Όταν, κατά την έκρηξη ενός ηφαιστείου, αδειάσει ο υποκείμενος μαγματικός θάλαμος, ο οποίος βρίσκεται σε μικρό βάθος, τότε το ηφαιστειακό οικοδόμημα μπορεί να καταρρεύσει μέσα στο κενό που δημιουργήθηκε. Έτσι, σχηματίζεται ένα βύθισμα με απότομα τοιχώματα που ονομάζεται καλδέρα (caldera). Η λέξη προέρχεται από τα ισπανικά και σημαίνει χύτρα. Η διάμετρος της καλδέρας μπορεί να κυμαίνεται από 1-100 km. Οι καλδέρες διαφέρουν από τους κρατήρες, οι οποίοι είναι μικρότεροι και δημιουργούνται από τη διάβρωση του κεντρικού ηφαιστειακού πόρου λόγω της έκρηξης. Οι καλδέρες που προκύπτουν από εκρήξεις όξινου ηφαιστειακού υλικού περιβάλλονται συνήθως από παχιά καλύμματα κίσσηρης, που είναι προϊόντα τεράστιων πυροκλαστικών ροών.

Οι καλδέρες μπορούν να διακριθούν σε τρεις ομάδες, ανάλογα με τη μορφή τους και τον τρόπο γένεσής τους:

• Πυροκλαστικές καλδέρες ή τύπου Crater-Lake (Crater-Lake type calderas)
  που προέρχονται από την κατάρρευση στρωματοηφαιστείων

• Βασαλτικές καλδέρες (basaltic calderas)
  που προέρχονται από την κατάρρευση ασπιδόμορφων ηφαιστείων

• Ανυψωμένες καλδέρες (resurgent calderas)

Καλδέρα.

Οι πυροκλαστικές καλδέρες ή τύπου Crater-Lake (Crater-Lake type calderas) σχηματίζονται μετά από την κύρια φάση μιας Πλινιακής έκρηξης ενός στρωματοηφαιστείου, όταν αυτό καταρρέει στο κενό που δημιουργείται στον υποκείμενο μαγματικό θάλαμο μετά την έξοδο του μάγματος. Η τελευταία φάση της Πλινιακής έκρηξης χαρακτηρίζεται από τη γένεση πυροκλαστικών ροών. Όμως, η κατάρρευση του ηφαιστειακού οικοδομήματος, ενεργώντας ώς έμβολο, προκαλεί επιπλέον εκρήξεις από ογκώδεις πυροκλαστικές ροές κίσσηρης κατά μήκος των περιφερειακών ρηγμάτων που περιβάλλουν την καταρρέουσα μάζα. Αυτές οι ροές δημιουργούν παχιές αποθέσεις πυρομβρίτη ή ιγκνιμβρίτη (ignimbrite) που είναι το σήμα κατατεθέν των καλδέρων τύπου Crater-Lake και των ανυψωμένων.

Η καλδέρα Crater Lake. Βρίσκεται στο Oregon (ΗΠΑ) και έχει διαστάσεις 8x10 km. Σχηματίστηκε πριν από 6.850 χρόνια από μία από τις μεγαλύτερες εκρήξεις κατά τη διάρκεια του Ολοκαίνου. Η έκρηξη είχε ως αποτέλεσμα την κατάρρευση του ηφαιστείου Mazama που ήταν ένα πολυσύνθετο ηφαίστειο αποτελούμενο από αλλεπάλληλα στρωματοηφαίστεια και ασπιδόμορφα ηφαίστεια. Το νησί Wizard μέσα στην καλδέρα αντιπροσωπεύει ένα κώνο που σχηματίστηκε μεταγενέστερα.  Photo: Wikipedia.

Η καλδέρα Aniachak (Αλάσκα, 1977). Αυτή είναι μία καλδέρα τύπου Crater-Lake και σχηματίστηκε πριν από ~3.500 χρόνια. Η έκρηξη δημιούργησε πυροκλαστικές ροές που απέθεσαν τα υλικά τους έως και 50 km από την καλδέρα. Ο κώνος σκωριών δεξιά από το κέντρο της καλδέρας είναι ανάλογος του νησιού Wizard στην καλδέρα Crater Lake. Photo: Williams M.

