Почему и как происходят извержения вулканов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Почему и как происходят извержения вулканов

вулкан магма гейзер извержение

Когда образуется расплавленная магма?

Ты, возможно, думаешь, что в магматическом очаге магма всегда находится в жидком (расплавленном) состоянии? На самом же деле высокая температура порядка 1000 °С - еще не гарантия того, что магматическая порода должна расплавиться. Тут необходимо учитывать давление, под которым находится порода. Об этом уже шла речь в п. 1.3. Там отмечалось: чем выше давление, тем больше должна быть температура, при которой твердая порода начинает плавиться. Обычно магматический очаг находится на глубине не менее 10-20 км и давление пород там составляет при обычных условиях 3000-5000 атм. При столь высоких давлениях базальтовая масса оказывается твердой, так что в данном случае вулканическое извержение невозможно.

Чтобы магма в магматическом очаге расплавилась, должен произойти хотя бы один из следующих двух процессов. Первый: при неизменной температуре быстро и значительно снижается давление магматических пород. Второй: при неизменном давлении быстро и значительно повышается температура. Еще лучше, если произойдут оба процесса одновременно.

Первый процесс может возникнуть (и возникает на практике), когда вдруг происходит подвижка литосферных плит, вызванная подземными толчками при землетрясении. Второй процесс может возникнуть (и тоже возникает на практике), когда внезапно и самопроизвольно происходит полимеризация магмы, т.е. когда молекулы вещества магмы начинают вдруг образовывать полимерные структуры. Этот процесс сопровождается высвобождением энергии, в результате чего резко повышается температура. В данном случае расплавление магмы вызывается не внешними причинами, связанными с землетрясениями, а причинами внутренними. Впрочем, вполне возможно, что рассматриваемые процессы взаимосвязаны. Возможно, что именно подземные толчки провоцируют полимеризацию магмы.

Итак, сделан первый шаг к началу вулканического извержения: магматический очаг расплавился (или, во всяком случае, начал плавиться). Однако, как ты понимаешь, для извержения этого еще недостаточно. Нужны какие-то силы, которые бы заставили подниматься расплавленную магму вверх по жерлу вулкана.

Почему расплавленная магма поднимается по жерлу вулкана?

Надо учесть, что в жидкой магме растворены водяные пары и различные газы (С0₂, СО, НС1, Ш\ 80₂, СН₄, глГ₂ и другие). Надо учесть также, что при снижении давления растворимость газа в любой жидкости, и в частности в жидкой магме, уменьшается. Этот эффект тебе знаком. В бутылке газированной воды находится под давлением углекислый газ. Когда ты открываешь бутылку, давление резко падает - и немедленно начинается бурное образование пузырьков. Это из воды выделяется углекислый газ, который был растворен в ней. Получается, что подвижка литосферных плит при землетрясении может подействовать на жидкую магму таким же образом, как действует открывание пробки на бутылку газированной воды (или, что еще эффектнее, на бутылку шампанского).

А что если расплавление магматического очага вызвано не землетрясением, а полимеризацией магмы, приводящей к повышению температуры? В этом случае начнется выделение пузырьков водяного пара - магма закипит. Подобно тому, как закипает на огне обычный чайник с водой.

Таким образом, при резком снижении внешнего давления или повышении температуры в магматическом очаге начинается не только плавление магмы, но и выделение содержавшихся в магме газов и паров.

Газы и пары давят на жидкую магму, и под их давлением магма начинает подниматься по жерлу вулкана. Процесс вулканического извержения начался!

А уж если он начался, то дальше будет усиливаться все больше и больше. Ведь по мере подъема внешнее давление на магму будет постепенно уменьшаться, а, значит, выделение газов из магмы будет происходить активнее. Газов будет становиться все больше и больше. Они будут сильнее гнать магму по жерлу. И если магма в каком-то месте жерла вдруг задержится, сгустится, создаст «пробку», то неизбежен взрыв…

Впрочем, мы уже начали обсуждать, как происходит вулканическое извержение. Займемся же теперь этим вопросом. Выясним, от чего зависит тот или иной характер извержения.

От чего зависит характер вулканического извержения?

Он зависит, прежде всего, от химического состава и физических свойств данной магмы. Тебе уже известно (вспомни п. 1.5), что в зависимости от содержания оксида кремния (8Ю₂) различают кислые, средние, основные и ультраосновные магматические породы. Если оксида кремния больше 65%, то это породы кислые; при содержании оксида кремния от 65% до 52% говорят о средних породах, при содержании от 52% до 45% - об основных породах, при содержании менее 45% - об улътраосновных породах. Граниты и риолиты (в частности, обсидиан) являются кислыми породами; в них содержится достаточно много оксида кремния. А базальты относятся к основным породам; в них оксида кремния значительно меньшее. Важно иметь в виду, что, чем кислее порода (чем больше в ней оксида кремния), тем более вязкой будет соответствующая магма и тем медленнее происходит выделение газов в ней.

