterom prostredia (suchozemské, podmorské). Najdlhšie lávové prúdy vytvárajú

fluidné bazaltové lávy, ktoré môžu dosiahnuť desiatky km. K najdlhším patria bazaltové

lávové prúdy na Havajských ostrovoch (viac ako 50 km), na Islande (až 130 km) a v Columbii

River Plateau (USA) je dokonca opisovaný bazaltový lávový prúd dlhý až 160 km.

7

1.4 Rýchlosť a   teplota vytekajúcej lávy

Vytekajúca láva môže dosahovať úžasne veľké rýchlosti. Ruskí vulkanológovia

predviedli už pomerne dávno meranie jej rýchlosti – bolo to v roku 1938 v jednej

z najodľahlejších krajín Zeme, na najvyššom vulkáne Ázie menom Ključevskaja, vysokom

4750 metrov. Je na polostrove Kamčatka, ktorý sa preťahuje zo severnej Sibíri ako ostroha do

Pacifiku a patrí k najaktívnejším vulkanickým oblastiam sveta. Tam mohli presne sledovať

ako sa vypudená horúca magma ochladzuje a tuhne. Vo vzdialenosti desať metrov od kráteru

vulkánu Biljukaja, ktorá je jednou z vedľajších kužeľov vulkánu Ključevskaja, sa rýchlosť

lávy pohybovala okolo 30 m/min, v stometrovej vzdialenosti to bolo už len 6 m/min,

a v kilometrovej vzdialenosti sa láva posúvala len rýchlosťou 0.5 m/min.

Doposiaľ najrýchlejší tok lávy bol nameraný na Havaji. Na mieste naklonenom 30˚ sa

horúci prúd rútil rýchlosťou 900 m/min, čo je takmer 55 km/hod. Takáto láva obsahuje málo

kyseliny kremičitej, preto je pomerne riedka. Jej teplota je pri výstupe z kráteru 1100 –

1200 ˚C. Z farby taveniny sa dá zistiť jej teplota. Žltá farba znamená najvyššiu teplotu, viac

ako 1200 ˚C, pri teplote 900 až 1100 ˚C je sfarbená do červena a ako náhle sa ochladí pod

900 ˚C, zmení sa jej farba na tmavočervenú až čiernu. Horúca tavenina, ktorá vyteká

z vulkánu je aj pri teplote 600 - 700 ˚C ešte tekutá. Väčším ochladením pozvoľne tuhne, až

spevnie a nadobudne dve rôzne formy. Ak vychladne v hrubých kusoch, nazýva sa „aa-láva“

podľa bolestivého výkriku, ktorý sa ozve, ak sa niekto pokúsi prebehnúť drsnú horninu. Táto

doteraz viklavá, ale ostrohranná hmota zničí po chvíli aj najkvalitnejšie podrážky topánok.

Ak z taveniny naopak vzniknú hladké placky, alebo ako z lana pletené povrazce, nazývajú ju

Polynézania „pahoehoe-láva“, čo znamená „láva, po ktorej sa dá chodiť naboso“. V celom

svete sa tieto názvy používajú pri popise stuhnutej lávy. Hlavne prúdy pahoehoe lávy môžu

preniknúť do vzdialenosti veľa kilometrov. I keď je povrch lávy pevný, po spodnej strane sa

kĺzavo pohybuje aj naďalej, pretože je čiastočne izolovaná tenkým plášťom horniny proti

vonkajšiemu ochladzovaniu. Tak môže láva tiecť ďalej ako rytým kanálom. Vzadu zostanú

iba lišty na stenách, označujúce hladinu taveniny, ktorá už pretiekla. Priechody sú tak veľké,

že v nich človek môže chodiť vzpriamene. Najznámejší z týchto tunelov, zvaný Thurston-

Tube, je na Havaji, dosahuje miestami priemer okolo piatich metrov.

8

1.5 Hor úce lavíny

Z vulkanických výbuchov vždy nevystupujú mraky materiálu vysoko do vzduchu.

Ak sú priveľmi zaťažené prachom, popolom a plynmi, nemôžu sa pre svoju značnú hustotu

zdvihnúť do ovzdušia. Magma sa potom iba vylieva cez okraj krátera a valí sa ako šedá lavína

prachu rýchlosťou 100-500 km/hod po svahoch vulkánu. Dôležitú rolu zohrávajú plyny, ktoré

unikajú zo zmesi horúcej niekoľko sto stupňov a šíria sa do okolia. Prepožičiavajú

vulkanickým mrakom vysokú mobilitu. Vedci tento jav označujú ako pyroklastický prúd,

horúcu lavínu, alebo horúci mrak. Horúce lavíny zomelú všetko, čo im stojí v ceste. Koho,

alebo čo doženú, nemá nádej na záchranu.

