Popol vulkanických erupcií ohrozuje leteckú dopravu

Najničivejšie vulkanické erupcie sú často spôsobované sopkami, ktoré po stáročia až tisícročia „driemali“. Ich aktivita môže predstavovať vôbec prvú historickú erupciu, a to i na miestach, kde sa vulkanická aktivita vôbec nepredpokladala. Takýmito nečakanými výbuchmi boli erupcie vulkánov El Chichón (roku 1982 v Mexiku) a Pinatubo (1991 na Filipínach). Vulkanickým erupciám spravidla predchádzajú „varovné“ signály: napríklad zvyšujúca sa intenzita zemetrasných pohybov, zdvih samotného telesa vulkánu, zmeny v režime plynných emisií, zvýšené topenie snehu a ľadu na svahoch sopky atď. Tieto znamenia predchádzajú samotnú erupciu o niekoľko dní, ale i o niekoľko rokov.

Jedným z neblahých následkov sopečnej činnosti sú kolízie lietadiel s mračnami vulkanického popola. Boli zaznamenané v posledných desaťročiach niekoľkokrát a len šťastnej náhode vďačíme za to, že zatiaľ neviedli k tragédiám.

Meteorologické predpovede a upozornenia na hroziace nebezpečenstvo sú prevádzané po dohode medzi Svetovou meteorologickou organizáciou (WMO) a Medzinárodnou organizáciou civilného letectva (ICAO). Sú zaisťované meteorologickými službami štátov, nad územiami ktorých sú medzinárodné letové koridory.

Pri silných erupciách dochádza k merateľným zmenám teploty. Zatiaľ čo troposféra nad eruptujúcim vulkánom chladne, stratosféra sa zohrieva. Je to pravdepodobne dôsledok slnečného žiarenia či infračervenej absorpcie. Oblaky vulkanického popola s vysokou koncentráciou drobných častíc silikátového zloženia sa vyznačujú optickými vlastnosťami, ktoré môžu byť detegované v oblasti infračerveného žiarenia o dĺžke 8 – 13 mikrometrov, v tejto vlnovej dĺžke sa sopečné oblaky dajú odlíšiť od oblakov vodných kvapiek či ľadu.

Po sympóziu v Seattli v roku 1991 boli podpísané mnohé medzištátne dohody o poskytovaní informácií o sopečných explóziách, no najmä informácií o pohybe oblakov vulkanického popola. Súčasne existuje niekoľko medzinárodných varovných a monitorovacích systémov, ktoré poskytujú potrebné údaje leteckým spoločnostiam a letiskám. Ako príklad môže slúžiť špecializované meteorologické centrum v Darwine v Austrálii, ktoré vyhodnocuje najmä satelitové informácie a monitoruje oblasť aktívnych vulkánov Indonézie. Centrum v Darwine slúži aj ako výcvikový polygón meteorológov ázijských krajín.

Z hľadiska početnosti aktívnych vulkánov a množstva civilných letísk zaujíma výnimočné postavenie Japonsko. Na jeho území sa nachádza 83 aktívnych vulkánov (na celej Zemi sa nachádza asi 1500 sopiek a zhruba 600 z nich je považovaných za aktívne), ktoré predstavujú súčasť „ohnivého prstenca Tichého oceánu“ (Pacific ring of fire), a okolo 80 využívaných letísk. V priemere ročne je aktívnych 6 vulkánov (na celom svete je ich asi 60). V dobe systematického monitorovania, t. j. od roku 1971, nad Japonskom došlo k 21 zaevidovaným stretom civilných lietadiel s oblakmi vulkanického popola. Následkom bolo rôzne intenzívne poškodenie najmä exteriérov lietadiel. Viac ako polovica incidentov podmienených vulkanickým popolom je viazaná na vulkán Sakuraji na južnom Kjúšú. Blízko ležiace letisko Kagošima patrí medzi najfrekventovanejšie letiská Japonska (okolo 130 pristátí a vzlietnutí denne). Vulkán Sakuraji sa nachádza len 25 km severne od letiska, takže je pre letisko pripravených a monitorovaných niekoľko pristávacích a štartovacích letových koridorov.

Najväčšie nebezpečie pre leteckú dopravu hrozí od plíniovských a vulkánskych typov erupcií. Sú charakterizované vyvrhnutím veľkého množstva drobných úlomkov lávy, vulkanických plynov a vodných pár do atmosféry.

Vulkanický popol (úlomky hornín, minerálov a vulkanického skla menšie ako 0,1 mm) predstavuje jeden z charakteristických produktov niektorých typov vulkanických erupcií. Je podstatnou súčasťou netriedeného klastického vyvrhnutého sopečného materiálu – tefry.

Sopečnými erupciami sa popol dostáva do veľkých (stratosferických) výšok. Prúdeniami ovzdušia je unášaný často stovky kilometrov od miesta erupcie. Ako príklad je možné uviesť výbuch sopiek Krakatau (1883) a Tambora (1815) – obidva vulkány sú v sundskom súostroví (Indonézia). Vulkanický popol týchto erupcií doslova „obletel“ zemeguľu – spôsobil zníženie slnečného jasu a merateľne chladnejšie nasledujúce letá.