Η καλδέρα Crater Lake, από την οποία πήρε το όνομά του αυτός ο τύπος καλδέρας, βρίσκεται στο Oregon (ΗΠΑ) και αποτελεί τη βαθύτερη λίμνη της Βόρειας Αμερικής με βάθος 600 m. Τα τοιχώματα της καλδέρας υψώνονται πάνω από την επιφάνεια του νερού άλλα 600 m. Το μεγάλο αυτό καλδερικό βύθισμα σχηματίστηκε κατά την βίαιη έκρηξη και κατάρρευση του ηφαιστείου Mazama πριν από 6.850 χρόνια (βλ. διπλανό σχήμα).

Η τεράστια έκρηξη παρήγαγε περίπου 50 φορές περισσότερη τέφρα από την έκρηξη του ηφαιστείου της Αγίας Ελένης (1980). Κατά την κύρια φάση της Πλινιακής έκρηξης ~30 km³ πυροκλαστικού υλικού εξήλθε από το μαγματικό θάλαμο, αφήνοντας έτσι την οροφή του θαλάμου χωρίς υποστήριγμα. Κατά την τελευταία φάση της έκρηξης εξήλθε επιπλέον ιγκνιμβριτικό υλικό με αποτέλεσμα την κατάρρευση του οικοδομήματος κατά μήκος περιφερειακών ρωγμών. Η κατάρρευση προξένησε επιπρόσθετες πυροκλαστικές ροές και δημιούργησε μία καλδέρα διαμέτρου 10 km.

Μεταγενέστερες μικρές εκρήξεις κάλυψαν τον πυθμένα της με λάβες ανδεσιτικής έως ρυολιθικής σύστασης. Μία από αυτές τις εκρήξεις διαμόρφωσε τον κώνο που αποτελεί το νησί Wizard στη δυτική πλευρά της λίμνης. Η ηφαιστειακή δραστηριότητα σταμάτησε πριν από περίπου 2000 χρόνια.

Σχηματισμός καλδέρας. α) Έκρηξη του ηφαιστείου. β) Κένωση του μαγματικού θαλάμου. γ) Κατάρρευση του ηφαιστειακού οικοδομήματος και σχηματισμός καλδέρας. δ) Μεταγενέστερη πλήρωση της καλδέρας και σχηματισμός λίμνης.

Η καλδέρα Crater Lake. Photo: NASA.

Γεωλογικός χάρτης του πυθμένα της καλδέρας Crater Lake. Photo: USGS.

Βαθυμετρικός χάρτης του πυθμένα της καλδέρας Crater Lake. Photo: USGS.

Οι δύο πιο πρόσφατες εκρήξεις που συνδέονται με τη δημιουργία καλδέρων τύπου Crater-Lake είναι οι κολοσσιαίες εκρήξεις των ηφαιστείων Tambora (1815) και Krakatau (1883) στην Ινδονησία.

Οι βασαλτικές καλδέρες (basaltic calderas) χαρακτηρίζουν πολλά ασπιδόμοφα ηφαίστεια και βρίσκονται στην κορυφή τους. Τυπικά παραδείγματα είναι τα ηφαίστεια της Χαβάης με τις καλδέρες Mokuaweoweo και Kilauea των ηφαιστείων Mauna Loa και Kilauea αντίστοιχα, η καλδέρα του ηφαιστείου Erta Al (Αιθιοπία), η καλδέρα του ηφαιστείου Piton de la Fournaise (Reunion Island) και οι εντυπωσιακές καλδέρες στα ασπιδόμορφα ηφαίστεια των νησιών Galapagos. Οι περισσότερες βασαλτικές καλδέρες στη Γη έχουν διάμετρο από 1-5 km. Όμως αυτές που παρατηρήθηκαν στον πλανήτη Αρη είναι πραγματικά τεράστιες, με μεγαλύτερη αυτήν του όρους Όλυμπος με διάμετρο πάνω από 60 km!

Η καλδέρα Kilauea (Χαβάη, 2003). Βρίσκεται στην κορυφή του ασπιδόμορφου ηφαιστείου Kilauea. Έχει διάμετρο 4 km. Η σταδιακή υποχώρηση της καλδέρας δημιούργησε κρατήρες κατακρήμνισης και αναβαθμίδες, όπως ο κρατήρας Halemaumau που διακρίνεται στη βάση της καλδέρας. Photo: NASA

Η καλδέρα Erta Al (Αιθιοπία, 2002). Το ασπιδόμορφο ηφαίστειο Erta Al βρίσκεται στη ζώνη ηπειρωτικής διάρρηξης Danakil στη βόρεια Αιθιοπία. Photo: Fulle M.

