Опасные природные процессы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО

"Вятская государственная сельскохозяйственная академия"

Инженерный факультет

Кафедра эксплуатации и ремонта машинно-тракторного парка

Реферат

Опасные природные процессы

Студент: Югрин А.В.

Преподаватель: Зыкин А.А.

Киров 2015

Введение

"Огнедышащая гора извергала фонтаном камни и раскаленные добела обломки скал; казалось, что она ритмически сотрясалась, и это напоминало дыхание гиганта. Огненные змеи извивались среди дымящихся скал. Сотни огненных ручьев сливались в полыхающую реку, которая с шипением извивалась в кипучую пучину"- так рассказывал знаменитый французский писатель Жюль Верн об извержении вулкана.

О какой "огненной горе" так образно говорил писатель?

Есть такие огнедышащие горы на нашей планете, и называются они вулканами. От обычных гор отличаются только им присущими признаками: конусообразной формой и извержениями магмы - огненно-жидкой расплавленной горной породы, изливающейся через кратер вулкана. Магма, излившаяся на поверхность земли, называется лавой.

Три группы вулканов: действующие, уснувшие и потухшие

Действующие - это те вулканы, у которых в настоящее время происходит извержение или оно наблюдается периодически, через какие-то промежутки времени. Если магма не изливается, а вулкан "дымится" или "курится", то его тоже причисляют к действующим.

Уснувшими считаются вулканы, проявлявшие свою деятельность в исторический период времени и сохранившие свою форму; в их недрах периодически происходят слабые толчки и землетрясения.

Наконец, к потухшим причисляются вулканы, действовавшие когда-то в далеком прошлом; у них размытые и разрушенные конусы.

Типы вулканов по характеру извержения

Гавайский тип

Если извержение лавы проходит довольно спокойно, без взрывов и не выделяется много газов и водных паров, такие вулканы относят к гавайскому типу (Мауна-Лоа, Килауэа, вулканы Исландии и др.).

Стромболианский тип

Вулканы стромболианского типа при извержении выделяют много лавы, газа, пепла, паров, в их недрах происходят взрывы (Стромболи, Михара и др.).

Вулканский тип

К вулканскому типу причисляют вулканы, у которых лавы густые и вязкие, быстро затвердевают в жерле; скопившиеся газы вырываются с шумом наружу, выбрасывая пепел, вулканические бомбы, пары. Поднявшиеся вверх пепел и пары образуют в небе вид "кудрявых" туч (Вулькано, Авачинская Сопка и др.).

Везувийский тип

Схожи с предыдущим типом вулканы везувийского типа. Лава у них более вязкая и тоже образует пробки. Вырывающиеся наружу пары и газы выбрасывают массу пепла, вулканические бомбы. Потоки лавы короткие, неправильной формы (Везувий, Этна и др.).

Пелейский тип

Пелейский тип вулкана характерен тем, что очень густая и вязкая лава при извержении закупоривает жерло вулкана. Газы, накопившиеся в недрах вулкана, образуют взрыв, при котором наружу выбрасывается огромное количество материала. Масса раскаленных газов, пепла, паров быстро скатывается по склонам вулкана, сжигая и уничтожая все на пути (Мон-Пеле, Мерапи, Хибок-Хибок и др.).

Бандайсанский тип

Бандайсанский тип извержения характерен мощным взрывом, в результате чего разрушается верхняя часть конуса вулкана (Катмай, Кракатау, Безымянный и др.).

Сущность вулканов

В сущности, вулкан представляет собой отверстие в земной коре, сквозь которое из горячих недр Земли на поверхность изливается магма, или расплавленные горные породы. Вулканом называют и гору всевозможных остатков прежних извержений в виде застывшей лавы, камней и пепла, постепенно накапливающихся вокруг жерла, или канала, по которому магма выходит наружу. Процесс этот продолжается тысячелетиями, за это время вулкан может вырасти до огромных размеров, как, например, гора Килиманджаро, возвышающаяся над окружающей равниной почти на 5000 м.

Большинство вулканов делятся на две группы: широкие куполообразные щитовые вулканы и конусообразные с крутыми склонами - стратовулканы. Первые растут слой за слоем, по мере того как после очередного извержения очень жидкая лава растекается на большую площадь и только потом застывает. В результате форма таких вулканов представляет собой широкий уплощенный купол, похожий на перевернутое блюдце. Хотя склоны у них довольно пологие, щитовые вулканы иногда вырастают до огромных размеров, например гавайский вулкан Мауна-Кеа возвышается над ложем океана на высоту 10000 м.

Стратовулканы - более сложные вулканические извержения. Излияния расплавленной лавы из вершинного кратера у них чередуются со взрывными выбросами пепла, лапиллей и других твердых обломков. Таким образом, крутые склоны вулкана сложены из слоев лавы, перемежающихся слоями рыхлых материалов.

Физическая сущность вулканического процесса

Через жерло вулкана на земную поверхность из недр выносятся продукты извержения: расплавленная лава, пепел, бомбы и обломки пород, глубинные газы. Под каждым вулканом, а иногда под группами вулканических построек в нижних горизонтах земной коры или в верхней части мантии располагается крупная, объемом в несколько кубических километров, полость (камера), заполненная магматическим расплавом - магматический очаг. Впервые положение магматического очага определил советский геофизик Г.С. Горшков для вулкана Ключевская Сопка на Камчатке, где такая полость оказалась на глубине 70-75 км; у некоторых вулканов (например, у Везувия) содержащие магму камеры находятся значительно ближе к поверхности: на глубине до 4-5 км.

Самое поразительное в вулканах для исследователя - их фантастическая энергия. При среднем по мощности извержении выделяется количество энергии, равнозначное энергии 400 тысяч тонн условного топлива. Примерно полмиллиона, а при крупных извержениях энергию 5 миллионов тонн угля выбрасывает, как говорится, на ветер вулкан за один прием. Но особенное удивление вызывают эти цифры, когда начинается подсчет энергетических запасов земной коры и тех мест, откуда вулкан может черпать свою энергию.