Vulkanický popol môže mať rôzny pôvod. Môže vzniknúť dekompresiou vystupujúcej magmy, pričom dochádza k nárastu veľkosti plynových bublín, resp. k fragmentácii spenenej magmy v kráteri (magmatický vznik). O hydrovulkanickom vzniku hovoríme, ak dôjde k explozívnemu miešaniu magmy s povrchovou alebo spodnou vodou. A konečne môže nastať fragmentácia okolných hornín počas rýchlej expanzie pary, alebo horúcej vody (freatický vznik).

Skúsení letci tvrdia, že prítomnosť vulkanického popola sa ťažko zisťuje počas letov v noci, resp. počas letov v oblakoch. V noci pri prelete oblakmi vulkanického popola možno pozorovať silnú statickú elektrinu (St. Elmo’s fire): výboje pred lietadlom, ohnivé úlety z výfukov turbín. Pristávacie svetlá vrhajú ostré kužele svetla, charakteristické sú výrazné tiene odrážané od vulkanických oblakov. Posádky lietadiel pri prelete vulkanickými oblakmi pozorujú v  kabíne prítomnosť vulkanického popola (prachu). Usadzuje sa na horizontálnych plochách uvedených priestorov. V útrobách lietadla sa šíri štipľavý zápach pripomínajúci elektrické výboje, v niektorých prípadoch zápach síry. Klesá tlak v kabíne a stúpa meraná výška. Najnebezpečnejším príznakom prítomnosti sopečného popola je však opakované zlyhávanie turbín, prejavujúce sa okrem iného aj zvýšením teploty výfukových plynov a znížením rýchlosti lietadla pri stálom výkone turbín.

Podľa kvalifikovaných odhadov lietadlo Boeing 747-400 na linke Amsterdam – Anchorage v roku 1989 vletelo do oblaku vulkanického popola s hustotou približne 2 g/m³. Najväčšie častice v tomto oblaku mali rozmery 100 – 400 mikrónov. Zatiaľ čo armáda USA od konštruktérov vojenských leteckých motorov vyžaduje toleranciu 0,05 g prachu na m³ vzduchu, konštruktéri motorov civilných lietadiel s takouto toleranciou nepočítajú ani v súčasnosti. Z uvedeného vychodí, že B 747-400 vletelo do 40násobne hustejšieho vulkanického oblaku, ako je prípustná medza pre vojenské lietadlá. Pritom pokusy na zemi preukázali, že motor sa stáva málo funkčným až nefunkčným už pri hustote popola 0,5 g/m³, čo je hodnota rovná 1/4 hustoty oblaku vulkanického popola nad Aljaškou v roku 1989. 

Hlavnými negatívnymi dopadmi prítomnosti vulkanického popola na leteckú dopravu sú:

spád popola – spôsobujúci mnohostranné škody až do vzdialenosti desiatok kilometrov od vulkánu (letištné plochy, lietadlá, budovy a zariadenia);

abrázia – postihuje najmä všetky v smere letu orientované hrany lietadla, mechanický a hydraulický systém;

akrécia – vulkanický popol sa taví a následne v podobe „keramického“ povlaku sa hromadí na chladnejších (výstupných) častiach turbín;

korózia – zmes vulkanického popola s vodou spôsobuje vznik slabých kyselín – tie atakujú kovy i biotu (menej v samotnom lietadle, viac na Zemi);

adhézia – vulkanický popol sa „lepí“ na vetracie a ventilačné systémy lietadla – upcháva ich;

fyziologické aspekty – vulkanické plyny i samotné častice sú pre cestujúcich škodlivé.

Pravdepodobne prvým zaznamenaným ničivým dopadom vulkanickej erupcie na leteckú dopravu bol výbuch sopky Vezuv v roku 1944, pri ktorom došlo k vážnemu poškodeniu letky amerických vojenských lietadiel B-25, ktoré sa nachádzali na letisku pri Neapole.

Hoci vulkanický popol v stratosfére bol aj v minulosti príčinou ťažkostí vojenských i civilných lietadiel, bezprostredným impulzom pre prijatie dovtedy nevídaných opatrení leteckých spoločností i štátnych organizácií v USA bola aktivita vulkánu Redoubt na Aljaške v rokoch 1989/1990. Vulkán spôsobil ťažkosti v civilnej leteckej premávke na juhu centrálnej Aljašky a vynútil si dokonca prerušenie leteckej dopravy. Počas aktivity vulkánu Redoubt došlo k poškodeniu 5 turbínových civilných lietadiel, pričom oprava jedného Boeingu 747-400 stála 80 mil. dolárov.

Za posledných 15 rokov bolo viac ako 80 turbínových lietadiel výrazne poškodených po strete s oblakmi vulkanického popola.