В общих чертах можно представить две принципиально разных картины вулканического извержения. Первая картина соответствует достаточно кислой магме. В этом случае движение магмы по жерлу вулкана происходит сравнительно медленно как из-за того, что магма слишком вязкая, так и из-за того, что газы выделяются из магмы не слишком активно и потому не слишком сильно гонят магму по жерлу. При медленном движении вполне вероятно образование магматических пробок. При появлении пробок немедленно возрастает давление выделившихся из магмы газов и возникают взрывы. В результате извержение протекает со взрывами, приводящими к выбросу из кратера на большую высоту (до 10 км и более) пепла, пемзы, обломков породы вместе с парами воды и различными газами.

Изливающаяся при этом из кратера лава стекает по склону вулкана относительно медленно и быстро остывает. Уже на выходе из кратера ее температура составляет всего 800-900 °С. Стекая по склону, лава быстро остывает до температуры 700-750 °С, после чего ее движение прекращается, она затвердевает. В конечном итоге формируется типичный стратовул-кан. Такая картина извержения характерна для многих наземных вулканов. Так извергаются большинство вулканов, расположенных вдоль зон субдукции, т.е. вблизи глубоководных желобов.

Совершенно иначе извергаются исландские вулканы и подводные вулканы, находящиеся в зонах спрединга, т.е. в срединно-океанических хребтах. Здесь магматические породы состоят в основном не из гранитов (как это было в случае вулканов на краях континентов), а из базальтов, т.е. из основных пород, характеризующихся пониженным содержанием оксида кремния. Базальтовые магмы и лавы обладают низкой вязкостью, они легкоподвижны, отличаются высокими температурами на выходе из кратера вулкана (1200-1300 °С). Процесс извержения протекает достаточно спокойно (без взрывов и выбросов), лава изливается достаточно быстро и способна распространиться на значительные расстояния от вулкана (вспомним извержение вулкана Лаки, при котором лава распространилась на расстояния, измеряемые десятками километров). Скорость движения лавы может достигать 15 м/с, что соответствует 50 км/ч.

Таковы в общих чертах две принципиально разных картины вулканического извержения. Рассматривая конкретные вулканы, необходимо принимать во внимание дополнительные факторы. Один из них - это конкретное количество тех или иных газов, растворенных в данной магме. Другой фактор - структура разломов, трещин, каналов, по которым магма движется от магматического очага к вершине вулкана. Третий фактор - глубина, на которой находится магматический очаг данного вулкана. Есть и другие факторы.

Все это объясняет разнообразие вулканических извержений.

Вулканологи разбивают вулканические извержения на несколько типов. Отметим три из них (см. рисунок на с. 101). Первый тип: из кратера одновременно с изливанием лавы выбрасываются высоко в атмосферу вулканические массы, газ, пары воды; там они расходятся в горизонтальных направлениям, в результате чего возникает своеобразный «гриб» с тонкой

высокой «ножкой» и широкой «шляпкой». Из этой «шляпки» сыплются вниз пепел, пемза, обломки пород. Именно таков был характер знаменито-* го извержения Везувия в I столетии. Его подробно описал очевидец события Плиний Младший - племянник известного ученого Плиния Старшего. Поэтому подобный тип вулканического извержения вулканологи называют плинианским.

Второй тип извержения: из кратера изливается лава, которая достаточно быстро стекает по склону; ее опережает устремляющаяся тоже по склону палящая туча из пепла, пемзы, мелких обломков, горячих газов. Таков был характер извержения вулкана Монтань-Пеле в 1902 году. Поэтому подобный тип извержения вулканологи назвали пелейским.

Третий тип извержения: вязкая, порядком остывшая лава достаточно спокойно выдавливается, словно паста, из кратера и, застывая, образует лавовый купол. Такие купола встречаются, в частности, на Гавайских островах.

Гейзеры

Слово «гейзер» исландского происхождения; происходит от «гейза», что означает «хлынуть».

Справка. Гейзер - источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара до высоты 20-40 м и более. Гейзер - одно из проявлений вулканизма. Гейзеры обнаружены в Исландии, Российской Федерации (на Камчатке), США, Новой Зеландии, Японии.

Гейзерами можно любоваться не только в Исландии. Их очень много также на Камчатке (около 100 гейзеров). Одна из рек Камчатки так и называется - Гейзерная. В ее долине около 20 крупных гейзеров и среди них самый большой гейзер Камчатки под названием Великан. Он выбрасывает фонтан воды высотой до 40 м (выше десятиэтажного дома), а столб пара поднимается при этом до нескольких сотен метров. Извержение гейзера - очень красивое зрелище. Окутанная паром мощная струя кипятка с грохотом взметается вверх, рассыпаясь на большой высоте мириадами брызг. Фонтан бьет некоторое время, а затем струя вдруг исчезает, пар рассеивается, и все успокаивается. А через определенное время все снова повторяется. Как правило, вокруг гейзера есть небольшой природный бассейн диаметром до нескольких метров. Земля вблизи гейзера обычно очень теплая, даже горячая.