Допустим, вулканы приводятся в действие теплом, выделяемым радиоактивными веществами. Расчет показывает, что для однократного извержения потребовалась бы энергия, образующаяся в нескольких миллионах кубических километров мантии на протяжении года. Совсем непонятно, как собрать и сконцентрировать это радиогенное тепло в очаге вулкана. Пытаются искать причины вулканизма в газовом давлении. На протяжении веков и тысячелетий, говорят сторонники этой гипотезы, из магмы выделяются пузырьки растворенных в ней газов. Чем выше они поднимаются, тем ниже давление окружающей их среды, наконец, пузырьки якобы взрываются, вырывают клочья магмы и выбрасывают ее на поверхность. Периодичность извержений они объясняют задержкой газов поверхностной корочкой магмы. Чтобы прорвать ее, откупорить пробку, газы должны скопиться, так сказать, набраться силы.

Недостаток этой гипотезы в том, что, однажды прорвав магматическую корку, газы полностью уйдут, а процессов, которые могут генерировать новые порции газа, не предложено. Многократное выбрасывание шампанского из уже открытой бутылки невозможно.

Поиски источников энергии вулканической активности заставляли ученых обращаться к недрам Земли. Там, предполагают некоторые вулканологи, на глубинах скрыта отгадка. Но в глубинах мантии нет постоянно действующих источников ни энергии, ни газов, которые могли бы взрываться. Радиоактивные вещества распределены неравномерно в недрах Земли и сконцентрированы главным образом в гранитах коры, то есть в коре суши. Но никаких следов повышенной радиоактивности в продуктах вулканических выбросов не обнаружено. Вода и газы по своему изотопному составу не отличаются от воды и газов, находящихся на земной поверхности. Конечно, существуют и глубинные подкоровые выделения высокотемпературных флюидов, как уже указывалось. Все же они не столь велики, да и рассеяны в недрах земного шара, так что не могут обеспечивать хотя бы гидротермальную часть столь длительной вулканической активности на планете. Как и прежде, остаются неясными многие стороны вулканической деятельности. Совершенно непонятно, почему же вулканы сосредоточились в основном на молодом дне океана (только в центральной части Тихого океана насчитывается до 200000 вулканических конусов и 2-10 тысяч крупных плосковерхих вулканов - гайотов) и почему наблюдается многократность вулканических извержений, их чрезвычайная длительность и активность, откуда берется столько энергии пара и магмы?

Вулканизм, выходит, явление, присущее главным образом океану, а не суше.

Обычно объяснение вулканизма ищут в недрах верхней мантии, где на глубинах 200-400 километров имеется слой размягченного вещества, называемый астеносферой. Еще господствуют гипотезы, будто оттуда поступают энергия и вещество, уходящее в атмосферу и образующее вулканические сопки. Для каждой такой, даже небольшой, вулканической сопки нужен вертикальный канал высотой 200-400 километров.

Моделирование процесса выхода пара через слой песка показывает, что расстояние между точками, в которых прорывается пар, зависит от толщины слоя песка и в среднем в 3-5 раз превышает толщину слоя. А между тем сопки на океаническом дне расположены на расстоянии всего 25-30 километров.

Обычно для объяснения тесного соседства вулканов допускают существование на небольшой глубине промежуточных очагов расплавленной магмы.

Чтобы объяснить появление многочисленных вулканических сопок, следует предположить, что под корой океана имеются огромные очаги, а учитывая количество вулканов, исчисляющихся сотнями тысяч, надо предвидеть единый сплошной очаг, расположенный на весьма небольшой глубине, измеряемой несколькими километрами.

Попробуем объяснить возможные причины вулканизма в океане с помощью гипотезы о дренажной оболочке.

Дренажная оболочка находится в коре океанов именно на такой глубине, на какой должен быть повсеместный очаг магмы, необходимой для вулканических извержений. Дренажная оболочка заполнена высокотемпературными пароводяными растворами под избыточным давлением. Создаваемое слоем морской воды и растворов гидростатическое давление дренажной оболочки океана приближается к 1 тысяче атмосфер. В то же время в дренажной оболочке коры суши оно возрастает (при мощности коры 30-60 километров) до 3-6 тысяч атмосфер. Более высокое гидростатическое давление в оболочке под материками создается не только потому, что материки возвышаются над уровнем воды в океане в среднем на 875 метров, но и еще потому, что трещины и разломы в коре суши заполнены более тяжелыми растворами, чем паровые растворы, поднимающиеся из глубин дренажной оболочки материковых побережий в дренажную оболочку океана. Разновидности коры суши и океана выступают как бы в роли соединенных сосудов, причем в одном колене - в коре материков - гидростатическое давление выше, чем в коре океана. Океаническая дренажная оболочка оказывается областью разгрузки тех высокотемпературных водных и паровых растворов, которые заполняют дренажную оболочку материков. Постоянное поступление растворов создает избыточное давление в дренажной оболочке океана, что и вызывает деятельность многочисленных вулканчиков на океанском дне.

Эти извержения работают наподобие "предохранительных клапанов". Прорвавшись сквозь кору, такой "клапан" действует, пока давление может преодолевать противодавление столба воды в океане при глубине его до 4-5 километров. Но давление, в конце концов, падает, и вулканчик затихает.

Однако покой недолог: он продлится до того момента, когда давление вновь восстановится до такого, какое сможет в этом месте или где-то рядом преодолеть сопротивление, ведь дренажная оболочка облекает весь земной шар, и везде и всюду есть пар высокого давления. При каждом очередном извержении происходит выброс больших количеств высокотемпературного пара, из которого при охлаждении выпадают массы вещества, образующие в атмосфере большие количества пеплов. Резкое снижение давления в вулканическом канале и в данном месте дренажной оболочки отражается на растворимости силикатов, алюмосиликатов и других веществ. Они выпадают в осадок, образуя вязкие желеобразные массы. Эта минеральная "жижа" скопляется в канале вулкана и откладывается на дне в виде лавы, туфа и пемзы.

