Одним из самых удивительных и загадочных геологических образований на Земле являются вулканы. Однако многие из нас имеют о них лишь поверхностное представление. Какова природа вулканизма? Где и как образуется вулкан?
Глубоководные вулканы расположены настолько далеко от поверхности воды, что до недавних пор человечество даже не подозревало об их существовании. Сегодня нам известно достаточно много.
Несмотря на то что их извержения остаются незамеченными на поверхности, подводные вулканы в ответе за большую часть минералов, из которых состоит океаническая кора. По данным геологических исследований, в то время как поверхностные вулканы выбрасывают около одного-двух кубических километров магмы, извержения глубоководных вулканов выбрасывают в 15 раз больше магмы на поверхность морского дна.
Почему образуются вулканы?
Процесс формирования вулкана начинается с образования магматического очага под землей. Постепенно в нем накаливается жидкая раскаленная магма, которая оказывает давление на земную кору снизу. Именно по этой причине земля начинает растрескиваться. Сквозь трещины и разломы магма извергается вверх, а в процессе своего движения она проплавляет горные породы и существенно расширяет трещины. Так образуется вулканическое жерло. Как образуется вулкан? В процессе извержения на поверхность выходят различные горные породы, которые впоследствии оседают на склоне, в результате чего формируется конус.
Что такое вулкан?
До рассмотрения вопроса о том, как образуется вулкан, следует углубиться в этимологию и значение этого термина. В древнеримских мифах упоминается бог кузнечного дела по имени Вулкан, дом которого находился под землей. Если он гневался, земля начинала содрогаться, а из недр извергались дым и языки пламени. Именно отсюда и произошло название таких гор.
Слово «вулкан» происходит от латинского «vulcanus», что буквально означает огонь. Вулканы – геологические образования, которые возникают непосредственно над трещинами земной коры. Именно по этим трещинам на поверхность земли извергается лава, пепел, смесь газов с водяным паром и горные породы. Изучением этого загадочного явления занимаются науки геоморфология и вулканология.
Что такое подводные вулканы?
Поверхность морского дна, скрытая от нас бурными водами, покрыта остатками сотен тысяч вулканических взрывов. Подробные геологические исследования утверждают, что около 70% земной коры образовано подводными вулканическими поясами, как, например, Атлантический. Эти пояса соответствуют местам, где тектонические плиты раздвигаются и продолжают двигаться в противоположных направлениях.
В местах раскола земной коры на поверхность, а в этом случае на океаническое дно, вытекает огромное количество магмы, которая, остывая, образует новую твердь. Эти процессы настолько мощны, что образуют множество сильных и активных вулканов.
На самом деле подводные вулканические пояса являются самыми крупными вулканическими системами Земли. Поскольку они расположены глубоко на дне океана, эти системы долгое время оставались неизученными. Современные технологии позволяют не только узнать много нового о действии глубоководных вулканов, но и показать миру до сих пор невидимые сейсмические системы, которые отвечают за формирование морского дна.
Породы магматического
происхождения – излившиеся лавы,
продукты извержения, застывшие на
глубине магматические тела – составляют
более 2/3 объема земной коры. По данным
сейсмических исследований, залегающий
под осадками так называемый «второй
слой» океанической коры почти целиком
сложен подводными базальтовыми лавами.
Таким образом,
вулканы служат основными поставщиками
вещества из недр Земли на ее поверхность.
В настоящее время
принято выделять четыре основные типа
современного вулканизма ложа океана и
его обрамления:
— океанический
рифтовый вулканизм, характерный для
срединно-океанических хребтов,
— вулканизм
островных дуг и активных окраин
континентов,
— вулканизм
внутриокеанических островов,
— вулканизм
окраинных морей.
Области наземного
и подводного вулканизма пространственно
совпадают с сейсмоактивными районами
и районами повышенного теплового потока
из недр Земли. Иными словами, вулканы
характерны для тектонически наиболее
подвижных, механически ослабленных зон
земной коры.
Рифтовый вулканизм
океанов характерен для рифтовых зон
срединно-океанических хребтов и
локализован на границе между раздвигающимися
плитами.
В рифтовых зонах
преобладают лавовые излияния трещинного
типа.
Именно они формируют протяженные цепочки
вулканических куполов высотой 200-300 м и
длиной 2-4 км при ширине около 0,5 км.
