LOCHGARMAN: KAPADOCJA. GEOLOGIA.

Kapadocja. Główna atrakcja turystyczna Turcji. Kraina niezwykłych formacji skalnych, podziemnych miast, ważny ośrodek chrześcijaństwa i miejsce narodzin życia klasztornego. Ekipy telewizyjne z 32 krajów kręciły tam filmy, seriale i dokumenty; nakręcono ich tam 193 (dane na rok 2011). Postaram się poniżej przybliżyć procesy, które ukształtowały bajkowy krajobraz Kapadocji...

Turcja to górzysty kraj. Jeśli spojrzymy na tej kraj w szerszym kontekście zauważymy, że tamtejsze góry są fragmentem ogromnego łańcucha górskiego ciągnącego się od Zachodniej Europy, aż po Birmę. Gdybyśmy zbadali skały budujące tenże łańcuch górski okaże się, że część tych skał powstała na dnie ogromnego oceanu, a dziś są one pofałdowane i ułożone znacznie powyżej poziomu morza. Utwory morskie, fragmenty wysp pchane od południa uderzyły w Eurazję. Ocean rozdzielający Afrykę i Europę przestał istnieć, a dzisiejsze Morze Śródziemne jest najprawdopodobniej jego pozostałością.

Gdyby wznieść się wysoko nad powierzchnię Turcji, można by dostrzec dwa szwy tworzące przewróconą literę V na wschodzie kraju. To miejsca kontaktu płyt. Poniżej schematyczny rysunek prezentujący tę sytuację:

Mamy tu mały kawałek płyty, zwany płytą anatolijską, wciśnięty między trzy znacznie większe płyty kontynentalne: euroazjatycką, afrykańską i arabską. Wszystkie płyty poruszają się względem siebie w różnych kierunkach. Płyta afrykańska wciska Turcję pod płytę euroazjatycką, a płyta arabska porusza się w kierunku północnowschodnim.

Na północy widzimy uskok północnoanatolijski, dwie płyty przesuwają się względem siebie, ten ruch przebiega głównie w poziomie. Każdego dnia wzdłuż tego uskoku ma miejsce trzęsienie ziemi, ogromna ich większość jest dla ludzi niewyczuwalna, ale zdarzają się również katastrofalne w skutkach: w 1930 roku trzęsienie ziemi w okolicach Erzincan spowodowało śmierć ponad 30 tysięcy ludzi, w 1999 w okolicach miasta Izmit było 17 tysięcy ofiar. Uskok północnoanatolijski, to właściwie strefa uskokowa, ma ona długość około 1000 kilometrów, przebiega 20 kilometrów na południe od Stambułu pod morzem Marmara; sejsmolodzy spodziewają się tam dużego trzęsienia ziemi w ciągu następnych kilku dekad.

Uskok wschodnioanatolijski, czy też wschodnioanatolijska strefa uskokowa wydaje się być znacznie młodszą, tu ruch też przebiega głównie w poziomie, płyta anatolijska porusza się na zachód względem arabskiej. Pomiary wskazują przesuw około 10 milimetrów rocznie; również wzdłuż tej strefy uskokowej rejestruje się wiele trzęsień ziemi.

Uskoki oddzielające płytę afrykańską od anatolijskiej są nieco bardziej złożone i trudniejsze do zbadania, gdyż przebiegają pod Morzem Śródziemnym. Wygląda na to, że płyta afrykańska zagłębiała się tam pod euroazjatycką, czyli mieliśmy do czynienia ze strefą subdukcji. Gdy dwie płyty litosfery zderzają się ta z gęstszymi, cięższymi skałami będzie zagłębiała się pod tą z lżejszymi, a skały pchane w dół będą powoli topnieć i mieszać się z płynnymi skałami płaszcza ziemi. Ten kontakt dwóch płyt to właśnie rzeczona strefa subdukcji.

Trzęsienia ziemi są powiązane ze strefami subdukcji. Gdy wyginasz patyczek, ten w końcu nie wytrzyma napięcia i pęknie. Pęknięcie zacznie się w jakimś punkcie i będzie się rozchodziło wzdłuż patyczka. Poruszające się płyty wytwarzają nacisk na tyle silny, że pękają skały. Punkt, gdzie pęknięcie się pojawia to hipocentrum, znajduje się ono zawsze poniżej powierzchni ziemi. Punkt bezpośrednio powyżej, znajdujący się na powierzchni ziemi, to epicentrum. Hipocentra wzdłuż uskoku północnoanatolijskiego i wschodnianatolijskiego są zwykle znacznie płytsze (mniej niż 20 kilometrów), aniżeli te pojawiające się na kontakcie płyty anatolijskiej i afrykańskiej, czyli w dawnej strefie subdukcji (zwykle ponad 60 kilometrów, czasem może być to nawet ponad 600 kilometrów).

Również wulkany są związane ze strefami subdukcji. Spośród wszystkich aktywnych i nieaktywnych wulkanów zbadanych przez geologów, zaledwie kilka nie jest powiązanych ze strefami subdukcji, bądź rowami śródoceanicznymi.