Извержения, происходящие на глубинах 3-4 километра, в большинстве случаев не выдают в атмосферу даже пара, ибо он конденсируется там при вышекритическом давлении и быстром охлаждении в воде, и на волнах появляются лишь массы пемзы, погибшей рыбы и т.п. На дне же образуется новая вулканическая сопка.

Избыточное давление в дренажной оболочке дна океана "вечно" поддерживается высоким давлением в дренажной оболочке материков. Таким образом, удивительная активность океанического дна является естественным следствием наличия дренажной оболочки Земли, где постоянно возобновляется давление и накапливаются горячие жидкие и паровые растворы различного состава и концентрации.

Связь вулканизма с деятельностью дренажной оболочки делает понятными и другие его особенности. Например, многократность извержений объясняется тем, что снижение давления, которое происходит при выбросе, восстанавливается довольно быстро. Длительность работы вулканов объясняется этой же неисчерпаемостью оболочки.

Очень важным представляется вопрос об энергетических источниках, вызывающих высокий нагрев лав - до 500-600 и даже 1000 и более градусов. Растворы дренажной оболочки такой температуры не имеют. Однако вместе с ними в канале вулкана находится множество газов - сероводород, сернистый газ, метан, водород, хлор, кислород и др. Там идут интенсивные реакции, при которых выделяется тепло. Например, окислы металлов легко реагируют с метаном и водородом:

Fе 203 + Н 2 = Н 20 + 2FеО;

ЗFе 203 + СН 4 = 2Н 2О + СО + 6FеО.

Эти реакции приводят к восстановлению железа, свежевыпавшие пеплы обычно быстро темнеют и становятся коричневыми вследствие окисления двухвалентного железа кислородом воздуха в трёхвалентное.

И еще один источник тепла. Рассеянное органическое вещество непрерывно сосредоточивается в осадочных породах и, участвуя в круговороте твердого вещества, уходит в недра мантии. При высоких температурах и давлениях из рассеянной органики образуются различные виды горючих ископаемых. Такие подвижные горючие, как нефть и газ, могут накапливаться в коллекторах дренажной оболочки. Каждый кубический километр осадочных пород содержит примерно до 20 миллионов тонн органического вещества, которое по своей теплотворной способности в 10-100 раз больше энергии обычного вулканического извержения. Рассеянная в породах, органика может играть роль энергетического потенциала вулканизма, и этот источник энергии пригоден для объяснения явлений, которые происходят в виде взрывов, когда за считанные минуты выбрасывается масса пород 3-5 и более миллиардов тонн. Нередко обнаруживают примеси горючих газов в вулканических выбросах. Из них такие, как метан и водород, могут, сгорая, при выходе лавы на поверхность сильно нагревать ее.

Заслуживает внимания вопрос о происхождении и других газов вулканического извержения. В их числе обнаружены производные хлора, брома, фтора, другие газообразные соединения. Выделения этих веществ при обычном плавлении горных пород не происходит. Если же принять во внимание, что в дренажной оболочке происходит взаимодействие кремнезема с другими соединениями, становится понятным и образование сильных кислот:

СаСl2 + SiO2 + Н 20 > СаSiO3 + 2НС 1;

СаВг 2 + SiO2 + Н 20 > СаSiO3 + 2НВг;

СаF2 + SiO2 + Н 20 > СаSiO3+ 2НF.

По той же схеме кремнезем взаимодействует с другими солями, образуя силикаты и вытесняя кислоты, которые извергаются вместе с паром на поверхность Земли.

Вулкан на поверку оказывается химическим реактором, где свойства дренажной оболочки проявляются особенно ярко и в котором летучий кремнезем выступает одним из главных химических агентов.

Химические комбинаты Земли

То, почему мы называем вулканы комбинатами, вытекает из существа определения. Продукция вулканов комплексная. Широкий набор химических соединений, газов, веществ, элементов. Технологичность тоже понятна. Существует некоторый природный агрегат, где происходят разнообразные превращения: нагрев, сжатие под давлением, процесс реагирования, перемешивание и т.д. Все известные да еще неизвестные нам химические операции, которыми сопровождается вулканическое извержение.

В работе любого химического предприятия есть три, по крайней мере, существенных фактора: сырье, условия технологического процесса и конечная продукция. В работе вулканов для нас доступней всего их, так сказать, конечная продукция: потоки лавы, выбросы газа и пепла, пара, камней. О том, как протекают глубинные процессы подготовки извержения, по какой технологической схеме они идут, мы можем лишь догадываться, так же как и о сырье, служащем при вулканизме исходным материалом.

Например, вода. Мы уже говорили, что в составе вулканических выбросов, особенно на первых стадиях, преобладают водяные пары. Воды этой получается слишком много. Во время извержения вулкана Тамбора на о. Сумбава выделилось около 1000 кубических километров воды. За 1700 лет своего существования вулкан Шивелуч на Камчатке, крупнейшие извержения которого происходят в среднем через полтора столетия, выбросил несколько тысяч кубических километров воды в виде пара.

Вряд ли такие количества воды могли так быстро прийти к вулканам из глубин мантии и земного ядра. Вернее предположить, что в основном эта вода - участница великого круговорота вещества. Это отмечал и В.И. Вернадский: "Среди эмпирических обобщений и отдельных фактов, с этой проблемой связанных, обращает на себя внимание, отмеченное уже в начале XIX столетия, сходство между солевым составом воды Океана и составом летучих возгонов вулканических извержений".

Подтверждение этого сходства мы находим и в совершенно новой области исследований. Ориентировочно расчеты показывают, что концентрация растворенных минеральных веществ в надкритических растворах дренажной оболочки составляет 4-5 процентов. Примерно такая же концентрация обнаруживается в водяных парах вулканических выбросов. Связь дренажной оболочки и вулканизма особенно прослеживается через воду. И здесь вновь уместно напомнить провидческие рассуждения В.И. Вернадского: "Изучение вулканов ясно указало, что их извержение есть результат газового процесса, т.е. прежде всего, является проявлением горячих водяных паров биосферы. Неизбежно ставился вопрос, откуда берутся огромные количества воды, выходящие в виде паров во время извержений"; "Поверхностная и волосная вода играют огромную роль в вулканических извержениях, может быть, более активную, чем это думают".