Главное, что отличает гейзеры от прочих теплых и горячих источников - это периодичность действия. Одни гейзеры извергают струю кипятка через каждые 10-20 минут, другие - всего один-два раза в месяц. Так, извержения гейзера Старый Служака, находящегося на территории Йел-лоустонского национального парка в американском штате Вайоминг, повторяются всякий раз через 50-70 минут. Почти у всех гейзеров извержение длится всего несколько минут.

Заглянем в бассейн гейзера сразу после того, как прекратилось очередное извержение. Мы обнаружим, что воды в нем нет. В центре бассейна хорошо видно отверстие - это уходящий вглубь канал, его называют трубкой гейзера. Например, у Большого Гейзера в Исландии трубка имеет диаметр 3 м и уходит в глубину на 23 м. Перед началом извержения вода поднимается по трубке и постепенно заполняет бассейн. При этом она бурлит. И вдруг вверх взметается фонтан кипятка. По окончании извержения вода из бассейна уходит в трубку.

Гейзеры располагаются вблизи действующих или сравнительно недавно уснувших вулканов. Распространяющаяся от магматического очага теплота нагревает почти до кипения подземные воды, которые заполняют трещины и разломы вблизи поверхности. Извержения гейзеров не имеют ничего общего с извержениями вулканов. Однако для извержения гейзеров необходима теплота, поступающая от вулкана. Поэтому гейзеры принято рассматривать как вторичные вулканические явления.

Прежде чем обсуждать физику гейзера, вспомним, что температура кипения воды зависит от внешнего давления. С увеличением давления температура кипения повышается. На рисунке внизу страницы ты можешь видеть график зависимости температуры кипения воды Т от давления Р. При Р = 1 атм имеем Т = 100 «С. Когда давление понижается до 0,5 атм, температура кипения уменьшается до 80 °С. При повышении давления до 2 атм температура кипения увеличивается до 120 °С.

А теперь представь себе 20-метровую трубку, наполненную горячей водой (смотри позицию «а» на рисунке на с. 104). Предположим, что непосредственно перед извержением температура воды у верхнего края трубки равна 85 °С, на глубине Н = 13 м равна 122 «С, а у самого дна трубки равна 126 °С. Как видим, по мере увеличения глубины температура воды в трубке повышается. Ясно, что с глубиной растет также давление, оно складывается из атмосферного давления и давления столба воды в трубке. При этом везде по длине трубки температура воды немного ниже температуры кипения, соответствующей давлению на той или иной глубине, поэтому вода пока не кипит. В частности, на глубине Н = 13 м давление немного выше 2 атм, и температура кипения там равна 124 °С. Вода же на этой глубине имеет, как было сказано, температуру 122 °С - на два градуса ниже температуры кипения Далее предположим, что по одному из боковых протоков в трубку поступила порция водяного пара. Пар вошел в трубку на глубине Н = 13 м и поднял воду, находившуюся на уровне Л, до уровня В-на два метра выше (смотри позицию «б» на рисунке); при этом соответствующая масса воды поступила в бассейн гейзера. В результате подъема вода, имеющая температуру 122 °С, переместилась с глубины 13 м на глубину 11 м. А там температура кипения равна 121 °С. Поэтому вода немедленно закипает.

При кипении образуется пар, который еще выше поднимает воду в верхней половине трубки, заставляя ее перемещаться в бассейн. И вот наступает момент, когда закипает вся масса воды в трубке. Сразу образуется большое количество пара. Расширяясь, пар с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки воды из трубки, а также часть воды из бассейна, - происходит извержение гейзера (смотри позицию «в» на рисунке).

Но вот весь пар из трубки вышел, вода, подброшенная вверх, стекла (по крайней мере, частично) снова в бассейн, охладилась и снова заполнила трубку. Гейзер на некоторое время успокаивается. Очередной выброс воды начнется лишь тогда, когда вода в трубке нагреется до температуры, близкой к температуре кипения. И все повторится сначала. 2.5. Агрономические руды

Поговорим еще об одной группе полезных ископаемых - так называемых агрономических рудах. Тебе наверняка не встречался такой термин. Поэтому требуются некоторые пояснения. Греческое слово «агрос» означает «поле». Агрономия - это наука о возделывании сельскохозяйственных культур. Агрономические руды - это минералы и породы, добываемые в земной коре с целью использования их для получения минеральных удобрений. Иными словами, речь идет об ископаемых, из которых можно приготовить «подкормку» для обрабатываемых почв с тем, чтобы поддерживать и улучшать плодородие этих почв.