Jedna z najväčších katastrof tohto druhu sa stala v roku 1902 na karibskom ostrove

Martinique. Keď po silných otrasoch nakoniec sopka vybuchla, jej láva dosiahla teplotu až

900 ˚C. Plyny a láva pochovali vtedy viac než 30 000 ľudí.

Istý vedec skúmal magmu a zistil, že na každých 100 metrov sa teplota zvýši o 3 ˚C

a okolo vulkánu stúpa teplota ešte rýchlejšie. Podľa výsledkov takéhoto výskumu odborníci

predpokladajú, že sa pod vulkánmi v hĺbke 100-300 kilometrov striedajú vrstvy roztavených

a pevných hornín. Avšak kvôli vysokému tlaku nie je v týchto miestach tavenina tekutá, ale

tavenina má ešte nižšiu hustotu, pretože jej teplota prevyšuje teplotu okolitých skál. Môže

preto stúpať k zemskému povrchu.

Hornina zo stien komôr v sopke sa čiastočne taví a horúca magma sa s taveninou miesi.

Dochádza teda k vnútra Zeme k ďalšiemu a ďalšiemu posunu, stúpa samozrejme tlak. Horúca

magma postupuje do vrchu vulkánu a ten vybuchne. Nastane explózia.

Magma je vlastne tavenina z horniny. Čím menej kyseliny kremičitej magma

obsahuje, tým je redšia. Pri tom ovplyvňuje obsah plynu. Pokiaľ magma vystupuje z hĺbky ,sú

najskôr všetky plyny s ohľadom na vysoký tlak rozpustené v horúcej tekutine. Čím viac sa

blíži k ústiu kráteru, tým je tlak menší. Preto sa plyn z taveniny často vylučuje.

Za určitej teploty magma vyteká z vulkánov horúcim prieduchom ako láva. Ak však magma

obsahuje veľa kyseliny kremičitej, je hustejšia a plyny sa uvoľňujú ťažšie. Ak sa naviac ešte

priblíži nízkej teplote , tvorí sa na tavenine ihneď tuhá kôra alebo dokonca zátka, ktorá

výstupnú šachtu uzavrie. Vzrastajúci tlak potom vymrští magmu z kráteru obrovskou silou.

9

1.6 Prečo sopka chrlí oheň?

Krátka odpoveď je - lebo naša Zem je horúca, a aj keď sa stále ešte trochu zohrieva,

chladne.

Sopky nechrlia oheň, to len tak vyzerá. Vystreľujú z nich žeravé kamene, vyletuje

popol, vyteká roztavená hornina, niekedy vyletí celá sopka.

Teplo vnútri Zeme

Zem vznikla z veľkého oblaku prachu a plynu pred asi 4,5 miliardy rokov. Rástla

pomerne rýchlo; do takmer dnešnej veľkosti narástla za menej ako 100 miliónov rokov. Na

začiatku sa z malých zrniečok náhodnými zrážkami začali vytvárať väčšie zhluky. Jeden z

nich začal vďaka gravitácii priťahovať k sebe ostatné z bližšieho aj vzdialenejšieho okolia.

Zárodok Zeme rástol rýchlejšie a rýchlejšie, priťahoval ostatné zhluky stále viac a viac a tie

vyššou a vyššou rýchlosťou dopadali na zárodok. Pri každom dopade sa zárodok zohrial –

pohybová energia zhluku, ktorý na zárodok dopadol, sa premenila na teplo.

Teplo, vyrobené pri vzniku Zeme, predstavuje asi 90 percent všetkého tepla

zodpovedného za to, že Zem je horúca. Najhorúcejšia bola hneď po vzniku – mala takú

vysokú teplotu, že bola celá tekutá. Vďaka tomu sa mohli vytvoriť dve hlavné vrstvy Zeme,

ako ich dnes poznáme - jadro a plášť.

Prach, z ktorého vznikala Zem, pozostával zo všetkých možných chemických prvkov.

Najviac bolo železa, kyslíka, kremíka a horčíka. V tekutej zmesi ťažké železo klesalo dolu,

ľahšie prvky zostávali hore. Zemské jadro je najmä zo železa, zemský plášť predovšetkým z

kyslíka, kremíka a horčíka. Zem od povrchu postupne chladne a tým tuhne. Dnes je plášť

stuhnutý, jadro je ešte stále tekuté.

Zvyšných 10 percent tepla, zohrievajúceho Zem, je teplo, ktoré sa uvoľňuje pri

rozpade rádioaktívnych izotopov, ktoré tiež boli súčasťou pôvodného prachového oblaku.