Итак, химкомбинаты вулканизма, прежде всего, перерабатывают воду. Они обращают ее в пар, который обладает могучей динамической силой: он рвется на свободное пространство, преодолевая сопротивление окружающих пород. Водяной пар, собственно, и есть главный транспорт для всех веществ, которые поднимаются из земных недр. Особенно для пеплов. За период с 1500 по 1941 год вулканами на сушу выброшено 392 тысячи кубических километров лавы и рыхлых масс, главным образом пеплов. Доля последних в вулканических выбросах достигала 84 процентов. Топкие пеплы долго носятся в воздухе. При извержении Кракатау в 1883 году они много раз обошли вокруг Земли, прежде чем полностью осели. Поднявшись в верхние слои атмосферы, они вызвали красные зори в Европе, а пепел из вулкана Безымянного на Камчатке за два дня одолел расстояние 10 тысяч километров и выпал в Лондоне.

Технологическая схема производства пеплов с участием вод дренажной оболочки выглядит более понятной. Давление в канале вулкана достигает 2-4 тысяч атмосфер. Поднимаясь вверх по каналу, пары расширяются и охлаждаются, давление падает, резко снижается растворимость различных химических соединений и минералов, содержащиеся в растворах вещества выпадают, образуя жидкие и густеющие массы. Они, вероятно, скапливаются в устье канала, по которому поднимаются растворы, и вокруг него. Парогазовый поток подхватывает, выталкивает и несет их под сильным напором вверх. По пути они дробятся, измельчаются, превращаются в пепельные облака и скопления мельчайших частиц лавы.

Если вулканический пепел рассеять, то обнаружатся частицы разных размеров - от 3-5 миллиметров в диаметре до мельчайшей пыли, повисающей в воздухе туманным облаком. Особо тонкий пепел выпадает непосредственно из парового облака, имеющего температуру 400 - 500°С и выбрасываемого из жерла на большую высоту. При охлаждении из такого облака выпадают частицы, соизмеримые с молекулами, способные удерживаться в атмосфере неограниченное время.

Вот еще что интересно: подмечено, что по мере удаления облака от вулкана из него выпадают на земную поверхность пеплы все более изменяющегося состава. Чем дольше продолжалось пребывание частиц пепла в облаке, тем заметнее перемены в химическом составе пеплового материала. Например, содержание магния в пеплах вулкана Безымянного увеличилось раз в тридцать, когда облако удалилось от вулкана на 90 километров, хотя для анализа отсеивались частицы пепла одинакового размера.

В марте 1947 года вулкан Гекла выбросил облако, которое было отнесено на 3800 километров, и в выпавшем там пепле содержание окислов магния и калия в 4 раза превышало содержание этих соединений в пеплах, выпавших неподалеку от кратера. Интересно, что накопление этих соединений происходит в тончайшей поверхностной пленке частиц пепла. Выходит, она обладает высокой избирательной сорбционной способностью, она настоящий магнит для содержащихся в облаке молекул. Ассортимент химических соединений в облаке оказывается неожиданно разнообразным. Это удивительная машина из атомов, анионов, катионов, молекул самых различных химических соединений, и разные частицы пепла извлекают те, которые им по душе. Мелкий пепел хорошо сорбирует анионы серной и угольной кислот. Пепел покрупнее предпочитает ионы хлора. Есть пеплы, которые извлекают ионы калия, натрия, магния. Особые стекловидные пеплы склонны принимать в свой состав ионы железа, марганца, фосфора. В тонюсеньких пепловых плёночках накапливается 35-75 процентов общего содержания таких элементов, как титан, магний, марганец, никель, ванадий, талий, медь, хром, стронций, цирконий и уран.

Сходство химических составов вулканических выбросов с широчайшим набором элементов в водах океанов свидетельствует о роли дренажной оболочки в вулканизме и в образовании солевого состава океанов. Ведь химический состав солей океана, его фосфорных и железомарганцевых залежей должен во многом определяться деятельностью дренажной оболочки. Правда, пепловое облако материкового вулкана беспрепятственно поднимается в атмосферу и вершит свою химико-планетарную деятельность в условиях низких давлений и низких температур.

Иное дело - "химический комбинат" на дне океана. Там извержения происходят "спокойно", без выбросов паров и пепла. Да и как им выброситься, если сверху лежит слой воды толщиной 4-5 километров и создает давление на уровне 400-500 атмосфер? Даже если надкритические пары и растворы прорвутся в водную толщу, они очень быстро в ней превратятся в жидкость, теряя объем.

Подсчитано, что ежегодно на Земле происходит 20 катастрофических, 150 разрушительных, 800 сильных, 6200 довольно сильных и свыше 100000 слабых землетрясений, а также 4-5 крупных вулканических извержений.

Ученые установили много случаев совершенно очевидной связи между землетрясениями и вулканической деятельностью. Например, во время сильного землетрясения в Перу и Чили 10 апреля 1952 года пришли в действие 25 вулканов. Если передача давлений осуществляется по воде, заполняющей дренажную оболочку, то возможность "разбудить уснувшие" вулканы не представляется странной.

Именно через дренажную оболочку передается волна гидростатических колебаний. Землетрясения нарушают водную систему разломов, трещин и других пустот, по которым движутся глубинные воды. Эти нарушения, естественно, отзываются на подвижном слое пароводяных смесей дренажной оболочки.

Пробуждение и прекращение жизни вулканов тесно связаны с водами дренажной оболочки.

Проявления стихии разнообразны. В 1957 году к девяти Азорским островам, растянувшимся на 650 километров, неожиданно прибавился десятый. Произошло это так. Жители острова Фаял в ночь на 28 сентября были подняты с постелей сильными толчками. Землетрясение уничтожило небольшую деревушку. Людям, в панике покидавшим рушившиеся дома, представилось фантастическое зрелище.