Ты можешь спросить: зачем надо «подкармливать» почвы? Это серьезный вопрос, и его нельзя оставить без ответа. Ученые давно заметили, что растения во время своего роста довольно сильно потребляют некоторые химические элементы. К ним относятся в значительной степени фосфор, калий, азот; их недаром называют «триадой жизни». Подсчитано, что у фосфора среднее содержание этого химического элемента в золе растений в 90 раз больше, чем в почве, у калия - в 30 раз больше, у азота - в 150 раз больше. На первый взгляд, отсюда можно сделать вывод, что растения сильно истощают имеющиеся в почве запасы фосфора, калия, азота. Однако это не так. Выросшие на данной почве растения рано или поздно сгниют и возвратят почве позаимствованные у нее химические элементы. Именно так все и происходит в естественных условиях - на лесных и полевых почвах, которые не используются под сельскохозяйственные культуры.

Но все существенно меняется, если речь идет о сельскохозяйственных культурах. Во время уборки урожая человек забирает определенную часть выросших растений (в виде стеблей, листьев, зерен, плодов). Поэтому почвы, отведенные под сельскохозяйственные угодья, неизбежно истощаются с течением времени. И это касается, в первую очередь, фосфора, калия, азота. Понятно, что человек должен «подкармливать» эти почвы, искусственно восстанавливать их химический состав. Он это как раз и делает, внося в почву соответствующие удобрения. Эти удобрения могут быть органическими (торф, навоз, гуано, костная мука, компост и др.) и минеральными. Для получения минеральных удобрений как раз и используются агрономические руды.

К агрономическим рудам, помогающим подкармливать почву фосфором, относятся, прежде всего, апатиты, встречающиеся в горных породах магматического происхождения. Отметим фторапатит (Са₅(Р0₄)₃Г) и гидроксилапатит (Са₅(Р0₄)₃ ¦ ОН). Уникальное месторождение апатитов открыл в 1926 году известный русский ученый Александр Евгеньевич Ферсман (1883-1945) на Кольском полуострове. К апатитам близки по своему химическому составу фосфориты (Са₃(Р0₄)₂). В отличие от апатитов фосфориты встречаются в осадочных породах. Эти породы образовались в результате отмирания живых организмов.

Для подкормки почв калием используют калийные соли, которые добывают из осадочных пород. К ним относятся минералы сильвин (КС1), карналлит (КМ^С1₃ * 6Н₂0), полигалит (К₂Са₂М§(80₄)₄ 2Н₂0), каинит (КМ§^,(80₄) С1 ЗН₂0). Богатые месторождения калийных солей находятся в России в районе Соликамска - Березняков.

Важнейшей агрономической рудой, используемой для подкормки почвы азотом, является селитра. Всемирно известны месторождения селитры в Чили и Перу - знаменитая чилийская селитра. Она представляет собой смесь нескольких минералов: нитрокалита (КЖ)₃), нитронатрита (ТЯа №0₃), сульфата натрия (Ма₂80₄), сульфата магния (М§'80₄).

Рассматривая (но не заучивая!) приведенные здесь химические формулы, ты можешь заключить, что одна и та же агрономическая руда помогает подкормить почву сразу несколькими химическими элементами. Так, апатиты и фосфориты являются не просто фосфорными, а фосфорно-кальциевыми минеральными удобрениями. Калийные соли являются калийно-магниево-кальциевыми удобрениями. Селитра снабжает почву не только азотом, но также калием, магнием, натрием, серой.

Надо иметь в виду, что подкормка почв химическими элементами осуществляется не только за счет агрономических руд. Издавна хорошими калийными удобрениями считалась зола, остающаяся после сжигания растений, торфа, горючих сланцев. Азот подкармливают полученными промышленным способом соединениями (например, аммиаком). Ты уже знаешь про клубеньковые бактерии, помогающие подкармливать почву азотом. Кроме того, не надо забывать об органических удобрениях. Например, о рыбьей костной муке как фосфорном удобрении, о гуано (разложившемся птичьем помете) - естественном азотно-фосфорном удобрении, о навозе - естественном азотно-фосфорно-калийном удобрении.

Мифы и легенды о вулканах

С давних времен люди обожествляли вулканы. Древнегреческий бог огня Гефест считался покровителем кузнечного ремесла. Глядя на дымящуюся вершину вулкана, греки верили, что там, в глубине горы, Гефест кует оружие. В кузнице Гефеста, по преданию, были созданы стрелы Аполлона, щит Ахилла, панцирь Геракла. Позднее римляне стали называть бога подземного огня Вулканом.

У древних греков и римлян существовало немало поэтических легенд, связанных с извержениями вулканов. В одной из легенд рассказывается о борьбе Зевса с огнедышащим чудовищем Тифоном.

…Поднялся Тифон из недр земных. Диким воем всколебал он воздух. Бурное пламя клубилось вокруг Тифона, и земля качалась под его тяжелыми ногами. Боги содрогнулись от ужаса. Но смело ринулся на него Зевс-громовержец, и начался бой. Земля и небесный свод потрясались до основания. Ярким пламенем вспыхнула земля. Моря кипели. Сотнями сыпались огненные стрелы-молнии Зевса; казалось, что от их огня горит самый воздух и горят темные грозовые тучи. Рухнул Тифон на землю, от его тела исходил такой жар, что плавилось все вокруг. Зевс поднял тело Тифона и низверг его в мрачный Тартар, породивший это чудовище.