Dosiaľ sa všetky nerozpadli, a tak sa aj dnes Zem ešte zohrieva.

Prečo Zem chladne?

10

Lebo je teplejšia ako jej okolie. Okolie, to znamená prázdny priestor začínajúci sa tam,

kde sa končí zemská atmosféra, má teplotu niečo nad absolútnou nulou, nad približne mínus

270 stupňov Celzia. Teplota v jadre Zeme je od štyroch do sedemtisíc stupňov, teplota plášťa

je od tisíc do štyritisíc stupňov.

Teplo vždy tečie tak, aby sa teploty vyrovnávali, tečie vždy od teplejšieho k

chladnejšiemu. Preto horúce veci chladnú. Vyrovnávanie teplôt je dôsledkom jedného z

najhlbších zákonov vesmíru. Je to zákon rastu entropie, zákon rastu neporiadku. Zem podľa

tohto zákona odovzdáva teplo do okolia. Na začiatku to bolo najmä pôvodné teplo, vyrobené

pri vzniku Zeme, dnes asi 75 percent odovzdávaného tepla je teplo od rozpadu rádioaktívnych

izotopov, 25 percent je pôvodné teplo. To, že časť tepla, ktoré odovzdáva Zem do okolia,

pochádza z čias jej vzniku, znamená, že Zem postupne chladne, aj keď sa ešte stále rozpadom

rádioaktívnych izotopov zohrieva.

Tri spôsoby odovzdávania tepla

Hmota, ako ju poznáme, pozostáva z malých čiastočiek, atómov alebo molekúl, ktoré

stále poskakujú, kmitajú. Teplo obsiahnuté v kameni nie je nič iné ako pohybová energia

poskakujúcich čiastočiek. Čím je teplota vyššia, tým viac čiastočky poskakujú, tým viac

pohybovej energie, a teda tepla je obsiahnutého v kameni. Každé teleso, ktorého teplota je

vyššia ako absolútna nula, vyžaruje do okolia energiu vo forme vlnenia – tým chladne a

ohrieva okolie. Tento spôsob odovzdávania tepla je sálanie.

Ak priložíme k sebe teplejší a chladnejší kameň, čiastočky poskakujúce v teplejšom

kameni narážajú do čiastočiek v chladnejšom kameni, tie začnú poskakovať viac a chladnejší

kameň sa zohrieva. Nárazmi sa poskakovanie čiastočiek v teplejšom kameni spomalí a teplejší

kameň chladne. Tento spôsob odovzdávania tepla je vedenie. Ak máme v jednom rohu

miestnosti horúcu piecku, opačný roh sa postupne zohreje sálaním z piecky a vedením tepla z

piecky cez vzduch.

Najúčinnejší spôsob je tretí – najrýchlejšie odovzdáme teplo z jedného rohu miestnosti

do opačného, keď tam prenesieme rovno celú horúcu piecku.

Prenos tepla v Zemi

11

Teplota v Zemi stúpa od povrchu k stredu. Teplo je teda odovzdávané zdola nahor.

Vnútri Zeme môžeme sálanie zanedbať – vlnenie preniká cez hustú hmotu veľmi zle. Sálaním

je odvádzané len teplo od povrchu Zeme do jej okolia. Vedenie tepla je pomerne málo účinný

spôsob jeho prenosu – ak by bolo k dispozícii len vedenie tepla, spodné vrstvy Zeme by boli

horúcejšie ako sú, vrchné vrstvy chladnejšie.

Vieme, že ak nejakú látku zohrejeme, jej objem sa zväčší a čiastočky na svoje

poskakovanie potrebujú viac miesta. Keď sa zväčší objem, zníži sa hustota a zohriata látka

je ,,ľahšia". Vnútri Zeme je horúca, ,,ľahšia" látka dolu, chladnejšia, ,,ťažšia" látka hore.

Tento stav sa ničím nelíši od stavu nafúknutej lopty pridržiavanej pri dne suda plného vody.

Na loptu aj na horúci materiál v spodných vrstvách Zeme pôsobí tá istá vztlaková –

Archimedova sila, ktorá tlačí loptu či horúci materiál zvnútra Zeme smerom nahor. Keď loptu

pustíme, vyskočí na hladinu.

Keď je vztlaková sila vnútri Zeme dostatočná, aby prekonala trenie, ktoré vzniká pri

jeho pohybe, horúci materiál začne stúpať smerom k povrchu Zeme. Teplo zvnútra Zeme k

povrchu sa prenáša od jej vzniku až dodnes predovšetkým týmto spôsobom – priamym

prenosom horúceho materiálu z hĺbok Zeme. Počas celej jej existencie prebieha vnútri Zeme

takzvaná tepelná konvekcia, tepelné tečenie, pri ktorom stúpa horúci, ,,ľahký" materiál

zvnútra Zeme k jej povrchu a na jeho miesto klesá ochladený ,,ťažký" materiál vrchných

vrstiev Zeme. Najmä tento kolobeh je zodpovedný za výzor a správanie povrchu našej Zeme.