Kapadocja ma swoje uskoki, nie są one tak duże i ważne jak północno- czy wschodnioanatolijski, ale definiują one jej granice geograficzne. Budowa ogromnej większości uskoków Kapadocji sugeruje, że powstały one w wyniku rozciągania skorupy ziemskiej. Wschodnia Turcja jest zgniatana przez płyty arabską i euroazjatycką, zachodnia część kraju jest wciskana w Morze Egejskie, Kapadocja znalazła się po środku - skręcana, rozciągana i rozłupywana.

Trzy największe obecnie wulkany w Kapadocji to Erciyes (3917 m n.p.m.), Hasan (3268 m n.p.m.) oraz Melendiz (2838 m n.p.m.). Wszystkie trzy to przykłady stratowulkanów.

Skonfrontujmy je najpierw z wulkanmi tarczowymi... Wulkany tarczowe to wulkany o szerokim i spłaszczonym stożku. Erupcje przebiegają spokojnie i w ich trakcie wylewa się głównie rzadka, zasadowa lawa.

Stratowulkany są strome, mają klasyczny kształt stożka wulkanicznego. Lawa wyrzucana przez stratowulkany jest bardziej lepka niż lawa wulkanów tarczowych i zawiera więcej krzemionki (jest kwaśna). Poza lawą wulkan wyrzuca dużo produktów stałych (popiołów, lapilli, pumeksu i bomb wulkanicznych).

Geolodzy zidentyfikowali nie mniej niż 19 centrów aktywności wulkanicznej w Kapadocji i te nieistniejące już wulkany musiały być znacznie większe aniżeli to, co dziś widzimy. Uważa się, że aktywność megawulkanów, które odpowiedzialne są za utworzenie materiału, w którym erozja wyrzeźbiła niezwykłe formy skalne, zaczęła się 11-12 milionów lat temu, apogeum nastąpiło 6-7 milionów lat temu, ostatnie wielkie wybuchy miały miejsce nieco ponad milion lat temu. Dzisiejsze „kajtki” wulkaniczne pokaszliwały sobie 9 tysięcy lat temu (Erciyes) i 6 tysięcy lat temu (Hasan), a ich wyczyny zostały zobrazowane na rzymskich monetach używanych w Kapadocji.

Cóż takiego było przyczyną aktywności megawulkanów w tym czasie? Poniższy obrazek odzwierciedla wiedzę/wyobrażenia geologów o tym jak układ kontynentów wyglądał 95 milionów lat temu...

W czasie kiedy zaczynała się aktywność megawulkanów w Kapadocji ocean opisany na obrazku jako Tethys Sea (Morze Tetydy) zamknął się, zakończył się proces subdukcji i zaczęła się kolizja płyty arabskiej i anatolijskiej. Około 1 miliona powstała wschodnioanatolijska strefa uskokowa.

Przemierzając Kapadocję zauważycie warstwowanie skalne, warstwy leżą płasko, czasem lekko zapadają się. Większość grubych warstw tworzy materiał wylewający się, bądź wyrzucany przez wulkany. Inne warstwy mogą być osadami rzek lub jezior; jeszcze inne uformowały się podczas ogromnych osuwisk.

Materiał wyrzucany przez wulkany, powstający w wyniku rozpylania płynnej lawy i krzepnięcia jej w powietrzu, a także przez rozpylanie skał rozkruszonych w wyniku erupcji, nazywany jest materiałem piroklastycznym. Rozmiar materiału piroklastycznego zaczyna się od popiołów, drobniejszych od ziaren piasku, a kończy na blokach skalnych większych od domów. Im bliżej wulkanu, tym grubszy materiał piroklastyczny tam występuje. Gdy materiał piroklastyczny opada na ziemię mogą się z niego tworzyć różne skały, ich rodzaj zależy od kombinacji temperatury, wody, gazów, grubości i czasu depozycji.

Ponieważ było wiele erupcji wulkanicznych w Kapadocji, tak i wiele rodzajów materiału piroklastycznego formowało skały. Większość domów, kościołów drążono w materiale piroklastycznym będącym rodzajem tufu zwanym ignimbrytem lub tufem spieczonym. Jest to silnie porowata skała, powstała ze spojenia materiału piroklastycznego upłynnionym, rozgrzanym popiołem wulkanicznym, przy udziale gorących par i gazów wulkanicznych.

Jak powstaje ignimbryt geolodzy dowiedzieli się na przykładzie wybuchu wulkanu Montagne Pelée na karaibskiej wyspie Martynika, w maju roku 1902. Chmura lawiny piroklastycznej, która według późniejszych wyliczeń osiągnęła prędkość ok. 670 km/h, zeszła w kierunku miasteczka Saint-Pierre, docierając do zabudowań w ciągu niecałej minuty. Temperatura podmuchu piroklastycznego musiała znacznie przewyższać 600 °C. Miasto zostało całkowicie zniszczone, gorący podmuch wywołał liczne pożary i eksplozje w gorzelniach i magazynach rumu. Kiedy lawina dotarła do morza, jego wody zagotowały się. W porcie wybuchły beczki rumu, przygotowane do eksportu do Europy. Większość statków zatonęła albo spłonęła. Tylko dwóm okrętom udało się oddalić na czas od wybrzeży. 30 tysięcy ludzi zginęło w ciągu kilku chwil.