В этом мифе отразилась грозная картина вулканического извержения. Даже современного человека, вооруженного научными знаниями, охватывает волнение, когда он видит столб дыма, поднимающийся в высоту на километры, огненные потоки лавы, обильный дождь из камней и пепла, когда он слышит раскаты вулканических взрывов и гром молний, возникающих в дыму. Что же говорить о людях, живших в древние и средние века? Вполне понятно, что они считали вулкан жилищем бога огня или огнедышащего дракона, а извержение вулкана воспринимали как гнев божий, как кару небесную.

Боги огня существовали в воображении людей везде, где наблюдалась вулканическая деятельность. Например, жители Исландии верили в существование огнедышащего великана Суртура. На Гавайских островах до сих пор сохранился культ богини огня Пеле. По преданию, она обитает в озере жидкой лавы, называемом Халемаумау (что означает «дом вечного огня») и появляется всякий раз перед извержением вулкана в облике старой женщины. Стремясь ее задобрить, гавайцы бросают в лавовое озеро ягоды огело (они похожи на нашу чернику), приносят в жертву богине живых кур.

Некоторые мощные вулканические извержения

Вулканические извержения справедливо считаются весьма грозными явлениями природы. История знает немало примеров, когда извержения вулканов приводили к большим человеческим жертвам и разрушениям. Тебе, наверное, будет интересно познакомиться с некоторыми такими примерами.

Вулкан Санторин: гибель Атлантиды

Без сомнения, тебе приходилось слышать о некогда процветавшей древней стране где-то в Атлантическом океане, которая погибла в результате природной катастрофы. Легендарная Атлантида, по имеющимся сегодня данным, существовала на самом деле четыре тысячи лет назад. Только не в Атлантическом океане, как полагали ранее, а в Средиземноморье, точнее, в Эгейском море. Ее центром являлась группа островов, находившаяся к северу от острова Крит.

Атлантида была процветающим государством с удивительно высокой для того времени культурой. Археологи назвали ее минойской культурой (по имени мифологического царя Миноса); она была открыта лишь в начале XX столетия. Честь открытия принадлежит английскому археологу Артуру Эвансу (1851-1941).

Поразительнее любой легенды оказался тот факт, что четыре тысячи лет назад жил народ, имевший письменность, законы и деньги, построивший прекрасные дворцы, города с мощеными улицами и многоэтажными домами, огромный морской флот, создавший удивительные изделия из глины, золота, олова, меди. Искусство Атлантиды оказало большое влияние на искусство Древней Греции, достигшее своего расцвета много позднее - спустя тысячу лет. И вот такая удивительная цивилизация погибла!

Это произошло 3,5 тысячи лет назад. Основным событием, которое привело к катастрофе, было извержение вулкана Санторин. Оно сопровождалось мощным взрывом и мгновенным опусканием в морскую пучину значительных участков суши. При этом произошло страшное землетрясение, и возникли гигантские морские волны цунами. Позднее мы познакомимся с ними поближе. Атлантида частично провалилась в море, частично была смыта волнами, частично была засыпана толстым слоем пепла.

В наши дни Санторин - это остров с огромной кальдерой (своеобразной лагуной), из вод которой выступают два небольших вновь образовавшихся вулкана - Палео-Камени и Нео-Камени. Сегодня это место отдыха туристов, многие из которых, наверное, даже не подозревают, что находятся на развалинах Атлантиды.

Вулкан Везувий: гибель Помпеи и Геркуланума

В Италии на берегу Неаполитанского залива находится вулкан Везувий (его высота сегодня 1277 м). В I веке произошло сильное извержение вулкана, в результате которого погибли цветущие города Помпеи и Геркуланум. Помпеи были погребены под четырехметровым слоем вулканического пепла и пемзы (пористой быстро застывающей лавы). Геркуланум был разрушен и затоплен мощными грязевыми потоками. На рисунке (с. 89) ты можешь видеть знаменитую картину Карла Брюллова «Последний день Помпеи» (правильнее было бы здесь поставить не «Помпеи», а «Помпеи»).

В начале I века римляне считали Везувий уснувшим вулканом. По его удобным склонам высоко вверх тянулись сады. Люди в близлежащих городах и селениях благоденствовали и не предполагали возможной катастрофы. Правда, в течение ряда лет происходили довольно сильные землетрясения. Но к ним привыкли и не обращали особого внимания.