Tento kolobeh je zodpovedný za Himaláje, Alpy, Tatry, za Havajské ostrovy, za zemetrasenia

a cunami, za sopečný popol nad Európou.

Aj kamene tečú

Aj keď je materiál zemského plášťa veľmi horúci, nie je roztavený. Vieme celkom

spoľahlivo, že je tuhý, má dokonca kryštalickú štruktúru. Dôvodom je veľký tlak vnútri

Zeme, ktorý pochádza od váhy vyššie ležiacich vrstiev. Látka je tuhá, keď čiastočky, z

ktorých je zložená, síce poskakujú, ale držia pokope. Keď látku zohrievame, čiastočky

poskakujú viac a viac, až od seba odskočia, nedržia pokope a látka sa roztaví.

Keď látku zohrievame a súčasne silno stláčame, čiastočky nemajú ako od seba

poodskakovať, vďaka tlaku ďalej držia pokope a látka zostane v tuhom stave. Ako je to s jej

tečením? Látka potečie, keď sa pod vplyvom nejakej sily nevratne zdeformuje. Tuhé látky,

ako ich vnímame v bežnom živote, sú vo veľkej miere pružné. Keď na tuhú látku zapôsobíme

12

silou, ktorá ju zdeformuje, po skončení pôsobenia tejto sily látka znova nadobudne svoj tvar.

Jej deformácia bola vratná, látka netiekla. Háčik je v tom, že v bežnom živote nemáme dosť

času pôsobiť na tuhú látku deformujúcou silou dlho.

V starých kostoloch sú okenné tabule pri spodnom ráme očividne hrubšie ako pri

hornom. Za niekoľko storočí súvislého pôsobenia deformujúcej sily – gravitácie – sa sklo

nevratne zdeformovalo, stieklo od horného rámu k dolnému. To, či sa látka nevratne

zdeformuje, potečie, je vždy len a len otázka času. Pri tečení materiálu v plášti Zeme sa čas

počíta na desiatky, stovky miliónov rokov a tečenie je veľmi pomalé – niekoľko centimetrov

za rok.

Konečne sopky

Sopky sú všade tam, kde pod povrch Zeme stúpa horúci materiál zvnútra Zeme.

Takmer všetka sopečná činnosť je pre nás neviditeľná. Väčšina tepla je zvnútra Zeme

vynášaná tečením s veľkými rozmermi – jeho typický rozmer je niekoľko tisíc kilometrov.

Horúci materiál zúčastňujúci sa tohto tečenia vychádza na povrch na oceánskom dne, kde

vytvára takzvané stredooceánske chrbty. Systém stredooceánskych chrbtov má celkovú dĺžku

okolo 80-tisíc kilometrov.

Do veľkorozmerného tečenia v plášti Zeme sú primiešané aj tečenia lokálne – ich

typický rozmer je okolo sto kilometrov. Prečo odvádzanie tepla zvnútra Zeme prebieha dvomi

dosť odlišnými spôsobmi tečenia, dnes ešte celkom dobre nevieme. Lokálne tečenia sú

zodpovedné za sopečnú činnosť, ktorú môžeme vidieť. Takéto tečenia zásobujú horúcim

materiálom Island, Etnu, Kilaueu.

Prečo teda sopky chrlia oheň? Sopky nechrlia oheň, to len tak vyzerá. Vystreľujú z

nich žeravé kamene, vyletuje popol, vyteká roztavená hornina, niekedy vyletí celá sopka.

Prečo? Lebo stúpajúci horúci materiál zemského plášťa sa po ceste nestačí ochladiť.

Zachováva si vysokú teplotu, pričom stúpa do vrstiev so stále nižším a nižším tlakom. V

hĺbke 100 až 50 kilometrov je už tlak dostatočne nízky, aby sa materiál začal čiastočne (asi 20

percent z neho) taviť.

Táto roztavená časť je láva. Láve stojí v ceste tuhá, desať, dvadsať kilometrov hrubá

vrstva zemskej kôry. Kým cez ňu nie je prerazený kanál, horúci materiál pod sopkou pribúda,

tlak rastie, až kým nie je dostatočný na prerazenie kanálu. Tlak veľmi rýchlo narastie, keď cez

nejakú puklinu k horúcemu materiálu natečie voda, ktorá sa okamžite premení na paru a kanál

je prerazený veľmi búrlivo. Cez kanál vyteká láva, vyletujú kamene a popol, až kým sa tlak

13

pod sopkou nezníži. Láva v kanáli stuhne, ten sa upchá a po čase sa všetko zopakuje. Takýto

kolobeh trvá už vyše štyroch miliárd rokov a ešte niekoľko miliárd rokov potrvá. Až kým

naša Zem celkom nevychladne.