Продукты современной
подводной вулканической деятельности
в рифтовых зонах представлены, главным
образом, однородными по химическому
составу базальтами.
В результате
эффузивного (излияние) океанического
рифтового вулканизма формируется второй
слой океанической коры
средней мощностью около 1,5 км.
Слой
1: формируется
на удалении от оси СОХ за счет медленной
седиментации
Слой
2: формируется
непосредственно в рифтовой зоне СОХ за
счет внедрения (2С) иизлияния(2А-В)
базальтового расплава в процессе
разрастания (спрединга) коры
Подслой
3А: формируется
под осевой зоной СОХ за счет
кристаллизации
базальтового расплава по стенкам
Подслой
3В: формируется
на небольшом расстоянии от оси СОХ за
счет
гидротермальной циркуляции и
серпентинизации части
Практически все
острова и подводные горы внутренних
частей океанов либо являются активными
вулканами, либо были ими в прошлом.
Обычно они образуют линейные цепи
островов и подводных гор. Причем активный
вулканизм проявляется на одном конце
такой цепи, а с удалением от активного
центра возраст вулканов увеличивается.
Например, Гавайские острова вместе с
Императорским подводным хребтом образуют
единую цепь. Эта цепь тянется от о-ва
Гавайи до зоны, где сходятся Курило-Камчатская
и Алеутская островные дуги. Активные
вулканы в этой цепи имеются лишь на о-ве
Гавайи и на востоке о-ва Мауи. К
северо-западу от о-ва Гавайи возраст
вулканических пород постепенно
увеличивается, достигая 40-43 млн. лет в
том месте, где сходятся Гавайские о-ва
и Императорский подводный хребет. Если
двигаться вдоль Императорского хребта
на север, возраст их еще увеличится.
Вулканические породы, вскрытые скважиной
в северной части Императорского хребта,
древнее 72 млн. лет.
Увеличение возраста
вулканических пород Гавайского хребта
явилось отправным моментом для разработки
гипотезы «горячих точек». Эту гипотезу
предложил Дж. Вильсон и обосновал В.
Морган. По мнению Моргана, «горячие
точки» являются фиксированными и
представляют собой округлые зоны. В
этих зонах мантийные
струи,
поднимающиеся из мантии, достигают
поверхности Земли. Над такими мантийными
струями возникают активные подводные
вулканы.
Наращивание
вулканов приводит к образованию
вулканических островов. Эти острова,
как на ленте конвейера, движутся вместе
с литосферой плитой, перемещаясь в
направлении от рифтовой зоны. В результате
такого движения прерывается связь
острова с фиксированной мантийной
струей и вулкан прекращает свое активное
существование. При этом над мантийной
струей вновь вырастает новый вулкан.
Таким образом, мантийная струя как бы
прожигает движущуюся литосферную плиту,
оставляя на ней шов в виде вулканического
хребта, вернее цепи вулканов. При этом
создается эффект миграции вулканизма
в направлении, противоположном движению
плиты. Изгибы цепей вулканов возникли
в результате изменения направления, в
котором движется плита.
«Горячие точки»
могут располагаться также на границе
между раздвигающимися плитами. В этом
случае они представляют собой участки
повышенной вулканической активности
в пределах рифтовых зон. Примерами таких
«горячих точек» могут служить Исландия
и Азорские о-ва. Вулканические хребты,
образовавшиеся в результате деятельности
таких вулканов, отходят в обе стороны
от рифтовой зоны.
В развитии отдельных
вулканов типа «горячих точек» можно
выделить главный период и период
омоложения. Период омоложения наступает
обычно после перерыва в несколько
миллионов лет.
Формирование
островов. На первой стадии вулкан
поднимается с глубины 4-5 км и достигает
поверхности океана. Для этой стадии
характерны спокойные излияния лав. Эти
Лавы имеют низкую вязкость и потому
растекаются на большой площади, образуя
пологие вулканические сооружения —
щитовые вулканы.
Когда вулкан
доходит до поверхности океана, спокойные
лавовые излияния сменяются вулканическими
взрывами. Эти вулканические взрывы
принято называть гидромагматическими.
Но как только вулкан поднимается над
уровнем океана и изливающийся расплав
уже не вступает в непосредственный
контакт с водой, извержения вновь
становятся спокойными. Происходит
излияние лав низкой вязкости. Такой тип
извержений принято называть гавайским.