Osady powstałe po wybuchu Pelée są bardzo podobne do tych z Kapadocji. Opierając się na analizie tego materiału skalnego geolodzy mogą oszacować siłę eksplozji zachodzących w Kapadocji.

Czasem chmury materiału piroklastycznego spływają po stokach wulkanu. Jeśli ciśnienie gazów wydostających się z wulkanu jest wystarczająco silne, materiał może zostać wyniesiony do atmosfery. Chmura może „wisieć” nawet kilka dni, zawsze jednak ilość gazów maleje i do głosu dochodzi grawitacja – opadły osad może tworzyć warstwy grube na 100 metrów.

Największe skupiska ignimbrytu wiąże się z formami zwanymi kalderami. Góra wulkaniczna składa się z kilku części. Poniżej wulkanu znajduje się komora magmowa. Stopiona skała przez komin wulkaniczny dostaje się do krateru, z którego może wylać się na zewnątrz. Lawa zastyga na stokach stożka jako kolejne warstwy, powodując podwyższanie stożka. Lawa może wydostawać się na powierzchnie również przez stożki pasożytnicze. Kaldera to wielkie zagłębienie w szczytowej części wulkanu, powstałe wskutek gwałtownej eksplozji niszczącej górną część stożka wulkanicznego, albo wskutek zapadnięcia się stropu komory pomagmowej wraz ze stożkiem wulkanicznym.

Chmury materiału piroklastycznego mogły unosić się w Kapadocji 25 kilometrów ponad powierzchnią. To mogło powodować obniżenie temperatury na ziemi przez kolejnych kilka lat. Gdyby ludzie zamieszkiwali wówczas ziemię, mieszkaniec Moskwy czy Madrytu mógłby usłyszeć eksplozję w Kapadocji, a mieszkaniec Ankary straciłby wszystkie szyby w oknach. Stumetrowej miąższości warstwa ignimbrytu mogła się utworzyć w ciągu kilku godzin lub dni.

Doszło do tysięcy eksplozji wulkanicznych w Kapadocji, ogromnych i mniejszych. Każda pozostawiła po sobie warstwę skał. Geolodzy rozpoznali ponad 10 pokładów ignimbrytu w Kapadocji. Każda była formowana przez serię wielkich erupcji. Niektóre się zazębiają, pokrywają obszar 20 000 kilometrów kwadratowych. Gdyby ułożyć wszystkie te warstwy jedna na drugiej uzyskalibyśmy słupek kilkukilometrowej grubości.

Te ignimbryty nie powstawały po wybuchach dziś widocznych w Kapadocji wulkanów. Kratery Erciyes i Hasan są szerokie na około 1 kilometr; kratery wulkanów, z których materiał buduje pokłady ignimbrytów przekraczały 15 kilometrów średnicy. Gdy ich aktywność ustała, pozostałości kraterów zostały szybko zerodowane.

Kapadocja widziana naszymi oczami to obraz po 5 milionach lat erozji. To co pozostało po erupcjach jest niszczone przez wodę, wiatr i lód. Jak wiadomo zamarzająca woda zwiększa swą objętość o mniej więcej 10%. Ten jeden fenomen natury przyczynił się do wyglądu Kapadocji bardziej aniżeli cokolwiek innego. Woda wypełnia szczeliny skalne, wiążąc się w lód, działa jak klin rozpierając szczeliny, po czym następuje odwilż i jeszcze jeden przymrozek...

A może jest inny, ważniejszy czynnik erozji... Wykuwanie miast, kościołów i domów w skałach znacznie je osłabiło. W ciągu kilku tysięcy lat człowiek zrobił tu większe spustoszenie, aniżeli lód w ciągu kilku milionów...

W ignimbrycie tworzą się spękania. Podczas erozji dochodzi do odizolowania fragmentów ignimbrytu od całości. Te samotne formy to tzw. ostańce. Poniższe zdjęcie pokazuje brzeg płyty ignimbrytu w Dolinie Miłości i poszczególne fazy izolacji i tworzenia się ostańców.

A żeby utworzyły się tak ciekawe formy skalne zwane po angielsku fairy chimneys, skała miękka musi zostać przykryta twardszym, bardziej odpornym na wietrzenie materiałem. Większość form w Kapadocji to właśnie dwie warstwy wulkaniczne różniące się odpornością na wietrzenie. Przykładem tego rodzaju form skalnych są ostańce z doliny Zeme.

Zdarza się jednak i tak, że fragment odporniejszej skały odpadnie z jakiejś półki skalnej, odtoczy się kilkaset metrów, osiądzie na tym słabszym materiale, a po latach erozji tworzy się „ostaniec” w czapce.