2.0 Výskumná časť2.1 Čo sme chceli spracovať

Vo výskumnej časti práce sme si vypracovali anketu, v ktorej sme sa zaoberali sopkou

z fyzikálneho hľadiska. Chceli sme sa dozvedieť, ako sú na tom ľudia s vedomosťami

o vulkánoch a o fyzike samotnej. Tiež sme si chceli rozšíriť skúsenosti pri práci s počítačom

a aj preto sme zvolili práve formu ankety. Chceli sme sa tiež naučiť lepšie komunikovať

s ľuďmi a pracovať v skupine.

2.2 Hypotéza

V našej ankete sme si pripravili 15 krátkych otázok týkajúcich sa sopky a jej činnosti

z fyzikálneho hľadiska. Snažili sme sa klásť jednoduché otázky. Opýtaných sme si rozdelili

do dvoch skupín podľa veku. Ľudí do 20 rokov sme zahrnuli do prvej skupiny a ľudí nad 20

do tej druhej.

Predpokladali sme, že viac o danej téme budú vedieť mladí ľudia, pretože o vulkánoch

sa učia na geografii a ich činnosť rozoberajú na fyzike v škole.

Zároveň sme si uvedomovali, že starší ľudia majú viac skúseností a znalostí ako tí

mladší.

Mysleli sme si, že na niektoré otázky nebudú vedieť odpovedať účastníci žiadnej

skupiny, vzhľadom na to, že sa jednalo o presné číselné údaje.

2.3 Opis postupu

Podľa teoretickej časti práce sme sformovali 15 otázok. Potom sme si vypracovali

tabuľku, do ktorej sme ich zapísali. Tabuľku sme vložili do dotazníka, v ktorom sme taktne

požiadali opýtaných o najlepšie vyplnenie krátkej ankety. Dotazníky sme rozdelili na tri časti,

14

ktoré dostali tri dievčatá z našej skupiny. Každá mala za úlohu osloviť s anketou piatich ľudí

do 20 rokov a piatich nad 20. Dokopy sme teda položili 15 dotazníkov mladším ľuďom

a rovnaký počet starším. Výsledky sme spracovali nasledovne - každú otázku sme samostatne

zhodnotili, vysvetlili sme pritom správnu odpoveď a hypotézu. Ku každej sme vytvorili graf,

v ktorom sme porovnali počet správnych a nesprávnych odpovedí v oboch skupinách. Na

záver sme vyhodnotili našu hypotézu, ktorú sme porovnali s reálnymi výsledkami. Tiež sme

zhodnotili celkovú úspešnosť 1. a 2. skupiny.

2.4 Vyhodnotenie

1. Otázka:

Ovplyvňujú fyzikálne javy sopečnú činnosť ?

Ako všetko okolo nás, aj deje v sopke ovplyvňujú fyzikálne javy – napr.: gravitácia

ovplyvňuje rýchlosť toku lávy, viskozita zase jej tuhnutie a pod. Predpokladali sme, že na túto

otázku bude odpovedať väčšina opýtaných správne.

Graf vyjadrujúci počet správnych a nesprávnych odpovedí u oboch skupín:

1. skupina 2. skupina02468

101214

správne odpovedenesprávne odpovede

2. Otázka:

Je rozdiel medzi lávou a   magmou?

Mnohí ľudia si mylne myslia, že magma je synonymum lávy. Pravda je však iná.

Magma je výraz pre roztavené horniny vo vnútri vulkánu. Láva pomenúva tú istú taveninu,

avšak až po jej vytečení z krátera na zemský povrch. Ak kvôli tomu sme sa domnievali, že

väčšina ľudí bude odpovedať nesprávne.

Graf:

15

1.skupina 2.skupina02468

101214

správne odpovedenesprávne odpovede

3. Otázka:

Akú teplotu má magma?

Teplota magmy sa môže pohybovať v pomerne veľkom rozmedzí, a to 600 až 1200 ˚C

. Táto otázka bola jedna z najťažších, práve preto sme predpokladali, že málo ľudí z oboch

skupín bude odpovedať správne.

Graf:

1.skupina 2.skupina0123456789

10

správne odpovedenesprávne odpovede

4. Otázka:

Čo je to vizkozita?