Море кипело. На бурлящую поверхность выскакивали гигантские мутные пузыри, которые с шумом лопались, образуя облака пара. В небо рванулся исполинский столб дыма, пепла. Через три недели после своего возникновения поднялся из воды на 200 метров подковообразный вулканический кратер. Ветер развеял дым, унес пепел, морские волны смыли шлак, посреди океана возвышалась лишь голая скала. Родился новый остров.

Такие вулканические острова не редкость. Они то исчезают, то появляются вновь.

У тех же Азорских островов из-под воды поднялись вулканические конусы в 1867 и в 1911 годах. Просуществовав несколько месяцев, они вновь скрылись в водной пучине, чтобы, может быть, опять возродиться через неведомое число лет.

Почти все острова в Атлантическом океане обязаны своим возникновением вулканам. Вулканические кратеры, порой угасшие, а кое-где и дымящиеся, видят моряки, подплывающие к Исландии, Канарским или Антильским островам, к островам Зеленого Мыса, Тринидад, Вознесения, Фернандо-По и Тристан-да-Кунья.

Но никто не видит превращений, которые происходят с подобными вулканами при их погружении. Процесс погружения таких гор своеобразен: вулкан опускается вместе с небольшим участком океанического дна. При этом вокруг вулканической сопки возникают кольцевые ров и вал. Причины их появления, в общем понятны. Вулканы нагружают земную кору, она прогибается, образуя кольцевые впадины и рвы, а вытесняемые из-под прогиба массы вещества выходят к периферии и, приподнимая кору океана, порождают кольцевой вал.

Остается в этой схеме одна неясность. Почему вулканические горы стали тяжелы для земной коры и начали опускаться? Значит, было привнесено дополнительное вещество? Откуда оно взялось?

Из той же уже известной нам дренажной оболочки. Вещества, образовавшие вулканические сопки, принесены растворами издалека. Растворы формировались еще в коре материков, где они, охлаждая восходящие из мантии породы, извлекали вещества, растворимые при высоких давлениях и температурах. Этот привнос и создал избыточный вес, вызвавший погружение сопки.

Самые страшные извержения

В обжитых районах вулканы причиняют большие бедствия местному населению: разрушают и сжигают жилища, уничтожают посевы и сады, губят домашний скот, уносят человеческие жизни, причиняют ущерб местной фауне и флоре. вулкан извержение выброс

По предварительным и весьма приближенным подсчетам, количество человеческих жертв за истекшие два тысячелетия составляло около четверти миллиона.

С 1772 по 1940 г. в Индонезии, где развита вулканическая деятельность, разрушено или повреждено 500 населенных пунктов, уничтожены обширные участки земли, загублено около 5 млн. кофейных деревьев. По данным ЮНЕСКО, за последние 500 лет погибло около 200 тыс. человек.

Везувий

Знакомство человечества с вулканами, пожалуй, началось именно с Везувия, ибо о нем в Европе никто и ничего достоверно не знал до 79 г. н.э., когда произошло страшное извержение этого вулкана, впервые описанное учеными.

Ныне к вершине Везувия ведут железная и грунтовые дороги; по ним ежедневно поднимаются сотни и тысячи людей, чтобы заглянуть в таинственное его чрево. А в те далекие времена никто из жителей, обитавших у подножия вулкана, и не подозревал, какое несчастье готовит им это чудо природы. Веками люди жили тихо и мирно, снимая богатые урожаи с земель, удобренных отложениями вулкана.

В августе 79 г. их безмятежная жизнь была нарушена: спящий вулкан вдруг ожил, над его конусом взметнулось гигантское черное облако, которое, разрастаясь, превратилось в тучу. Вот что было далее: "Дома качались от частых продолжительных толчков. Под открытым небом было страшно стоять под градом падающих кусков пемзы. Мы видели, как море втягивается в себя же, а земля сотрясалась, как бы отталкивая его от себя. Из Везувия вырывались широкие языки пламени, и поднялся огромный столб огня, блеск и яркость которого увеличились от наступившей темноты. Туча стала опускаться на землю, покрыла море. Падал пепел. Наступила темнота, какая бывает в закрытом помещении, когда погасят огонь. Слышны были женские вопли, детский плач и крики мужчин; одни звали родителей, другие - детей, третьи - жен или мужей. многие воздевали руки к небу, к богам, но большинство утверждало, что богов больше нет и для мира настала последняя вечная ночь."

Это выдержки из дошедшего до нашего времени послания древнеримского писателя Плиния Младшего (ок.62 - ок.114 н. э) писателю Тациту; первое описание рокового извержения вулкана, составленное человеком.

Когда началось грозное извержение Везувия, жители города Помпеи укрылись в домах, а часть людей пыталась спастись бегством, не всем это удалось, и многие погибли под слоем пепла и камней.

Печальная участь постигла также город Геркуланум: он был затоплен грязекаменными потоками, сошедшими со склонов вулкана. Стабия была сожжена потоками раскаленной лавы. На месте цветущих ранее городов расстилалась пустыня из хаотических нагромождений лавы, камней и грязи.

Прошли века. Многие забыли о случившемся. Но вот в середине XVIII в. археологи наткнулись на останки Помпеи, после чего начались систематические раскопки. Когда город почти полностью очистили от вулканических наслоений, перед изумленным взором исследователей предстали великолепные постройки и храмы, правильно распланированные мощенные камнем улицы и площади, памятники и статуи, украшавшие город. Было найдено много вещей и предметов быта. В местах, где люди погибли, остались пустоты; их заливали гипсом, который, затвердев, давал точное изображение человека, даже выражение его лица в момент гибели. Это и есть мертвые свидетели той грандиозной катастрофы.

С того рокового дня Везувий просыпался более 50 раз; большие извержения наблюдались в 1872, 1906 гг. В 1944 г. был разрушен город Сан-Себастьяно. В течение последних 15-20 лет он неоднократно напоминал о себе - дымился и глухо ворчал.

