19/05/2022
Czy lawa, ten ognisty strumień wydobywający się z serca Ziemi, rzeczywiście zastyga? Odpowiedź brzmi: tak, i to właśnie dzięki temu procesowi powstaje jeden z najbardziej wszechstronnych i fascynujących materiałów naturalnych. Lawa, będąca płynną magmą, która wydostała się na powierzchnię, po schłodzeniu tworzy skały o niezwykłych właściwościach i szerokim spektrum zastosowań. W tym artykule zagłębimy się w świat lawy, poznając jej definicję, skład chemiczny, różnorodne formy zastygnięcia, a także praktyczne wykorzystanie – od ogrodnictwa, przez budownictwo, aż po zaawansowane systemy filtracyjne. Rozwiejemy również popularne mity, odpowiadając na pytanie, czy żar lawy jest w stanie stopić ceramikę.
Lawa: Czym Jest i Czym Nie Jest?
W naukach geologicznych precyzyjnie definiuje się terminy, które dla laika mogą wydawać się synonimami. Pod pojęciem lawa rozumiemy stopioną skałę – czyli płynną magmę – ale tylko wtedy, gdy wydostaje się ona na powierzchnię Ziemi. Cały materiał skalny pozostający pod powierzchnią zawsze nazywany jest magmą. Kluczowa różnica między nimi leży nie tylko w lokalizacji, ale i w składzie chemicznym oraz właściwościach fizycznych. Magma pod ziemią zawiera uwięzione gazy, takie jak dwutlenek węgla (CO2), para wodna (H2O), dwutlenek siarki (SO2), amoniak, a także gazy szlachetne. W momencie, gdy magma wydostaje się na powierzchnię jako lawa, ciśnienie gwałtownie spada, co powoduje ulatnianie się tych gazów. To sprawia, że lawa jest uboższa w składniki lotne niż jej podziemny odpowiednik. Zastyganie magmy pod ziemią prowadzi do powstania intruzji, natomiast zastygła lawa na powierzchni tworzy skały wulkaniczne, zaliczane do magmowych skał powierzchniowych.
Ważne jest również odróżnienie lawy od tak zwanych piroklastów. Piroklasty to fragmenty skał lub same skały, które zostały zmienione, rozkruszone lub rozerwane w wyniku wtórnej działalności wulkanicznej, a nie są bezpośrednim produktem wypływu lawy. Dopóki piroklasty występują w postaci luźnej, nieskonsolidowanej, niezależnie od wielkości ziaren, nazywane są tefrą. Dopiero po całkowitym zastygnięciu i scementowaniu stają się skałami piroklastycznymi. W szerszym kontekście wulkanizmu, termin „produkty wulkaniczne” obejmuje lawy, materiały piroklastyczne oraz uwalniane gazy wulkaniczne, które powstają podczas przemiany magmy w lawę. Gorące źródła i gejzery, choć związane z aktywnością wulkaniczną, nie są bezpośrednimi produktami wulkanicznymi, lecz zjawiskami wtórnymi.
Chemiczny Skład Lawy: Klucz do Jej Właściwości
Skład chemiczny lawy jest fundamentalnym czynnikiem determinującym jej właściwości fizyczne, takie jak lepkość i temperatura, a także ostateczny wygląd zastygłych form. W przeważającej większości przypadków stopione skały wulkaniczne to stopy krzemianowe. Oznacza to, że około połowa do dwóch trzecich materiału składa się ze stopionego dwutlenku krzemu (SiO2), czyli kwarcu. Mniejsze proporcje SiO2 są możliwe, ale występują niezwykle rzadko.
Na podstawie zawartości składników chemicznych, a zwłaszcza SiO2, lawy można podzielić na trzy główne klasy:
| Typ Lawy | Zawartość SiO2 | Lepkość | Typowa Temperatura |
|---|---|---|---|
| Lawa kwaśna (ryolitowa) | Powyżej 65 % | Bardzo wysoka | Około 800 °C |
| Lawa andezytowa | Między 52 % a 65 % | Średnia, głównie masy lepkie | Zmienna, pośrednia |
| Lawa zasadowa (bazaltowa) | Poniżej 52 % | Niska | Często do 1200 °C |
Oprócz krzemianów, w składzie lawy mogą znajdować się różne związki magnezu lub żelaza. Czasami można jeszcze zaobserwować pęcherzyki gazu, co świadczy o tym, że lotne składniki nie zdążyły się całkowicie ulotnić. Warto podkreślić, że lawy mogą znacznie różnić się składem od pierwotnej magmy, z której powstały, z uwagi na procesy frakcjonowania i utraty gazów podczas wznoszenia się i erupcji. Skład chemiczny w dużej mierze determinuje również temperaturę lawy po wydostaniu się na powierzchnię Ziemi. Lawy kwaśne, ze względu na wysoką lepkość i wolniejsze tempo przepływu, mają zazwyczaj niższą temperaturę, natomiast lawy zasadowe, charakteryzujące się dużą płynnością, mogą być niezwykle gorące, osiągając nawet 1200 °C.