Viskozita je fyzikálna veličina, ktorá všeobecne predstavuje stupeň vnútorného trenia

kvapaliny. Jednotkou viskozity je poise. Keďže sa viskozita spomína vo fyzike na stredných

školách, mysleli sme si, že mladí budú vedieť správnu odpoveď a druhá skupina nie.

Graf:

16

1.skupina 2.skupina0123456789

správne odpovedenesprávne odpovede

5. Otázka:

Ovplyvňuje viskozita tvar vulkanických telies?

Áno, viskozita výrazne ovplyvňuje ich tvar: viskózne lávy tuhnú najčastejšie v podobe

dómov, ihiel a podobných foriem, zatiaľ čo bazaltové lávy sa „rozlievajú“ spravidla na veľkej

ploche. Mysleli sme si, že na túto otázku nebude vedieť veľa ľudí správne odpovedať.

Graf:

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

správne odpovedenesprávne odpovede

6. Otázka:

Čo z   daných možností nepatrí medzi produkty sopečnej činnosti ?

Možnosti na odpoveď boli 3, vriaca voda, vulkanické plyny a láva. Predpokladali sme,

že už z prvého pohľadu bude všetkým jasné, že tam nepatri vriaca voda.

Graf:

17

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

14

16

správne odpovedenesprávne odpovede

7. Otázka:

Závisí chemické zloženie vulkanických plynov od zmeny ich teploty?

Chemické zloženie vulkanických plynov a jeho závislosť na zmene teploty vyjadruje

nasledujúca tabuľka:

ROZMEDZIE TEPLÔT (v °C) CHEMICKÉ ZLOŽENIE (bez vodne pary)

1 200 - 800 HCl, SO2, CO2, H2, H2S, N2

800 - 100 HCl, SO2, H2S, CO2, N2, H2

100 - 60 SO2, H2S, CO2, N2, H2

pod 60 H2S, CO2, N2

Predpokladali sme, že ľudia budú odpoveď len tipovať.

Graf:

18

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

14

správne odpovedenesprávne odpovede

8. Otázka:

Je vodná para súčasťou vulkanických plynov?

Obsah plynov v láve sa obyčajne pohybuje medzi 1 - 5 %, pričom väčšinu ich obsahu

tvorí vodná para. Predpokladali sme, že ľudia budú vedieť správnu odpoveď.

Graf:

1.skupina 2.skupina0123456789

10

správne odpovedenesprávne odpovede

9. Otázka:

19

Aká je približná teplota vnútri Zeme?

Správna odpoveď mala byť 4000 – 7000 °C. Táto otázka opäť patrila medzi tie

„tipovacie“, vzhľadom na to, že odpoveď nie je pre všeobecné vedomosti nijak potrebná.

Mysleli sme, že ľudia budú tipovať.

Graf:

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

14

správne odpovedenesprávne odpovede

10. Otázka:

Prečo Zem chladne?

Lebo je chladnejšia ako jej okolie. Predpokladali sme, že ľudia budú odpovedať

správne.

Graf:

1.skupina 2.skupina0123456789

správne odpovedenesprávne odpovede

11. Otázka:

Akej teplote stupňoch Celzia zodpovedá absolútna nula?

20

Absolútna nula je označenie termodynamickej teploty, pri ktorej

dosiahne entropia systému minimálne hodnoty. Podľa medzinárodnej dohody je definovaná

ako 0 K na kelvinovej stupnici, resp. −273,15 °C alebo −459,67 °F. Keďže sa toto učivo

preberá na stredných školách vo fyzike, myslela sme si že u 3tudentov bude viacej správnych

odpovedí, než u staršej populácia, ktorá si už informácia z danej tematiky nemusí pamätať.

Graf:

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

správne odpovedenesprávne odpovede

12. Otázka:

Stuhne láva po vliatí do mora?

Samozrejme, láva sa po vliatí do mora ochladí a jej teplota sa rapídne zníži.

Predpokladali sme, že ľudia budú odpovedať správne.

Graf:

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

14

správne odpovedenesprávne odpovede

21

13. Otázka:

Akú farbu má láva, keď dosahuje najvyššiu teplotu?

Z farby roztavenej lávy sa dá určiť jej teplota - najvyššia je, keď má láva žltú farbu.

Mysleli sme si, že by ľudia správnu odpoveď mohli trafiť pri predstave vytekajúcej

rozžeravenej lávy.

Graf:

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

14

správne odpovedenesprávne odpovede

14. Otázka:

Akú rýchlosť dosahoval doposiaľ najrýchlejší nameraný lávový prúd?