Период омоложения
характеризуется излиянием лавы через
мелкие побочные конусы на склонах
щитовых вулканов. В дальнейшем
вулканические острова разрушаются и,
опускаясь, превращаются в атоллы.
В южной части
Тихого океана существует целый пояс
островных и подводных вулканов типа
«горячих точек». По меньшей мере, 10
вулканов этого пояса были активны в
плейстоцене и голоцене. Пояс состоит
из нескольких близко расположенных
цепей вулканов. Этот вулканический пояс
расположен перпендикулярно рифтовой
зоне Восточно-Тихоокеанского поднятия
и приурочен к участку, где скорость
раздвижения в обе стороны от рифтовой
зоны максимальна. В таких участках могут
возникать конвективные течения,
являющиеся, вероятно, причиной образования
данного пояса «горячих точек».
Вулканизм
островных дуг и активных окраин
континентов.
Эти вулканы наиболее
широко известны, так как они составляют
подавляющее большинство среди вулканов,
возвышающихся над уровнем моря. К тому
же извержения их часто носят катастрофический
характер. Большая часть известных на
Земле активных вулканов (по подсчетам
А. Ритмана, около 62%) расположена по
периферии Тихого океана. Они образуют
так называемое Тихоокеанское «огненное»
кольцо.
С точки зрения
сторонников теории плитовой тектоники,
вулканы островных дуг располагаются
на краю надвигающейся на континент
плиты. Очаги плавления магмы, питающей
вулканы, сконцентрированы в слое, где
расположены очаги землетрясений
(сейсмофокальный слой) и, вероятно, в
верхней мантии выше сейсмофокального
слоя.
Некоторые вулканы
островных дуг в своем раннем развитии
прошли через подводную стадию. Пример
современных подводных вулканов —
Марианская дуга.
И для подводных,
и для наземных вулканов островных дуг
характерны эффузивные магматические
породы.
Для наземных
вулканов островных дуг характерны как
спокойные излияния гавайского типа,
так и катастрофические взрывы, в
результате которых происходит выброс
огромного количества вулканического
материала.
Причем объем
вулканического материала, доставляемого
на поверхность вулканами островных
дуг, значительно ниже, чем у вулканов
срединно-океанических хребтов.
Изучен слабо, так
как сведения о проявлении вулканической
деятельности крайне малочисленны.
Мелководные вулканы расположены на
коре континентального типа.
Гидротермальная
циркуляция в океанской коре, серпентинизация
верхней мантии (подслой 3В), «черные
курильщики»
Как образуется извержение вулкана?
Каким же образом и почему извергаются вулканы? Причины процесса кроются в недрах Земли. В процессе накапливания магмы образуется большое количество тепловой энергии. Температура магмы достаточно высокая, однако она не способна расплавить земное ядро, поскольку на нее сверху давит кора. Если слои земной коры давят на магму слабее, раскаленная магма становится жидкой. Она постепенно насыщается газами, расплавляет на своем пути горные породы и таким путем простилает себе путь к поверхности земли.
Если вулканическое жерло уже наполнено застывшей и затвердевшей лавой, то извержение не произойдет до тех пор, пока величина давления магмы не будет достаточной для выталкивания этой пробки. Извержение вулкана всегда сопровождается землетрясением. Пепел может выбрасываться на высоту до нескольких десятков километров.
Вулканы представляют собой образования, напоминающие по форме горы, из которых извергается раскаленная магма. Как образуется вулкан? При наличии трещин в земной коре раскаленная магма извергается к ее поверхности под давлением. Склоны вулкана образуются в результате оседания горных пород, лавы, пепла вблизи жерла.
Классификация и строение
Все вулканы по характеру активности бывают действующими, спящими и потухшими. А по местонахождению – наземными, подводными и подледниковыми.
Чтобы понять, как образуется вулкан, необходимо сначала подробно рассмотреть его строение. Каждый вулкан состоит из следующих элементов:
- Жерло (главный канал по центру геологического образования).
- Дайка (канал с извергшейся лавой).
- Кратер (крупное отверстие сверху в виде чаши).
- Вулканическая бомба (затвердевшие куски извергшейся магмы).
- Вулканическая камера (участок под поверхностью земли, где концентрируется магма).