Formy i Wygląd Zastygłej Lawy
Ze względu na stosunkowo szybkie schładzanie na powierzchni Ziemi, struktura lawy zmienia się bardzo dynamicznie po erupcji. Wraz ze spadkiem temperatury powierzchnia lawy staje się zazwyczaj szklista lub drobnoziarnista. Po całkowitym zastygnięciu lawa tworzy skały iglaste, czyli skały wulkaniczne, które odróżnia się od plutonitów – skał głębinowych powstających z magmy wewnątrz Ziemi.
Różna lepkość poszczególnych rodzajów lawy oraz zmienne warunki środowiskowe, takie jak obecność wody czy nachylenie terenu, prowadzą do powstawania niezwykle zróżnicowanych form zewnętrznych zastygłej lawy. Oto niektóre z najbardziej charakterystycznych:
- Lawa poduszkowa: Tworzy struktury przypominające poduszki, najczęściej bazaltowe, powstające w wyniku gwałtownego schłodzenia lawy w kontakcie z wodą, np. na dnie oceanu.
- Lawa blokowa: Powstaje z twardych, andezytowych law, które rozpadają się na zwarte, kanciaste bloki podczas stygnięcia i przemieszczania się.
- Bazalty fliszowe: Cienkie, bardzo płynne lawy, które rozlewają się na dużej powierzchni, tworząc rozległe warstwy przypominające koce.
- Lawa odłamkowa: Zestalona w bryły o ostrych krawędziach, często z powodu wzrostu lepkości w trakcie stygnięcia, na przykład z powodu masowej utraty gazów.
- Lawa pahoehoe (sznurowa): Charakteryzuje się gładką, pofałdowaną lub sznurową powierzchnią, powstającą z bardzo płynnych law. Często płynie w dół zbocza, tworząc formacje przypominające płatki lub kry.
- Bomby lawowe ze skórką chleba: Są to fragmenty lawy, które zastygają jeszcze w locie podczas wyrzucania z wulkanu, a ich kształt przypomina bochenek chleba z popękaną skórką.
Jeśli lawa wypełni naturalne zagłębienia, takie jak krater po erupcji, mogą powstać bardzo głębokie jeziora lawowe. W przypadku law płynących, gdzie wnętrze i zewnętrze stygnie i krzepnie w różnym tempie, mogą tworzyć się struktury w kształcie rur i kanałów, znane jako tunele lawowe. Możliwe są również formacje kopułowe (tzw. kopuły lawowe), w których czasami znajdują się naturalne jaskinie lawowe, korytarze lawowe i kolumny lawowe. Szczególne wrażenie robią piwnice lawowe w Mendig w Niemczech, o powierzchni ponad 3 km², które zostały wydrążone przez stulecia bezpośrednio w zastygłym strumieniu lawy w celu wydobycia bazaltu na kamienie młyńskie. To pokazuje, jak potężne i trwałe mogą być struktury powstałe z zastygłej lawy.
Lawa w Ogrodzie: Praktyczne Zastosowania
Współczesne ogrodnictwo i uprawa roślin coraz częściej sięgają po naturalne materiały, a lawa, dzięki swoim unikalnym właściwościom, znalazła w tej dziedzinie wiele zastosowań. Jednym z najważniejszych jest wykorzystanie jej jako podłoże.
- Podłoże dla roślin: Lawa jest głównym substratem używanym do uprawy kaktusów i w hydroponice, choć często miesza się ją z innymi składnikami, aby zoptymalizować jej właściwości. Substraty lawowe są również powszechnie wykorzystywane w budowie zielonych dachów, gdzie ich lekkość i zdolność do drenażu są kluczowe.
- Środek poprawiający właściwości gleby: Piasek lub żwir lawowy są doskonałymi środkami poprawiającymi strukturę i skład gleby. Mają właściwości podobne do mączki skalnej (np. bazaltowej), ale z pewnymi unikalnymi korzyściami:
- Poprawa zdolności magazynowania wody przez glebę.
- Ulepszenie struktury miękiszu w glebie, co sprzyja lepszemu napowietrzeniu i rozwojowi korzeni.
- Poprawa bilansu mineralnego gleby i dostarczenie ważnych składników odżywczych oraz pierwiastków śladowych, takich jak żelazo, magnez i bor, które występują w wielu rodzajach lawy.
- W przeciwieństwie do mączki skalnej, żwir, piasek i granulki lawy poprawiają również bilans cieplny gleby, co jest szczególnie korzystne w chłodniejszych klimatach.