Doposiaľ najrýchlejší tok lávy bol nameraný na Havaji. Na mieste naklonenom 30˚ sa

horúci prúd rútil rýchlosťou 900 m/min, čo je takmer 55 km/hod. Vzhľadom na to, že ľudia

veľmi nemali skade správnu odpoveď poznať, domnievali sme sa, že opäť budú odpoveď len

tipovať.

Graf:

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

správne odpovedenesprávne odpovede

22

15. Otázka:

Platia v   sopke gravitačné zákony?

Áno, vulkán je časť zemského povrchu, kde pôsobí gravitačná sila normálne – ako na

iných miestach Zeme. Predpokladali sme, že ľudia v oboch skupinách budú poznať správnu

odpoveď.

Graf:

1.skupina 2.skupina0

2

4

6

8

10

12

14

správne odpovedenesprávne odpovede

2.5 Výsledky a   ich využitie V každej skupine sme 15-tim ľuďom položili 15 otázok, z čoho vyplýva že počet

odpovedí v každej skupine bol 225. Celkový počet odpovedí bol 450.

1. Skupina:

Počet správnych odpovedí 15-tich opýtaných z celej ankety: 144, čo predstavuje 64 %

Počet nesprávnych odpovedí: 81, čo predstavuje 36%

2. Skupina:

Počet správnych odpovedí 15-tich opýtaných z celej ankety: 121, čo predstavuje 54%

Počet nesprávnych odpovedí: 104, čo predstavuje 46%

Graf:

23

1.skupina 2.skupina0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

správne odpovedenesprávne odpovede

2.6 Spracovanie hypotéz

1. Predpokladali sme, že viac o danej téme budú vedieť mladí ľudia, pretože o vulkánoch sa

učia na geografii a ich činnosť rozoberajú na fyzike v škole.

Naša teória sa nám potvrdila, mladí ľudia boli úspešnejší.

2. Zároveň sme si uvedomovali, že starší ľudia majú viac skúseností a znalostí ako tí

mladší.

Starší ľudia mali síce menej správnych odpovedí, ako prvá skupina, no zaostávali

iba o 10%.

24

3. Mysleli sme si, že na niektoré otázky nebudú vedieť odpovedať účastníci žiadnej

skupiny, vzhľadom na to, že sa jednalo o presné číselné údaje.

Naša hypotéza sa nám potvrdila, mnohé odpovede na otázky tohto typu boli

nesprávne.

ResuméDlho sme rozmýšľali nad tým, čo by sme mali spracovať v našej práci. Nakoniec sme

sa rozhodli nasledovne: V teoretickej časti sme rozoberali základné poznatky ohľadom

magmy, lávy, rýchlosti jej toku, jej teplote a viskozite. Vo výskumnej časti sme si vytvorili

anketu, ktorú sme podali dvom skupinám ľudí , ktorým sme položili 15 krátkych otázok

týkajúcich sa sopečnej činnosti. Výsledky sme spracovali a vyhodnotili, ktorá skupina bola

úspešnejšia.

Resumé v   cudzom jazyku / Resumé in the foreign language We were thinking about the way how to prepare our presentation for a long time and at

last we decided to do it in the following way: in the academic part we focused on the basic

knowledge about magma, lava, the speed of lava's current as well as lava's temperature and

viscosity. Second, research part consists of the survey, which was given to two groups of

25

people. These respondents supposed to answer 15 questions related to the volcano activity. At

last we collected the results and evaluated, which group was more successful.

Záver Sopka, miesto, kde sa láva dostáva zvnútra vulkánu na povrch výlevom, alebo

výbuchom. Poznáme sopky činné a nečinné. Na svete sa nachádza asi 1400 aktívnych sopiek.

Za činnú (aktívnu) sopku sa považuje taká, ktorá vybuchla aspoň raz za posledných 10-tisíc

rokov. Každý rok ich vybuchne okolo 50.

V našej práci sme ich spracovali z fyzikálneho hľadiska. Jej cieľom nebolo zaujať

vedeckú spoločnosť, ale priblížiť bežným ľuďom, čo všetko zahŕňa slovo sopka, pretože toho

nie je málo.

Bádaním a pracovaním v skupine sme si objasnili vedomosti týkajúce sa tejto témy

a taktiež sme nabrali veľa nových. Dúfame, že aj vám sa to podarilo, pretože predsa len

sopky a ich fyzikálne javy patria k bežnému kolobehu prírody. Veď ony boli jedny z prvých,

ktoré boli pri zrode Zeme a formujú ju dodnes. Tie najaktuálnejšie sú Grímsvötn, ktorá

vybuchla v máji tohto roku a Eyjafjallajökull, ktorá vybuchla v apríli 2010 (Island).

26

Vyžadovalo si to veľa trpezlivosti, sedieť v knižnici a vyberať vhodnú literatúru.