- Конус (так называемая «гора», образованная за счет извергшихся лавы, пепла).
Несмотря на то что вулкан выглядит как огромная гора, его подземная часть намного больше той, что находится на поверхности. Кратеры нередко заполняются водой.
Текущие исследования
Сегодня ученые плохо представляют себе частоту и манеру глубоководных извержений. Пока нет данных о структуре земной коры, образованной в результате этих извержений. Фактически нам ничего не известно о большей части земной поверхности. Но эта ситуация постепенно меняется.
Чтобы восстановить историю подводной сейсмической и вулканической активности, ученые изучают потоки лавы с помощью их гидроакустических свойств. То есть они анализируют, каким образом лава отражает звуковые волны, излучаемые сонаром, и то, как эти отражения меняются в зависимости от глубины и возраста застывшей магмы.
Новые данные, опубликованные в апреле 2016 года, спекулируют на том, что самые активные этапы извержения лавы на океаническом дне происходили в последние четыре тысячи лет. В геологических масштабах это практически новорожденные вулканы.
Новые возможности
Совсем недавно группа ученых отправилась к вулканическому поясу недалеко от берегов Исландии. С помощью глубоководного робота им удалось сделать ряд фотографий океанического дна очень высокого разрешения. Это позволяет рассмотреть и оценить подводную земную кору в таких подробностях, какие раньше и не предполагались научным сообществом. Океаническое дно представлено на этих фотографиях в таких деталях, что его изучение можно сравнить с геологическим изучением суши.
Эти наблюдения, наряду с пространственной оценкой распространения потоков лавы, позволяют ученым предположить, сколько лавы и в какой период было выброшено на дно из недр Земли.
История подводных вулканов
Первый подводный вулкан, зафиксированный в истории, называется Колумбо, и расположен он в восьми километрах от острова Санторини. В 1650 году в результате скопления магмы под куполом произошел взрыв, замеченный на поверхности. Это стало первым свидетельством существования вулканов не только на суше.
Несмотря на то что отдельные подводные, доселе неизвестные вулканы были замечены еще во времена позднего Возрождения, реальный масштаб подводной вулканической активности и ее влияние на строение земной коры были совершенно не изучены вплоть до последних десятилетий.
До 2012 года геологи не могли точно определить ось основных глубоководных вулканических поясов, не говоря уж о том, чтобы оценить объем и возраст потоков лавы. Сегодня, по сравнению с 2012 годом, прогресс очевиден, но геологи не намерены останавливаться на достигнутом. Они намерены узнать, из чего, каким образом и как быстро формируется океаническое дно.
Оказывается, популярная фраза о том, что мы меньше знаем об океане, чем о космосе, получила очередное подтверждение.
Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание
Подводные вулканы — оазис в глубоководном мире
Время на прочтение
Глубоководные вулканы давно интересуют геологов. Изучение этих объектов позволяет понять особенности геологического строения региона, а также получить представление о минералогическом составе пород. Биологи тоже интересуются вулканами. Вернее, не ими самими, а видами животных и растений, которые обитают поблизости. Зачастую ученые делают очень интересные открытия.
Недавняя экспедиция трех ученых на субмарине к подводному спящему вулкану высотой в 4000 метров, расположенного поблизости от Гавайских островов, подтверждает сказанное выше. Этот вулкан, не проявляющий активности многие тысячи лет, носит название гора Кука. Ученые нанесли горе первый за всю историю науки визит с использованием пилотируемого подводного аппарата Pisces V.
Гора Кука находится в 160 км к юго-западу от Большого острова Гавайев. Она является частью группы подводных вулканов, известных как подводные горы Геолога. Этим горам почти 80 млн лет.
Экспедиция является одной из первых в рамках проекта изучения подводных вулканов. Инициаторы проекта — некоммерческая организация Conservation International и Гавайский университет. Ученые планируют изучить около 50 вулканов, расположенных поблизости от Гавайских островов.
Рядом с горой ученые увидели осьминога Гримпотевтис с большими наростами, делающими головоногое похожим на слоненка.