Składniki odżywcze zawarte w piaskach lub żwirach lawowych są uwalniane do gleby powoli, w wyniku procesów wietrzenia, co zapewnia ciągłe, a nie krótkotrwałe działanie. Jako granulat do sadzenia, materiał lawowy jest szeroko stosowany w profesjonalnym sadzeniu drzew, zapewniając stabilne i odżywcze środowisko dla młodych roślin.
- Ściółka z lawy wulkanicznej: Lawa może być stosowana jako trwały zamiennik tradycyjnej ściółki z kory. Ze względu na bardzo powolne wietrzenie, nie ma konieczności częstej wymiany lub uzupełniania, co jest konieczne w przypadku ściółki z kory. Działanie ściółki z lawy jest porównywalne z korą, zwłaszcza jeśli chodzi o zapobieganie rozwojowi chwastów. Należy jednak pamiętać, że ściółka z lawy wulkanicznej nie uwalnia do gleby dodatkowego azotu (efekt nawożenia), ponieważ nie zachodzi w niej proces rozkładu organicznego. Ten naturalny efekt nawożenia, jaki daje kora, musi być w przypadku lawy uzyskany w inny sposób.
| Cecha | Ściółka z Lawy Wulkanicznej | Ściółka z Kory |
|---|---|---|
| Trwałość | Bardzo wysoka (wolne wietrzenie) | Niska (szybki rozkład) |
| Częstotliwość uzupełniania | Rzadka | Częsta |
| Zapobieganie chwastom | Skuteczne | Skuteczne |
| Wpływ na azot w glebie | Brak dodatkowego azotu (materiał nieorganiczny) | Uwalnia azot podczas rozkładu organicznego |
| Właściwości termiczne | Poprawia bilans cieplny gleby | Brak znaczącego wpływu |
Przy zakupie żwiru lawowego do ogrodu zawsze należy zwracać uwagę na wielkość ziarna – do spulchniania gleby zalecane są ziarna o mniejszej wielkości (około 2 mm). Jeśli potrzebne są bardzo małe ziarna, można również kupić zrębki lawy, które z reguły dostępne są również z zerowymi proporcjami w wielkości ziaren. Czysty żwir lawowy bywa rzadko spotykany, dlatego zawsze warto sprawdzić, jakie inne substancje są w nim wymieszane. Większe kamienie lawowe stały się również bardzo popularnym elementem dekoracji ogrodowych w ostatnich latach, oferując naturalny i estetyczny wygląd.
Wykorzystanie Lawy w Budownictwie
Lawa, dzięki swoim unikalnym właściwościom fizycznym i chemicznym, od wieków znajduje zastosowanie w budownictwie, ewoluując od prostych materiałów po zaawansowane komponenty. Już starożytni Rzymianie docenili jej potencjał, wykorzystując tak zwane puzzolany – głównie popioły wulkaniczne i tufy – jako "tajny" składnik swoich słynnych zapraw "Opus caementicium" i "Opus signinum". Te historyczne betony, w zależności od projektu, często charakteryzowały się niezwykłą wodoodpornością i trwałością, stając się protoplastami naszego współczesnego betonu. Ich właściwości do dziś budzą podziw.
Puzzolany są nadal używane do produkcji zapraw murarskich i betonów. Oprócz tufu, często wykorzystuje się do tego tras reński, który, choć nie powstał wulkanicznie, to jednak uformował się w wyniku metamorfozy naturalnych skał po uderzeniu meteorytu, co nadaje mu podobne właściwości spoiwne. Lawa spieniona lub porowata może być również bezpośrednio przetwarzana na betony lekkie, które charakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami technicznymi, w tym izolacyjnością termiczną i akustyczną, a także zmniejszoną masą własną konstrukcji.
W budownictwie drogowym żwir lawowy jest często stosowany jako warstwa spodnia, znana jako warstwa mrozoodporna, która zapobiega uszkodzeniom nawierzchni spowodowanym przez zamarzającą wodę. Sporadycznie wykorzystuje się go również jako materiał nawierzchniowy do ścieżek i podjazdów, jako tak zwany żwir dekoracyjny, gdzie jest widoczny i pełni funkcję estetyczną. Dużą zaletą lawy jest jej niewielka waga w porównaniu z innymi kruszywami, co może znacznie obniżyć koszty transportu. Ponadto, różne rodzaje żwiru lawowego są szeroko stosowane w budowie obiektów sportowych, takich jak boiska czy bieżnie, gdzie liczy się dobra drenażność i stabilność podłoża.