Pretože dostupné informácie sme nemali kompletné, pracovali sme s internetom, ktorý nám

veľmi pomohol.

Prvú časť, teda teoretickú, sme začali spracovávať spoločne. Zozbierali sme dostupnú

literatúru a vyberali vhodný text do našej práce a výsledok ste videli sami.

Druhú, teda výskumnú časť nášho projektu sme venovali ankete, v ktorej sme sa

opýtaných pýtali, aké majú znalosti o fyzikálnych javoch v sopke. Či už všeobecné alebo

podrobnejšie otázky - výsledok nás neprekvapil a dopadol tak, ako sme čakali.

Práca sa nám páčila, pretože sme sa dozvedeli veľa nových informácii a taktiež sme sa

naučili pracovať v skupine, čo nebolo až také jednoduché ako to vyzerá na prvý pohľad.

Dúfame, že sa vám naša práca páčila a ďakujeme za pozornosť.

Bibliografické údaje

http://mozgovna.pravda.sk/preco-sopka-chrli-ohen-06q-/sk-mfach.asp?

c=A100808_234321_sk-mfach_p05

Edmaier, B., Jungova-Huttlová,A.: Vulkány. Bratislava : KONTAKT PLUS, 1997 157

s. ISBN 80-88855-15-2

Hovorka, D.: Sopky.Bratislava : Veda, Vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied,

1990 149 s. ISBN 80-224-0014-9

http://www.infovek.sk/predmety/geologia/index.php?k=35

27

Bertrand, K.: Stále v pohybe. In: GEO, 2. nov. 2007, č. 7, s. 32-40.

Prílohy:AnketaVážený respondent,

sme žiaci gymnázia Jozefa Gregora Tajovského a dovoľujeme si Vás požiadať o vyplnenie

nášho dotazníka, za účelom doplnenia jadra našej práce o sopkách. Keďže máme za úlohu

spracovať túto tému z fyzikálneho hľadiska, budeme Vám klásť otázky týkajúce sa tejto témy.

Dotazník je anonymný a slúži len na účel našej práce. Ďakujeme Vám za ochotu a serióznosť

pri vyplňovaní dotazníka.

Vek: Pohlavie:

28

1. Ovplyvňujú fyzikálne javy sopečnú činnosť?

a) áno b) nie

2. Je rozdiel medzi magmou a   lávou?

a) áno b) nie

3. Akú teplotu má magma?

a) 200 – 500 ˚C b) 600 – 1200 ˚C c) 1500 – 2000 ˚C

4. Čo je to viskozita? a) vnútorné trenie v kvapalinách

b) priľnavosť kvapaliny k nádobe v ktorej je c) hustota kvapaliny

5. Ovplyvňuje viskozita tvar vulkanických telies?

a) áno b) nie

6. Čo z   daných možností nepatrí medzi produkty sopečnej činnosti?

a) vriaca voda b) vulkanické plyny c) láva

7. Závisí chemické zloženie vulkanických plynov od zmeny ich teploty?

a) áno b) nie

8. Je vodná para súčasťou vulkanických plynov?

a) áno b) nie

9. Aká je približná teplota vnútri Zeme?

a) 600 – 1200 ˚C b) 2000 – 3000 ˚C c) 4000 – 7000 ˚C

10. Prečo Zem chladne? a) lebo je teplejšia ako jej okolie

b) kvôli častým dažďom c) kvôli zvyšujúcej sa koncentrácii N2 v ovzduší

11. Akej teplote v   stupňoch Celzia zodpovedá absolútna nula?

a) - 270 ˚C b) 0 ˚C c) - 100 ˚C

12. Stuhne láva po vliatí do mora?

a) áno b) nie

13. Akú farbu má láva keď dosahuje najvyššiu teplotu?

a) žltú b) červenú c) tmavočervenú až čiernu

14. Akú rýchlosť dosahoval doposiaľ najrýchlejší nameraný lávový prúd?

a) 30 m/min b) 200 m/min c) 900 m/min

15. Platia v   sopke gravitačne zákony?

a) áno b) nie

29

16. Páčila sa Vám naša anketa? a) áno veľmi ma zaujala

b) vďaka Bohu, že je koniec c) no neotravuj už, ponáhľam sa

Obr. č. 1.: Najvyšší vrch Japonska – posvätná hora Fuji (3776 m.n.m.)

30

Obr. č. 2.: Druhý najvyšší vrch Mexika - sopka Popocatepetl - „Dymiaca hora“ (5426 m.n.m.)

Myšlienková mapa:

31

cf

32

sopka

Teoretická časť

Praktická časť

Láva MagmaAnketa

Teplota lávyRýchlosť lávy

Vyskozita lávy

Zloženie magmy