Также был найден новый вид кораллов, получивший название «Пурпурная дымка». Как ученые и подозревали, на горе и рядом с ней кипит жизнь. Кроме осьминога и кораллов специалисты зафиксировали наличие множества придонных обитателей — это и морские звезды, и угри с акулами, креветки, крабы и осьминоги других видов. Солнечный свет на глубину, куда погрузились ученые, не проникает. Все обнаруженные живые существа, как оказалось могут долгое время (или вообще всю свою жизнь) обходиться без солнечных лучей. Обилие живых организмов объясняется здесь тем, что спящий вулкан все же проявляет небольшую активность. Снизу, из глубин земной коры, поднимаются потоки горячей воды, которые приносят большое количество химических веществ и соединений, служащих питанием для ряда видов микроскопических существ. Популяции их живут и здравствуют в течение тысяч лет, давая пищу более крупным и сложным организмам.
«Моя задача сегодня — изучить существа, которые живут на горе и у ее подножия, понять, что поддерживает их жизнь, какова в этой местности роль течений», — сказал Стоун перед началом экспедиции. По словам ученых, все поставленные цели были выполнены. При помощи манипуляторов подводного аппарата участники экспедиции отобрали пробы генетического материала ряда видов губок, кораллов и других организмов. Сейчас эти пробы анализируются в лаборатории.
За три дня экспедиции ученые изучили и два других подводных вулкана. Это Мак Колл, дом для большого количества глубоководных акул и Лоихи, активный подводный вулкан. Лоихи (гав. Lōʻihi) расположен в 35 километрах к юго-востоку от острова Гавайи, на склоне Мауна-Лоа, самого большого щитового вулкана на Земле. Его вершина находится в 980 метрах от поверхности океана. Лоихи — самый молодой вулкан Гавайской гряды. В отличие от большинства активных вулканов в Тихом океане, он не входит в Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо, а вместе с другими вулканами Гавайской гряды является классическим примером горячей точки.
Рядом с этим вулканом тоже кипит жизнь: при погружении сразу же был обнаружен 2-х метровый угорь и еще более крупная акула.
Подводными горами принято называть активные или спящие вулканы, которые не достигают поверхности. Геологи утверждают, что подводные горы покрывают территорию площадью около 46 млн. км2. Экосистемы в таких местах очень развиты, но ученые знают о них немногое. Проблема, в основном, в том, что изучать живые организмы на глубинах в тысячи метров — не самая простая задача. Кроме того, если специалисты идентифицируют каких-либо представителей флоры или фауны глубоководных регионов, то выяснить, как они связаны друг с другом, очень непросто. Не менее сложная задача — изучение цикла жизнедеятельности глубоководных организмов.
Несмотря на то, что в самую глубокую точку Мирового океана представители человечества (исследователь из Швейцарии Жак Пикар и лейтенант ВМС США Дон Уолш) погрузились еще в 1960 году, с исследованиями экосистем подводных гор дело обстоит не слишком хорошо.
Ранний вулканический период
Фотографии подтверждают относительно юный возраст лавы. По ним также можно оценить и активность вулканического пояса. Например, ясно прослеживаются периоды, когда никаких извержений не было на протяжении многих веков и даже тысячелетий. Кроме того, ученые обнаружили на фотографиях недостаток лавы.
Используя современное моделирование, ученые могут рассчитать, сколько лавы необходимо, чтобы заполнить раскол между двумя тектоническими плитами. Количества, зафиксированного учеными, недостаточно, чтобы оправдать толщину нового слоя земной коры, который составляет около 10 километров.
Это навело исследователей на идею о том, что должен был быть и более ранний период вулканической активности, который не отражен на фотографиях. Они пока не могут точно определить, когда именно проходил этот ранний этап сейсмической и вулканической активности, но предположения основываются на логичном периоде от 20 до 10 тысяч лет назад.
Где находятся вулканы?
Где образуются вулканы? Эти геологические образования распределены на Земле крайне неравномерно. Если говорить о закономерности их распространения, то большое их количество находится вблизи экватора. В южном полушарии их гораздо меньше, чем в северном. В европейской части России, Скандинавии, Австралии и Бразилии они и вовсе отсутствуют.
Но если говорить о Камчатке, Исландии, Средиземноморье, западном побережье Северной и Южной Америки, Индийском и Тихом океане, средней Азии и центральной Африке, то здесь их предостаточно. В основном они располагаются близ островов, архипелагов, береговых зон континентов. Общепризнана зависимость их активности и процессов, связанных с движением земной коры.