Jedna z najdramatickejších kolízií sa udiala v roku 1982 nad Jávou. Dve lietadlá typu Boeing 747 spoločnosti British Airlines smerujúce do Austrálie vleteli do oblakov vulkanického popola vymršteného do stratosféry explóziou vulkánu Galunggung na Jáve. V obidvoch prípadoch turbíny lietadiel stratili výkon (ťah) a až po vyše 7 000 metrovom klesaní podarilo sa ich opätovne naštartovať – lietadlá pristáli v Jakarte. Reštartovanie v nižších výškach sa podarilo v dôsledku vyššieho obsahu kyslíka vo vzduchu. Podobné zastavenie turbín sa udialo aj v prípade lietadiel, ktoré sa dostali do oblakov popola vulkánov Mt. Redoubt (Aljaška) a Mt. Pinatubo (Filipíny).

Počas a po erupcii vulkánu Pinatubo na Filipínach v júni 1991 bolo zaznamenaných najmenej 16 stretov lietadiel s oblakmi vulkanického popola, pričom vzdialenosť lietadiel od vulkánu dosiahla až 1000 km. Ďalšie škody sú na lietadlách spôsobované oblakmi kvapôčiek kyseliny sírovej, ktoré sa udržujú v stratosfére ešte dlhý čas po vulkanických erupciách. Ohromné množstvá oxidu siričitého (pri erupcii Mt. Pinatubo na Filipínach v roku 1991 to bolo asi 20 mil ton (!)) tiež predstavujú akútne nebezpečenstvo.

V oblasti Indonézie a Austrálie po druhej svetovej vojne prudko narástla hustota leteckej premávky. Do Austrálie a z nej lieta v súčasnosti okolo 800 letov týždenne, z ktorých väčšina prelietava (v rámci medzinárodných koridorov) práve nad vulkánmi Indonézie a východnej Ázie. Keď k týmto letom pripočítame lety, ktoré začínajú či končia na Novom Zélande, vychodí nám vysoká hustota leteckej premávky v danej oblasti (letiská v Jakarte a v Denpasar na Bali slúžia pre medzipristátia). V Austrálii platí všeobecný zákaz štartu a pristávania lietadiel v nočných hodinách, preto sa nad Indonéziou lieta v noci – lietadlá dosahujú austrálske mestá v stanovenom čase (6,00 – 23,00 hod.).

Obdobie rokov 1982 – 1985 bolo pre oblasť Indonézie typické početnými erupciami vulkánov na jednej strane (35 erupcií v dobe od januára 1982 do septembra 1985) a zvýšením počtu preletov nad územím lietadlami s turbínovým pohonom na strane druhej. Je zaujímavé, že bolo zaznamenaných menej poškodených lietadiel ako v predošlom období.

Nebezpečie oblakov vulkanického popola pre leteckú dopravu je znásobené skutočnosťou, že súčasnou generáciou radarov lietadiel nie sú detegovateľné. Preto, i napriek existencii monitorovacieho systému, musia byť piloti stále pripravení reagovať na neočakávaný stret s oblakmi vulkanického popola. Ako príklad môže slúžiť let z Amsterdamu do Anchorage na Aljaške z 15. decembra 1989. Pilot bol ešte pred odletom informovaný o erupcii vulkánu Redoubt. Do oblaku vulkanického popola z tejto erupcie vletelo lietadlo Boeing 747-400 a ocitlo sa vo veľmi nebezpečnej situácii. Erupcia vulkánu Redoubt o 10 hodine 15 minúte miestneho času spôsobila vznik oblaku vulkanického popola, ktorý dosiahol výšku približne 13 000 m. O 11,47 sa dostalo lietadlo spoločnosti KLM do oblaku vulkanického popola vo výške asi 8 000 m, pričom vzdialenosť od vulkánu Redoubt bola až 250 km. Posádka okamžite zvýšila výkon turbín a začala stúpať v snahe dostať sa z oblaku. V priebehu jednej minúty všetky 4 turbíny lietadla prestali fungovať a lietadlo klesalo k zemi. Asi po 5 000 m klesaní sa posádke podarilo opätovne „nahodiť“ turbíny – lietadlo pristálo na letisku v Anchorage. Základnou príčinou tejto – a podobnej nehody v roku 1982 pri explózii vulkánu Galunggung na Jáve – bolo roztavenie vulkanického popola a jeho opätovná kryštalizácia a „nalepovanie“ v chladnejšej časti turbín. Tieto následne stratili „priedušnosť“ – „zahltili sa“. Naštastie v obidvoch prípadoch hustejší vzduch nižších výšok umožnil ich opätovné naštartovanie.

Uvedené príklady dokumentujú nutnosť aktivít smerujúcich k zamedzeniu ničivých dôsledkov prírodných katastrof. Súčasne dokazujú, že boj proti prírodným katastrofám môže mať vyhliadky na úspech len v prípade medzinárodnej spolupráce.