И вот в конце августа 79 года произошло извержение вулкана. Над вершиной Везувия возник огромный клубящийся столб, который поднялся на высоту около 10 км. Там он как бы растекся в стороны. Огромное облако превратилось в гигантский гриб. Из «шляпки» этого гриба начал падать пепел - вначале мелкий, потом все более крупный, представляющий собой куски пемзы. За обильным пеплопадом полностью скрылось солнце, наступила тьма, прорезаемая вспышками молний. Пепел и пемза на земле и в воздухе, сернистые газы, полная темнота, молнии - все это создавало ужасную картину. Несчастные люди, обезумевшие от всего этого ужаса, погибали под развалинами, под пеплом, от удушья. Еще более быстрой была гибель Геркуланума, застигнутого 10-метровым грязевым валом.

Много столетий спустя, очистив Помпеи от вулканических масс, ученые обнаружили великолепный город с высокими образцами архитектуры и искусства. При этих раскопках были обнаружены также любопытные пустоты. Когда в них залили жидкий гипс, то получили слепки человеческих тел.

То страшное извержение Везувия длилось двое суток. На месте вершины образовался огромный провал, поскольку верхняя часть вулкана во время извержения обрушилась. Впоследствии в этом провале вырос новый вулканический конус; его извержения происходили 50 раз. Последнее извержение произошло в 1959 году.

Вулкан-трещина Лаки: трагедия в Исландии

Иной характер носило мощное извержение в Исландии, начавшееся в июне 1783 года и продолжавшееся более двух месяцев. Кратер вулкана Лаки имел вид трещины протяженностью 25 км. Истечение лавы происходило сразу из 22 отверстий. Это извержение считается самым лавообильным в мире; объем излившейся лавы превысил объем Монблана - самой высокой горы Западной Европы. Средняя глубина лавового потока составляла 30 м; в долинах она возрастала в несколько раз.

Устремившись в южном направлении, лава вскоре достигла ущелья реки Скафтау глубиной более 100 м, полностью заполнила ущелье на протяжении 80 км и, переливаясь через его края, распространилась в районы по обе стороны от реки на расстояние 25 км. Часть лавового потока достигла долины реки Хверисфольоут и на протяжении 60 км полностью заполнила ее. Излившаяся за все время этого ужасного извержения лава скрыла под собой 9020 селений. Извержение вызвало обильное таяние ледяных вершин, в результате значительные территории Исландии были затоплены водой и грязью. По самым осторожным оценкам погибли около 10 тысяч человек - пятая часть населения Исландии в то время.

Вулкан Монтань-Пеле: трагедия на Мартинике

В центре Малых Антильских островов, опоясывающих с востока Карибское море, расположен остров Мартиника. В северо-западной части острова на берегу моря находится город Сен-Пьер, а в 10 км к северу от него высится вулкан Монтань-Пеле (1400 м). В первой половине мая 1902 года произошло страшное извержение этого вулкана, которое буквально в одночасье уничтожило город Сен-Пьер со всеми его жителями.

Это извержение было ужасно своей стремительностью. После нескольких мощных вулканических взрывов из кратера вулкана вырвалась черная туча, сверкавшая багровыми сполохами. Со скоростью 150 км/ч она устремилась по склону вулкана на город Сен-Пьер. Температура внутри тучи достигала 700°-1000 °С. Строго говоря, это была не туча, а лавина мелко раздробленного, нагретого до высокой температуры вулканического материала, выброшенного из жерла вулкана. Вся эта масса «перелилась» через край кратера и хлынула вниз по склону. Мгновенно расширившийся газ образовал черные клубящиеся облака, устремившиеся вверх, а сама палящая туча накрыла город. Эта тяжелая раскаленная туча толкала перед собой сгусток горячего воздуха, превратившегося в порыв ураганного ветра. Палящий ураган, мрак, молнии… Через несколько минут все 30 тысяч жителей Сен-Пьера были мертвы.

Две стороны медали, или Извержения вулканов - не только зло, но и благо

Тебе, наверное, известна поговорка: у всякой медали две стороны. Поговорка относится, конечно, не только к медали. Она подразумевает, что у каждого явления есть две стороны - отрицательная и положительная. Это относится и к извержениям вулканов.

Ученые подсчитали, что в наше время на Земле ежегодно происходят в среднем от 20 до 30 вулканических извержений. Каждый год жертвами вулканов становится в среднем почти тысяча человек. По данным ЮНЕСКО (так называется учреждение ООН по вопросам образования, науки и культуры) за последние пятьсот лет от вулканических извержений и их последствий погибли 300 тысяч человек.

Но вулканы не только сеют смерть и разрушения. Они одновременно являются и великими созидателями. Пожалуй, в первую очередь их следует считать именно созидателями. Земная кора, атмосфера, моря и океаны образовались в основном из продуктов вулканической деятельности. Именно вулканы «надышали» первичную земную атмосферу и в значительной степени формировали ее в дальнейшем. Именно из вулканических водяных паров сконденсировались океаны воды на Земле. Созидательная работа вулканов продолжается и поныне. Под океанами они наращивают литосферные плиты. Вследствие их извержений рождаются новые острова, происходит увеличение территории суши.