Η καλδέρα Piton de la Fournaise (Reunion Island, 2007). Photo:

Ενώ οι καλδέρες τύπου Crater-Lake σχετίζονται με εκρηκτικές εκρήξεις όξινου μάγματος που παράγουν τεράστιες ποσότητες πυροκλαστικών υλικών, οι βασαλτικές καλδέρες δεν προέρχονται από τέτοια καταστροφικά γεγονότα. Αντίθετα, οι βασαλτικές καλδέρες καταρρέουν και μεγαλώνουν βαθμιαία λόγω των επαναλαμβανόμενων ήπιων εκχύσεων βασαλτικής λάβας από αβαθείς μαγματικούς θαλάμους. Έτσι δημιουργείται ένα δίκτυο από μικρούς κρατήρες κατακρήμνισης (pit craters) και αναβαθμίδες (terraces). Οι κρατήρες κατακρήμνισης είναι βυθίσματα του εδάφους, που δεν προέρχονται όμως από εκρήξεις λάβας ή τέφρας, αλλά από τοπική υποχώρηση ή κατάρρευση του εδάφους εξαιτίας της απομάκρυνσης του υποκείμενου μάγματος. Λάβα μπορεί να εκχυθεί από ρωγμές στη βάση ή τα τοιχώματα ενός κατακρήμνισης κρατήρα και να σχηματίσει μία λίμνη λάβας.

Ο κρατήρας κατακρήμνισης Halemaumau στην καλδέρα του ηφαιστείου Kilauea (Χαβάη). Photo:

Κρατήρας κατακρήμνισης στο ηφαίστειο Kilauea (Χαβάη, 1990). Η βάση του κρατήρα έχει καλυφθεί από λάβα που εκχύθηκε από το δεξιό άκρο του κρατήρα. Photo: Griggs JD.

Κρατήρας κατακρήμνισης στο ηφαίστειο Erta Al (Αιθιοπία, 2002). Διακρίνεται η λίμνηη λάβας στον πυθμένα του κρατήρα. Photo: Fulle M.

Οι ανυψωμένες καλδέρες (resurgent calderas) είναι παρόμοιες με τις καλδέρες τύπου Crater-Lake, όσον αφορά στον τρόπο δημιουργίας τους. Διαφέρουν, στο ότι είναι κατά πολύ μεγαλύτερες, με διαμέτρους 15-100 km, και στο κέντρο τους έχουν μία μεγάλη ανύψωση που είναι αποτέλεσμα μεταγενέστερης ανόρθωσης του πυθμένα της καλδέρας εξαιτίας της ανόδου νέου μάγματος ή της πίεσης που προκαλεί το υπάρχον. Ο πυθμένας της καλδέρας καλύπτεται συνήθως από μεταγενέστερες ροές και θόλους ρυολιθικής λάβας και οψιδιανού, ενώ τα ανορθωμένα κέντρα συχνά έχουν στην κορυφή τους επιμήκεις ζώνες διάρρηξης (graben). Οι ανυψωμένες καλδέρες είναι οι μεγαλύτεροι ηφαιστειακοί σχηματισμοί στην επιφάνεια της Γης και σχετίζονται με τεράστιες εκρήξεις πυροκλαστικών υλικών.

Ο σχηματισμός μιας ανορθωμένης καλδέρας φαίνεται στο διπλανό σχήμα.

1. Ρυολιθικό μάγμα πλούσιο σε αέρια ανέρχεται και ανασηκώνει το φλοιό.

2. Η πίεση που ασκεί το μάγμα δημιουργεί ρωγμές που ξεκινούν από το μαγματικό θάλαμο και καταλήγουν στην επιφάνεια. Αυτές λειτουργούν ως αγωγοί διαφυγής για τα αέρια, προκαλώντας αποσυμπίεση με αποτέλεσμα τη φυσαλιδοποίηση του μάγματος και την εκρηκτική έξοδο τέφρας στην ατμόσφαιρα.

3. Καθώς μειώνεται η ένταση της έκρηξης αρχίζουν να σχηματίζονται πυροκλαστικές ροές που εξέρχονται από τις περιφερειακές ρωγμές. Ο μαγματικός θάλαμος αδειάζει και η οροφή του αρχίζει να καταρρέει δημιουργώντας την καλδέρα, ενώ συγχρόνως προκαλεί το σχηματισμό επιπρόσθετων πυροκλαστικών ροών.

4. Προς το τέλος της έκρηξης παχιά στρώματα πυροκλαστικών υλικών έχουν αποτεθεί μέσα και έξω από την καλδέρα.

5. Εάν η καλδέρα κατακλυστεί από νερό μπορεί να μετατραπεί σε λίμνη.