Взрыв Кракатау

Другая гигантская катастрофа произошла в Зондском архипелаге в 1883 г.: взорвался вулкан Кракатау. До извержения это был небольшой архипелаг островов, самым крупным из которых был Кракатау размером 945 км. Он состоял из трех сросшихся кратеров: Раката (800 м) - на юге, Данан (450 м) - в цептре, Пербуатан (120 м) - в северной части острова. Северо-западнее находился еще один, меньший по размеру остров, известный под названием Ферлейтен (Пустынный), а к востоку остров Ланг (Длинный), а также несколько совсем небольших островов. Весь архипелаг представлял собой остатки вулкана высотой около 2 тыс. м, разрушенного еще в доисторические времена.

О начале бурной деятельности вулкана нам ничего не известно - острова Кракатау были пустынны, лишь иногда туда заезжали рыбаки с острова Суматры. Первые наблюдения были сделаны с кораблей, плывших по Зондскому проливу, они относятся уже к тому времени, когда происходили сильные извержения.20 мая экипаж германского военного судна "Елизавета" заметил грибообразное облако, выходившее из кратера; оно достигало 11 тыс. м высоты. Несмотря на то, что до Кракатау было еще далеко, пепел сыпался па палубу судна. Эти явления продолжались несколько дней, их наблюдали и с других судов, а также с западного берега Явы. На всем пространстве, вплоть до Батавии (ныне Джакарта), ощущались подземные толчки, были слышны взрывы. Пошел небольшой пепловый дождь.

27 мая Кракатау осмотрели некоторые жители Батавии. Оказалось, что в середине древнего кольцевого кратера Пербуатана каждые 5-10 мин. повторялись взрывы, столбы паров и пепла поднимались па высоту 2-3 тыс. м. Деревья были обсыпаны пемзой, словно снегом.

В следующие дни сила извержения несколько ослабла. До самой катастрофы, которая произошла в конце августа, лишь временами происходили сильные взрывы. В середине июня процесс возобновился со страшной силой. 24 июня скалы Пербуатана скрылись вследствие расширения кратера. 11 августа капитан одного из кораблей обнаружил уже три больших кратера и массу мелких, также извергавших пары и пепел. После этого пепельный дождь стал усиливаться, а 26-27 августа разразилась катастрофа. Ее можно было наблюдать лишь с судов, находившихся невдалеке, и с берегов Явы и Суматры. Если бы на Кракатау и были жители, то в этот страшный день не уцелел бы ни один человек, так как даже на острове Себеси, лежащем па расстоянии 20 км от вулкана, погибло все население.

Утро 26 августа было ясное. Около часа дня стал слышен гул, который распространился до Батавии; ночью он настолько усилился, что в городе невозможно было уснуть. Около двух часов пополудни с корабля "Медея", плывшего по Зондскому проливу, заметили столбы пепла 27-33 км высотой. В 17 часов произошло первое цунами, вероятно, вызванное обрушением кратера. К вечеру в селении Лампонге на острове Суматра пошел слабый пепельный дождь. В Анжере и в некоторых близких к нему селениях, расположенных на побережье острова Явы, сразу же после заката солнца воцарился глубокий мрак. Слышны были глухие звуки. Небольшие суда заливались волнами или выбрасывались на сушу; вода несколько раз устремлялась на берега и уничтожила много деревень. Густые тучи пепла покрыли палубы кораблей. Низвергались громадные глыбы. К двум часам ночи пепел на палубе судна "Бербись" образовал слой метровой толщины. Землю охватил непроницаемый мрак. На горе Кракатау раздавался грохот и ежеминутно показывались яркие молнии. В атмосфере ощущалось электричество; на снастях и на мачтах были видны огоньки св. Эльма, извивавшиеся подобно "огненным змеям". Рулевой на "Бербисе" едва мог устоять на своем месте - дотронувшись до металлических частей руля, он почувствовал сильный удар тока.

Утром 27 августа небо стало яснее, но скоро вновь все кругом покрылось густым мраком, продолжавшимся 18 часов. Громадные массы пепла, пемзы, шлаков и тягучей, подобной тесту, грязи направились в Зондский пролив, к островам Яве и Суматре. В 6 часов утра волны устремились на низменные берега.

Около 10 часов утра было самое ужасное время: раздался колоссальный взрыв. Газы, пары, пепел и обломки пород были подняты на высоту 70-80 км и рассеялись по площади около 1 млн. км 2.

Вызванные взрывом чудовищные волны вздымались наподобие гор, доходя до 30 м в высоту; одна за другой низвергались они на острова. Города, деревни, леса, железнодорожная насыпь, проходящая на Яве вдоль берега, - все было стерто с лица земли страшным потопом. Города Анжер, Вентам, Мерак и другие были разрушены. Все население островов Себеси и Серами было погребено. Только немногим удалось каким-то чудом избегнуть этой печальной участи: первая волна, хлынувшая на землю, увлекла с собой людей, но некоторых потом выбросила на сушу невредимыми.

Что происходило дальше с оставшимися в живых, трудно описать, В ужасе жители напрягали все свои силы, ища спасения. Тьма заволокла все. В 10 час. 54 мин. произошел второй взрыв, примерно такой же гигантский, как и за час до этого, но не сопровождавшийся цунами. Следующий взрыв со слабым цунами отмечен в 16 час. 35 мин. Пепельный дождь, взрывы, буря и волнение на море не прекращались всю ночь, но сила их постепенно ослабевала. Утром 28 августа небо опять стало светлее, извержение ослабело, но еще не кончилось. Небольшие взрывы происходили в сентябре и в октябре, а 20 февраля 1884 г. было отмечено последнее извержение.

