Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 мая 2023 года; проверки требуют 3 правки.
Вулканы возникают на земной коре и других планетах, где магма выходит на поверхность, выделяя различные продукты вулканизма, которые образуют холмы и горы.
Вулканология — наука, изучающая вулканы. Вулканолог — учёный, изучающий вулканы.
Извержение активного вулкана Этна, 2002
Наиболее интенсивно вулканизм проявлен в следующих геологических обстановках:
Вулканы на Земле делятся на два типа:
На суше насчитывается около 900 активных вулканов (см. список крупнейших вулканов ниже), в морях и океанах их число уточняется.
Период извержения вулкана может продолжаться от нескольких дней до нескольких миллионов лет.
На других планетах
Астрофизики, в историческом аспекте, считают, что вулканическая активность, вызванная, в свою очередь, приливным воздействием других небесных тел, может способствовать появлению жизни. В частности, именно вулканы внесли вклад в формирование земной атмосферы и гидросферы, выбросив значительное количество углекислого газа и водяного пара. Так, например, в 1963 году в результате извержения подводного вулкана у юга Исландии возник остров Сюртсей, который в настоящее время является площадкой для научных исследований по наблюдению зарождения жизни.
Типы вулканических построек
В общем виде вулканы подразделяются на линейные и центральные, однако это деление условно, так как большинство вулканов приурочены к линейным тектоническим нарушениям (разломам) в земной коре.
Формы вулканов центрального типа зависят от состава и вязкости магмы. Горячие и легкоподвижные базальтовые магмы создают обширные и плоские щитовые вулканы (Мауна-Лоа, Мауна-Кеа, Килауэа). Если вулкан периодически извергает то лаву, то пирокластический материал, возникает конусовидная слоистая постройка, стратовулкан. Склоны такого вулкана обычно покрыты глубокими радиальными оврагами — барранкосами. Вулканы центрального типа могут быть чисто лавовыми, либо образованными только вулканическими продуктами — вулканическими шлаками, туфами и т. п. образованиями, либо быть смешанными — стратовулканами.
Различают также моногенные и полигенные вулканы. Первые возникли в результате однократного извержения, вторые — многократных извержений. Вязкая, кислая по составу, низкотемпературная магма, выдавливаясь из жерла, образует экструзивные купола (игла Монтань-Пеле, 1902 год).
Отрицательные формы рельефа, связанные с вулканами центрального типа, представлены кальдерами — крупными провалами округлой формы, диаметром в несколько километров. Кроме кальдер, существуют и крупные отрицательные формы рельефа, связанные с прогибом под воздействием веса извергнувшегося вулканического материала и дефицитом давления на глубине, возникшим при разгрузке магматического очага. Такие структуры называются вулканотектоническими впадинами, депрессиями. Вулканотектонические депрессии распространены очень широко и часто сопровождают образование мощных толщ игнимбритов — вулканических пород кислого состава, имеющих различный генезис. Они бывают лавовыми или образованными спёкшимися или сваренными туфами. Для них характерны линзовидные обособления вулканического стекла, пемзы, лавы, называемых фьямме и туфовая или тофовидная структура основной массы. Как правило, крупные объёмы игнимбритов связаны с неглубоко залегающими магматическими очагами, сформировавшимися за счёт плавления и замещения вмещающих пород.
Классификация по форме
Извержения вулканов относятся к геологическим чрезвычайным ситуациям, которые нередко приводят к стихийным бедствиям. Процесс извержения может длиться от нескольких часов до многих лет.
Среди различных классификаций выделяются общие типы извержений:
Фумаролы на о. Вулькано, Италия
После извержений, когда активность вулкана либо прекращается навсегда, либо он «дремлет» в течение тысяч лет, на самом вулкане и его окрестностях сохраняются процессы, связанные с остыванием магматического очага и называемые поствулканическими. К ним относят:
Во время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованием кальдеры — крупной впадины диаметром до 16 и глубиной до 1000. При подъёме магмы внешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность, и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносится не магма, а древние горные породы, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называют фреатическим.
Гейзер Старый служака
Вулканические купола Эйфеля
Поднявшаяся к земной поверхности лава не всегда на эту поверхность выходит. Она лишь поднимает слои осадочных пород и застывает в виде компактного тела (лакколита), образуя своеобразную систему невысоких гор. В Германии к таким системам относятся области Рён и Эйфель. На последней наблюдается и другое поствулканическое явление в виде озёр, заполняющих кратеры бывших вулканов, которым не удалось сформировать характерный вулканический конус (так называемые маары).
Гейзеры встречаются в районах с вулканической деятельностью, там, где горячие породы расположены близко к поверхности земли. В таких местах подземные воды нагреваются до температуры кипения, и в воздух периодически выбрасывается фонтан горячей воды и пара. В Новой Зеландии и Исландии энергия гейзеров и горячих источников используется для выработки электричества. Один из самых знаменитых гейзеров в мире — гейзер Старый служака в Йеллоустонском национальном парке (США), который каждые 70 выстреливает струю воды и пара на высоту 45.