Lawa jako Materiał Filtracyjny
Lawa oferuje również bardzo interesujące możliwości w zakresie filtracji i oczyszczania wody, szczególnie tej silnie nasyconej rozpuszczonymi zanieczyszczeniami organicznymi. Struktura porowata materiału lawowego, w połączeniu z jego składem mineralnym, katalizuje bardzo efektywne reakcje degradacji biologicznej. Kiedy woda zmieszana z powietrzem przepływa przez złoże lawowe, tworzy się idealne środowisko dla rozwoju mikroorganizmów, które rozkładają zanieczyszczenia organiczne. Z tego powodu filtracja lawy jest stosowana głównie w dziedzinie oczyszczania ścieków, zarówno komunalnych, jak i przemysłowych, a także w systemach filtracji wody w stawach ogrodowych i akwariach, gdzie wspiera procesy biologicznego samooczyszczania.
Czy Lawa Może Stopić Ceramike?
To jedno z często zadawanych pytań, które budzi ciekawość. Biorąc pod uwagę, że lawa może osiągać temperaturę do 1200°C (2190°F), intuicyjnie można by sądzić, że jest w stanie stopić większość materiałów. Jednakże, jak wynika z badań, wiele materiałów, w tym niektóre metale i ceramiki, charakteryzuje się znacznie wyższymi temperaturami topnienia i jest w stanie wytrzymać ekstremalne warunki panujące w kontakcie z lawą.
Przykładowo, wolfram, o temperaturze topnienia wynoszącej około 3422°C (6192°F), jest całkowicie odporny na stopienie przez lawę. Podobnie, wiele rodzajów ceramiki technicznej, które są projektowane do pracy w wysokich temperaturach, wykazuje niezwykłą odporność. Oto kilka przykładów materiałów, w tym ceramiki, które mogą wytrzymać temperaturę lawy:
- Metale: tytan, iryd, stopy żelaza, osm, stopy niklu (np. Inconel).
- Ceramika: tlenek glinu (Al2O3), mulit (3Al2O3·2SiO2), azotek krzemu (Si3N4).
Te materiały są znane ze swojej refrakcyjności, czyli zdolności do zachowania swoich właściwości fizycznych i chemicznych w bardzo wysokich temperaturach. Oznacza to, że choć lawa jest niezwykle gorąca i może doprowadzić do zapłonu wielu substancji organicznych czy stopić metale o niższej temperaturze topnienia, to jednak nie jest w stanie stopić wszystkich materiałów, a w szczególności zaawansowanych ceramik technicznych, które są projektowane właśnie z myślą o ekstremalnych warunkach termicznych.
Marketingowy Potencjał Nazwy 'Lawa'
Ze względu na to, że termin „lawa” jest powszechnie znany i często kojarzy się z potężną, nieokiełznaną siłą natury, wielu producentów wykorzystuje wariacje tego terminu, aby nadać swoim produktom odpowiedni, silny wizerunek. Dobrym tego przykładem jest producent urządzeń do odkurzania, który oferuje szczególnie stabilne zamknięcia z trzema zgrzewami – jako nazwę swojej firmy wybrał po prostu LAVA, sugerując tym samym wytrzymałość i niezawodność swoich produktów.
Warto zwrócić uwagę, że w przypadku określenia „dębu lawowego” skała nie ma nic wspólnego z samym produktem. Jest to wyłącznie nazwa typu dla pewnego wyglądu drewna dębowego, często będąca jedynie repliką wizualną. Taka nazwa jest bardzo skuteczna w reklamie ze względu na swój efektowny charakter, choć nie odnosi się do realnego związku z lawą.
Podsumowanie: Niezwykła Wartość Zastygłej Siły Wulkanu
Erupcje wulkanów i masywne spływy piroklastyczne wydają się niezwykle groźne i zdają się nie czynić nic poza zniszczeniami. W rzeczywistości jednak, schłodzona lawa jest również bardzo cennym materiałem, który ma niezliczone zastosowania. Od użyźniania gleby w ogrodzie i zastępowania ściółki z kory, przez materiał wyjściowy do produkcji wysokiej jakości betonów lekkich, aż po zaawansowane systemy filtracyjne – potencjał lawy jest ogromny. Materiały lawowe są również często stosowane przy budowie dróg i ścieżek, a także w budownictwie obiektów sportowych, a zimą mogą służyć jako dobry zamiennik grysu.
W naturze, czasem gwałtowne erupcje wulkaniczne z przeszłości są obecnie odpowiedzialne za powstawanie wielu szczególnie żyznych gleb. Wulkanizm, choć jest gwałtownym zjawiskiem naturalnym, często pozostawia po sobie bardzo pozytywne skutki, zarówno w przyrodzie, jak i w naszych technicznych zastosowaniach. Zastygła lawa to nie tylko świadectwo potęgi Ziemi, ale także dowód na to, jak natura dostarcza nam surowców o niezwykłych właściwościach, które możemy wykorzystać na wiele innowacyjnych sposobów.
Zainteresował Cię artykuł Zastygająca Siła Wulkanu: Lawa i Jej Zastosowania? Zajrzyj też do kategorii Ceramika, znajdziesz tam więcej podobnych treści!