Вулканы являются хорошими земледельцами. Лавовые потоки через несколько лет превращаются в территории с плодородными почвами, весьма пригодными для выращивания многих культурных растений, в частности тропических фруктов. Достаточно сказать, что на склонах Везувия издавна разводятся сады и виноградники. Они поднимаются до высоты 800 м.

Вулканы породили многочисленные месторождения руд. Так, крупнейшее медное месторождение в Казахстане (Коунрадское месторождение) находится в жерле древнего вулкана. На богатых вулканами островах Суматре и Яве обнаружены золоторудные месторождения, а на островах архипелага Фиджи - свинцово-цинковые месторождения. В Андах сложился протянувшийся на тысячи километров пояс, богатый запасами руд меди, олова, молибдена, вольфрама, золота. Весьма разнообразна «продукция» камчатских вулканов. Например, на вулкане Толбачинский обнаружены медно-свинцово-цинковые руды.

Вулканическая пемза представляет собой пористую, губчато-ноздреватую легкую твердую массу; ее называют также каменной ватой. Она используется в строительном деле как прекрасный тепло-, звуко- и электроизоляционный материал, а также для изготовления легкого пемзобетона. Как строительный материал славятся вулканические туфы, особенно тонкозернистые туфы Армении. Из них строятся здания и создаются скульптуры. Не будем забывать также об упоминавшихся ранее магматических горных породах эффузивного типа. Таких, как базальты и обсидианы. Это ценные строительные материалы. Кроме того, из обсидианов получают стекло, стекловолокно, огнеупорные ткани.

Особого внимания заслуживает возможность практического использования тепловой энергии вулканов, в частности горячих вод, нагреваемых вулканическими недрами (эти воды называют термальными). Уже около ста лет жители Исландии пользуются термальными водами. Сегодня в столице Исландии Рейкьявике с помощью термальных вод с температурой до 100-130 °С обогревается около 90% зданий. В Японии, Индонезии, Новой Зеландии, Калифорнии (США), Сальвадоре, Никарагуа, на Филиппинах уже работают электростанции, использующие вулканическое тепло (геотермальные электростанции).

Может быть, тебе доводилось слышать о глубоком энергетическом кризисе на Камчатке и в других районах Дальнего Востока? А между тем эта проблема могла бы быть уже давно решена с помощью геотермальных электростанций. Ведь запасы вулканического тепла на Камчатке поистине необъятны (см. карту Камчатки с отмеченными вулканами и крупными термальными источниками). В тридцати километрах от Петропавлов-ска-Камчатского в вулкане Авачинская Сопка магматический очаг находится всего в полутора-трех километрах от поверхности; температура там 1000-1200 °С. Если построить на этом резервуаре подземного тепла геотермальную электростанцию, то, по расчетам ученых, можно обеспечить электроэнергией не только Камчатку, но и половину Дальнего Востока на протяжении десятков и даже сотен лет. Этот проект давно вынашивается российскими вулканологами. Интересно, когда же он будет осуществлен?

Вулканы снаружи и в разрезе

Справка. Вулкан - геологическое образование, возникающее над каналами и трещинами в земной коре, по которым на земную поверхность извергаются лава, пепел, горячие газы, пары воды и обломки горных пород. Различают действующие, уснувшие и потухшие вулканы, а по форме - центральные (извергающиеся из центрального выводного отверстия) и трещинные. Основные части вулканического аппарата: магматический очаг в земной коре или верхней мантии, жерло (выводной канал), конус (возвышенность на земной поверхности из продуктов выброса вулкана), кратер (углубление на поверхности конуса вулкана).

Различают несколько разновидностей вулканов центрального типа. Отметим три разновидности: стратовулкан, стратовулкан с кальдерой, щитовой вулкан. На рисунке (с. 95) показаны в разрезе все эти вулканы.

Рассмотрим прежде всего стратовулкан. Это гора конусообразной формы, состоящая из множества слоев застывшей лавы и относительно рыхлых вулканических выбросов (пепла, пемзы, камней). Слои накапливались в течение длительного времени в результате извержений вулкана. При каждом извержении застывали потоки лавы, стекавшей по склонам вулкана; на потоках оседал очередной слой рыхлых выбросов. Извержения повторялись - и постепенно нарастала гора, напоминающая по своей внутренней структуре слоеный пирог. Отсюда и название - стратовулкан (по-латыни «страта» означает «слой»). Сквозь все эти слои снизу доверху проходит жерло вулкана. Внизу оно соединяется с магматическим очагом, а вверху заканчивается кратером - характерной впадиной на вершине вулканического конуса. Такая структура вулкана может рассматриваться как идеальная.

В действительности же при извержениях вулканов часто наряду с главным кратером начинают действовать побочные кратеры, а также трещины, раскрывающиеся на склоне вулкана. На дне кратера можно наблюдать не одно, а несколько жерл - одно главное и несколько побочных.