Берега Суматры и Явы изменились до неузнаваемости. Знакомые места можно было найти разве только по положению, но никак не по внешнему виду. Богатая тропическая растительность исчезла бесследно везде, где только появлялись морские волны. Земля была совершенно голой; серая грязь и продукты извержений, вырванные с корнями деревья, остатки зданий, трупы людей и животных усеяли ее. На поверхность Зондского пролива всплывали массы пемзы. По официальным данным, число погибших равнялось приблизительно 40 тыс. человек. На месте острова Кракатау разлилось море, и из воды выходил на поверхность лишь старый конус вулкана, который треснул пополам, одна его половина упала в море, а другая открыла поразительную картину страшной лаборатории подземных сил.

Волна в море (цунами), вызванная взрывом Кракатау, была настолько мощной, что обошла всю планету. На всем побережье Индийского океана наблюдались волны, более или менее сильные в зависимости от расстояния до Кракатау. Волнение распространилось также по всему Тихому океану и достигло западных берегов Америки. В Атлантическом океане цунами, вызванное взрывом в Зондском архипелаге, наблюдалось у берегов Франции и на Панамском перешейке.

Грохот взрыва Кракатау слышался на огромном расстоянии. В Байдензорге, на острове Ява, в 150 км от вулкана, удар был такой сильный, что окна и двери во многих домах сорвались с петель, а со стен обваливалась штукатурка. Грохот извержения был слышен в городе Маниле, отстоящем на 2 тыс. км от Кракатау, а также в Центральной Австралии, на расстоянии 3600 км, и на острове Мадагаскаре в 4775 км от Кракатау.

В атмосфере также происходили бурные изменения. Вблизи Кракатау свирепствовали сильные ураганы. В Европе, в Северной Америке и в других частях света движение воздуха было отмечено метеорологическими приборами, и всюду замечалось сильное колебание барометра. Воздушная волна, вызванная извержением Кракатау, обошла земной шар три раза, что было доказано барометрическими наблюдениями в разных местах.

В Берлине первая воздушная волна наблюдалась через 10 час. после катастрофы. Если допустить, что она пришла по кратчайшему пути, то скорость ее движения равнялась приблизительно 1000 км/ч. Через 16 часов опять произошло колебание барометра. Его вызвала та же воздушная волна, но пришедшая с другой стороны земного шара, пройдя над Америкой. Двигаясь дальше, волна вновь обогнула земной шар и через 36 часов вернулась в Берлин. Волна, совершавшая свой путь через Америку, вторично появилась в Европе через 34-35 часов. Такое ее ускорение объясняют тем, что в верхних слоях атмосферы воздушные токи направлены преимущественно с запада на восток. В третий раз это движение воздуха дошло до Берлина через 37 час. Потом сила воздушных колебаний постепенно уменьшилась.

С извержением вулкана Кракатау связано еще одно замечательное явление. Вскоре после катастрофы, еще в конце августа, солнце приняло своеобразную зеленую окраску. Сначала это явление было заметно только вблизи Кракатау, а затем и на значительном удалении от него. Оно наблюдалось на Цейлоне, немного позже на острове Маврикий, потом на западном берегу Африки и, наконец, в Бразилии, в Центральной Америке и во многих других местах. Своеобразную окраску солнца объясняли скоплением мельчайших частиц вулканического пепла, которые носились в верхних слоях атмосферы.

В конце ноября 1883 г. в Европе было отмечено странное явление. При солнечном закате лучи солнца давали па небосклоне пурпурный отблеск, который не исчезал очень долго, после чего наступал полный мрак. Скоро отовсюду стали получать подобные известия. В некоторых местах это явление видели раньше, чем в Европе, но до извержения Кракатау оно не наблюдалось нигде.

Примерно в то же время во многих местах Европы прошел дождь из пыли и словно снегом покрыл землю. Исследование показало, что эта пыль состоит из мельчайших кристалликов, таких же, как в пепле Кракатау.

Продукты извержения Кракатау состояли преимущественно из пемзы и мелкого пепла. Предполагают, что объем их доходил до 18 км 3. На 6 км в радиусе вулкана изверженные породы нагромоздили пласты толщиной 20-40 м. К северу от Кракатау, у острова Себеси, глубина моря до извержения составляла 36 м. После катастрофы здесь обнажились мели, и все это пространство сделалось несудоходным для больших кораблей. В результате взрывов сохранилась только южная половина конуса Ракаты, а на месте остальной его части образовалась на дне моря депрессия, состоящая из двух впадин: одна, глубиной до 120 м, находилась между островами Ланг и Ферлейтен; другая, глубиной до 300 м, с ровным дном - южнее.

Не только произошло изменение рельефа морского дна, но и возникли новые острова, а прежние увеличились в размере. На месте развалин Кракатау продукты извержений образовали площадь 5 км 2. Остров Ланг увеличился на 0,3 км 2, Ферлейтен - более чем на 8 км 2, один островок скрылся - вероятно, был размыт волнами. Здесь же появились острова: Стреера площадью 3 км 2 и Кальмейера - 4 км 2. Оба они выступали над поверхностью моря лишь на несколько метров, но вскоре опять исчезли под водой.

Распространение

В начальную стадию развития нашей планеты вулканы покрывали, вероятно, всю ее поверхность. Позже они стали возникать лишь вдоль крупных разломов в земной коре. Большинство вулканов не сохранилось: горообразовательные процессы, и эрозия рек разрушили их. Те вулканические горы, которые встречаются сейчас на поверхности нашей планеты, возникли сравнительно недавно - в четвертичном периоде.

Многие вулканы располагаются главным образом на нестабильных участках земной коры - на срединно-океанических хребтах и в рифтовых долинах, где литосферные плиты расходятся, а также на окраинах континентов, где плиты постепенно сближаются и сталкиваются. Именно в таких областях нередко происходят и сильные землетрясения, магма под давлением снизу прорывается наружу и время от времени извергаются вулканы.

Вулканы группами или поодиночке разбросаны по странам и континентам. Их можно встретить в Азии и в Европе, в Африке и Южной Америке. Ученые выделили четыре вулканических пояса: Тихоокеанский, Средиземноморско-Зондский, Атлантический и Восточно-Африканский.