6. Νέο μάγμα ανέρχεται στο μαγματικό θάλαμο ή το υπάρχον μάγμα προκαλεί νέα πίεση ανορθώνοντας τη βάση της καλδέρας. Ο χρόνος που μεσολαβεί για να ολοκληρωθεί αυτή η ανόρθωση είναι της τάξης των 1000-100.000 χρόνων.

Χαρακτηριστικά παραδείγματα ανυψωμένων καλδέρων είναι οι καλδέρα Valles (New Mexico, ΗΠΑ), η καλδέρα Cerro Galan (Αργεντινή) και η καλδέρα Yellowstone (Wyoming, ΗΠΑ).

Σχηματισμός ανορθωμένης καλδέρας.

Η καλδέρα Valles (New Mexico, ΗΠΑ). Βρίσκεται στη ζώνη διάρρηξης Rio Grande και σχηματίστηκε πριν από ~1 Ma. Έχει διάμετρο 23 km και καλύπτεται από πυροκλαστικές ροές. Στη φωτογραφία αναγλύφου διακρίνονται με μπλε χρώμα οι περιοχές με χαμηλό ανάγλυφο και με πορτοκαλί οι οι περιοχές με ψηλό ανάγλυφο, οι οποίες βρίσκονται στο κέντρο της καλδέρας και αντιπροσωπεύουν μεταγενέστερους ανορθωμένους θόλους. Photo: Hamilton J.

Η καλδέρα Cerro Galan (Αργεντινή). Βρίσκεται στην οροσειρά των Ανδεων και είναι το κλασικότερο παράδειγμα ανυψωμένης καλδέρας παγκοσμίως. Έχει ελλειπτικό σχήμα με διαστάσεις 35x25 km και σχηματίστηκε πριν από 2.1 Ma από μία κολοσσιαία έκρηξη που παρήγαγε πάνω από 1000 κυβικά km πυροκλαστικών ροών κίσσηρης (ιγκνιμβρίτη) που εκτείνονται σε απόσταση >100 km. Οι αποθέσεις ιγκνιμβρίτη μέσα στην καλδέρα έχουν πάχος 1.2 km. Στη φωτογραφία φαίνεται η ανόρθωση στο κέντρο της καλδέρας, η οποία προκλήθηκε από την άνοδο μάγματος μετά από μερικές χιλιάδες χρόνια, δημιουργώντας δακιτικούς θόλους στο βόρειο τμήμα της καλδέρας. Η μικρή λίμνη Laguna Diamante (αριστερά κάτω) αντιπροσωπεύει ένα μικρό υπόλειμμα μιας μεγαλύτερης λίμνης που κάλυπτε κάποτε την καλδέρα. Photo: Volcano World.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον από ελληνικής πλευράς έχει η καλδέρα της Σαντορίνης. Σχηματίστηκε από την Μινωική έκρηξη το 1613 π.Χ. που ήταν από τις μεγαλύτερες Πλινιακές εκρήξεις των ιστορικών χρόνων. Η έκρηξη παρήγαγε περίπου 30-40 km³ ρυοδακιτικής τέφρας. Ακολούθησε η κατάρρευση του μαγματικού θαλάμου δημιουργώντας έτσι την καλδέρα καθώς και ένα τεράστιο τσουνάμι. Η σημερινή καλδέρα σχηματίστηκε στη θέση μιας προϋπάρχουσας καλδέρας. Η καλδέρα έχει διαστάσεις 7x12 km και βάθος περίπου 350 m, ενώ τα τοιχώματά της υψώνονται από την επιφάνεια της θάλασσας άλλα 300 m περίπου. Μεταγενέστερες εκρήξεις, από το 197 π.Χ. έως το 1950, οι οποίες συνοδεύονταν από εκχύσεις δακιτικών λαβών, διαμόρφωσαν τα νησιά Παλαιά και Νέα Καμένη στο κέντρο της καλδέρας.

Δορυφορική φωτογραφία της Σαντορίνης. Δεσπόζει η καλδέρα με τα νησιά Παλαιά και Νέα Καμένη στο κέντρο της. Αριστερά διακρίνονται η Θηρασία και το Ασπρονήσι. Photo: NASA.

Αεροφωτογραφία της Σαντορίνης. Photo: Schreiber B.

Η προ-Μινωική μορφή της Σαντορίνης (με κίτρινο). Διακρίνεται η προϋπάρχουσα καλδερα. Photo: Decadevolcano.

Άποψη της καλδέρας προς βορρά από το Ακρωτήρι. Photo: Σολδάτος Τ.