Знаменитый вулкан Фудзияма в Японии - идеальный пример страто-вулкана. Как и Кроноцкая Сопка на Камчатке. Правда, оба эти вулкана уснувшие. В качестве действующего стратовулкана можно указать вулкан Ключевская Сопка - самый высокий вулкан на Камчатке (4900 м). Циклы извержений Ключевской Сопки могут длиться до 2-3 лет и повторяться каждые 7-10 лет. Из главного кратера вулкана даже в периоды затишья выделяются водяные пары и различные газы (хлористый водород, азот, пары серы и другие).

При особенно мощном извержении форма вулкана может сразу существенно измениться. Так, вследствие взрыва может обрушиться часть вершины вулкана. Огромные массы пород могут провалиться в находящийся под ними магматический очаг. В подобных случаях вместо обычного кратера образуется широкий (и нередко достаточно глубокий) провал, достигающий в поперечнике в отдельных случаях десятка километров и даже больше. Его называют кальдерой (от испанского «кальдера», означающего «котел»). В этом случае мы имеем дело с разновидностью центрального вулкана, называемой стратовулканом с кальдерой. Везувий и Авачинс-кая Сопка - примеры такого вулкана. Правда, кальдера у них не очень велика. Значительная кальдера образовалась у вулкана Санторин во время взрыва, который привел к гибели Атлантиды.

Для роста стратовулкана нужно, чтобы изливающиеся через кратер потоки лавы стекали по склонам достаточно медленно - настолько, чтобы лава успевала остыть, затвердеть и тем самым задержаться на склоне. А что будет, если лава окажется легкоподвижной, с высокой текучестью (низкой вязкостью)? Такая лава, излившись из кратера, быстро растечется во все стороны на значительные расстояния, образуя после застывания своеобразный щит. В этом случае образуются щитовые вулканы.

Кратер щитового вулкана имеет обычно форму широкого котла с плоским дном (форму широкой кальдеры). Котел может время от времени заполняться жидкой лавой - и тогда образуется лавовое озеро. Примером щитовых вулканов могут служить вулканы Мауна-Лоа и Килауэ на Гавайских островах. Внутри кальдеры вулкана Килауэ как раз и находится лавовое озеро Харемаумау, являющееся, по преданию, домом богини огня Пеле.

Кроме вулканов центрального типа, существуют вулканы линейного типа, называемые также трещинными вулканами (см. рис. на с. 95). Вместо кратера круглой формы здесь имеется длинная трещина, вдоль которой располагается значительное число жерл. Вместо круглого конуса здесь имеются два склона по обе стороны от трещины. Извержение может происходить сразу по всей длине трещины: лава изливается из трещины по двум склонам. Именно такие вулканы характерны для подводных сре-динно-океанических хребтов. На суше трещинные вулканы встречаются в Исландии. Печально знаменитое извержение вулкана Лаки являлось извержением трещинного вулкана. Напомним, что тогда лава разлилась по очень большой площади, заполнив долины двух рек.

Последние 250 миллионов лет

Последние 250 миллионов лет продолжается стадия образования океанов. Континенты распадались и раздвигались. В результате раскрылись океаны, которые ты сегодня видишь на глобусе. Расскажем, как это происходило.

Сначала Пангея распалась на два суперматерика - северный (геологи дали ему название Лавразия) и южный (его назвали Гондваной). Затем от Гондваны отделились два материка. Один впоследствии присоединится к Евразии и будет называться полуостровом Индостан, а другой превратится в Австралию и Антарктиду. В результате около 180 млн. лет назад очертания материков стали примерно такими, как это показано в верхней половине рисунка на с. 85. Вследствие распада Пангеи на Лавразию и Гондвану образовался океан, который геологи назвали Тетисом. А в результате отделения от Гондваны двух материков начал раскрываться Индийский океан.

Где-то в середине мезозоя Гондвана разделилась на два приблизительно одинаковых по площади материка. В них нетрудно узнать Южную Америку и Африку. Появился остров Мадагаскар. Африка и Индостан стали сближаться с Евразией (точнее говоря, с Лавразией; Евразия сформируется попозже). В результате примерно 120 млн. лет назад очертания материков приобрели вид, показанный в нижней половине рисунка (с. 85). Из рисунка видно, что океан Тетис стал закрываться, зато раскрылся Индийский океан. Кроме того, наполовину раскрылся Атлантический океан.

К концу мезозоя (примерно 70 млн. лет назад) Лавразия разделилась на Северную Америку и Евразию, при этом как Северная Америка, так и Евразия несколько сместились в южном направлении. Североамериканский материк подошел к Южноамериканскому. Австралия отделилась от Антарктиды. Все эти приключения с материками привели к тому, что полностью раскрылись Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны.

Еще через несколько десятков миллионов лет, в неогене Тетис окончательно закрылся, Африка и Индостан надвинулись на Евразию, начал расти Альпийско-Гималайский пояс.

Размещено на Allbest.ru