К наиболее крупному Тихоокеанскому поясу относится около 70% огнедышащих гор планеты. Располагаясь цепями, они охватывают Тихий океан, образуя так называемое "Огненное кольцо Земли". Здесь находится 526 вулканов. Из них 328 извергалось в историческое время. На нашей территории в Тихоокеанское огненное кольцо входят вулканы Курильских островов (40) и полуострова Камчатки (28). Наиболее активными по частоте и силе извержения являются вулканы Ключевской, Нарымский, Шивелуч, Безымянный, Ксудач.

Второй крупный вулканический пояс протягивается через Средиземноморье, Иранское плоскогорье к Зондскому архипелагу и насчитывает около 120 вулканов. В его пределах находятся такие вулканы, как Везувий (Италия), Этна (полуостров Сицилия), Санторин (Эгейское море). В этот пояс попадают и вулканы Кавказа и Закавказья. На Большом Кавказском хребте высятся два вулкана Эльбрус (5642 м) и двухвершинный Казбек (5033 м). В Закавказье, на границе с Турцией, разместился вулкан Арарат с конусом, покрытым снежной шапкой. Немного восточнее в хребте Эльбрус, обрамляющем с юга Каспийское море, расположен красивейший вулкан Демавенд. Много вулканов (63, из них 37 действующих) в Зондском архипелаге (Индонезия).

Третий крупный вулканический пояс протягивается вдоль Атлантического океана. Здесь насчитывается 69 вулканов, из них 39 извергалось в историческое время. Наибольшее число вулканов (40) на острове Исландия, расположенном по оси подводного срединно-океанического хребта, причем 27 из них уже заявляли о своей активности в историческое время. Вулканы Исландии извергаются довольно часто.

Четвертый вулканический пояс относительно невелик по размерам. Он занимает Восточную Африку (40 вулканов, из них 16 действующих). Самый известный вулкан этого пояса Килиманджаро (высота 5895 м).

За пределами этих четырех вулканических поясов вулканы на материках почти не встречаются. На обширных пространствах Центральной и Северной Европы, в большинстве районов Азии, в Австралии, в Северной и Южной Америке, исключая Тихоокеанское кольцо, их нет. Но вот в океанах картина совершенно иная. Проведенное в последние два десятилетия подробное изучение рельефа океанического дна показало, что на дне всех без исключения океанов имеется огромное число крупных вулканических построек. Особенно много их обнаружено на дне Тихого океана. Самой интересной особенностью большинства подводных вулканов является то, что вершины у них плоские. Ученые установили, что такие плоские вершины вулканов образовались тогда, когда эти вулканы выступали из воды. Волны размыли торчащий из воды конус, образовав почти ровную поверхность. Впоследствии дно океана погрузилось, и эти вулканы без вершин, называемые гийотами, оказались под водой.

Мифы и легенды

Как и метеоритная стихия, стихия вулканических извержений всегда поражала человеческие поколения своим размахом и мощью. Но, в отличие от недоступных небесных сил, силы, вызывающие извержения, были доступнее и ближе: они исходили из той же Земли, на которой люди рождались, жили и умирали. Поэтому еще на заре человеческого самосознания у людей возникла идея вступить в контакт с божеством, в котором они олицетворяли для себя сокрушительную силу подземного огня, и попробовать умилостивить его, чтобы отвести грядущую беду.

Некоторое представление об этом древнейшем акте, порожденном творческой мыслью наших предков, дает описанный в 1892 году религиозный обряд жителей Гавайских островов, поклонявшихся древней богине вулканов - Пеле. Когда священное обиталище этой богини, вулкан Килауэа, начинает содрогаться, предвещая приближение извержения, туземцы во главе со старейшим колдуном племени поднимаются на его вершину. Здесь в провальной кальдере Хилемаумау располагается озеро кипящей лавы - "дом вечного огня". Его пламенно-красная поверхность с глухим зловещим шумом поднимается и опускается, словно дышит, над ней взлетают искрящиеся фонтаны лавовых струй и разноцветные султаны паров и газов. В это пылающее чрево молящиеся бросают свои дары - жертвенные плоды и птиц, - прося богиню предотвратить катастрофу.

Таким образом, "знакомство" человека с миром вулканов началось в период глубокой древности.

Не зная истинных причин грозных извержений вулканов, древние люди считали их проявлением божественных или дьявольских сил. Так, по представлениям древних греков и римлян, в недрах вулканов будто бы обитали духи тьмы. В своих подземных кузницах они ковали оружие. Поэтому там стоял такой адский грохот, полыхал огонь и сыпались искры.

Древнегреческий поэт Пиндар, живший в V в. до н.э., писал о том, что извержение вулкана Этны - огненное дыхание разъяренного стоглавого чудовища Тифона, низвергнутого в преисподнюю Зевсом - самым могущественным богом.

Вместе с тем в те далекие от нас времена находились мыслители, историки, философы, пытавшиеся понять и осмыслить происходящее в природе, высказывали довольно правильные суждения об окружающем мире. Первые упоминания о вулканах встречаются в работах Гераклита, Аристотеля, Страбона.

Заключение

Современные действующие вулканы представляют собой яркое проявление эндогенных процессов, доступных непосредственному наблюдению, сыгравшее огромную роль в развитии геологической науки. Однако изучение вулканизма имеет не только познавательное значение. Действующие вулканы наряду с землетрясениями представляют собой грозную опасность для близко расположенных населенных пунктов. Моменты их извержений приносят часто непоправимые стихийные бедствия, выражающиеся не только в огромном материальном ущербе, но иногда и в массовой гибели населения. Хорошо, например, известно извержение Везувия в 79 г. н.э., уничтожившее города Геркуланум, Помпею и Стабию, а также ряд селений, находившихся на склонах и у подножия вулкана. В результате этого извержения погибло несколько тысяч человек. Так современные действующие вулканы, характеризующиеся интенсивными циклами энергичной эруптивной деятельности и представляющие собой, в отличие от своих древних и потухших собратьев, объекты для научно-исследовательских вулканических наблюдений, наиболее благоприятные, хотя далеко не безопасные.

Размещено на Allbest.ru