Грязевые вулканы — небольшие вулканы, через которые на поверхность выходит не магма, а жидкая грязь и газы из земной коры. Грязевые вулканы намного меньше по размерам, чем обыкновенные. Грязь, как правило, выходит на поверхность холодной, но газы, извергаемые грязевыми вулканами, часто содержат метан и могут загореться во время извержения, создавая картину, похожую на извержение обыкновенного вулкана в миниатюре.
В России грязевые вулканы распространены на Таманском полуострове; они встречаются также на Крымском полуострове, в Сибири, около Каспийского моря, на Байкале и на Камчатке. На территории Евразии грязевые вулканы часто встречаются в Азербайджане, Грузии, Исландии, Туркменистане, Индонезии.
Одной из нерешённых проблем проявления вулканической активности является определение источника тепла, необходимого для локального плавления базальтового слоя или мантии. Такое плавление должно быть узколокализованным, поскольку прохождение сейсмических волн показывает, что кора и верхняя мантия обычно находятся в твёрдом состоянии. Более того, тепловой энергии должно быть достаточно для плавления огромных объёмов твёрдого материала. Например, в США в бассейне реки Колумбия (штаты Вашингтон и Орегон) объём базальтов более 820 тыс. км³; такие же крупные толщи базальтов встречаются в Аргентине (Патагония), Индии (плато Декан) и ЮАР (возвышенность Большое Кару). В настоящее время существуют три гипотезы. Одни геологи считают, что плавление обусловлено локальными высокими концентрациями радиоактивных элементов, но такие концентрации в природе кажутся маловероятными; другие предполагают, что тектонические нарушения в форме сдвигов и разломов сопровождаются выделением тепловой энергии. Существует другая точка зрения, согласно которой верхняя мантия в условиях высоких давлений находится в твёрдом состоянии, а когда вследствие трещинообразования давление падает, происходит так называемый фазовый переход, — твёрдые породы горной мантии плавятся и по трещинам происходит излияние жидкой лавы на поверхность Земли.
Олимп (Марс), 2004
Извержение на Ио (спутник)
Вулканы имеются не только на Земле, но и на других планетах и их спутниках. Первой по высоте горой Солнечной системы является марсианский вулкан Олимп высотой 21,2.
В Солнечной системе наибольшей вулканической активностью обладает спутник Юпитера Ио. Длина шлейфов вещества, извергаемого вулканами Ио, достигает высоты 330 и радиуса 700 (патеры Тваштара), лавовые потоки — длины в 330 (вулканы Амирани и Масуби).
На некоторых спутниках планет (Энцелад и Тритон) в условиях низких температур извергаемая «магма» состоит не из расплавленных скальных пород, а из воды и лёгких веществ. Такой тип извержений отнести к обычному вулканизму нельзя, потому данное явление получило название криовулканизм.
Высочайшие вулканы на Земле
Крупнейшие районы вулканической активности — Южная Америка, Центральная Америка, Ява, Меланезия, Японские острова, Курильские острова, Камчатка, северо-западная часть США, Аляска, Гавайские острова, Алеутские острова, Исландия и др.
Брюллов К. П. Последний день Помпеи. 1830—1833 гг.
Значение для экономики
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 8 февраля 2019 года; проверки требуют 9 правок.
Вулкан Ньирагонго (2014 год)
Вулкан Стромболи (2013 год)
Суть вулканических явлений
Карта известных супервулканов по всему миру: Показатель вулканической эксплозивности (VEI) 8 Показатель вулканической эксплозивности (VEI) 7
Геотермическая активность в Йеллоустонском парке.
На Земле последнее такое извержение, по данным вулканологов, произошло 27 тысяч лет назад на Северном острове Новой Зеландии. Оно сформировало озеро Таупо. Было выброшено 1170 км3 пепла.
Мощность извержений может варьироваться. Однако объём продуктов извержения достаточен, чтобы радикально изменить ландшафт и значительно повлиять на глобальный климат планеты, вызывая катастрофические последствия для жизни (например, вулканическую зиму).
В зависимости от того, находится супервулкан на суше, или на дне океана, следует ожидать различные климатические последствия в результате его извержения.
Извержение супервулкана на суше будет сопровождаться выбросами в атмосферу огромного количества вулканического пепла и вулканических газов — , , , , и др. Отличие извержения супервулкана от извержений рядовых вулканов заключается в том, что основная масса вулканических продуктов представлена не жидкими, текучими лавами, образующими вулканические конусы (Ключевская сопка, Фудзияма, Везувий) и щиты (Килауэа), а тучами горячих газов и «пепла», состоящего из мелких частичек обсидиана. Попавшая в стратосферу пыль и смесь газов создадут слабопроницаемый для солнечного света экран, что изначально приведёт к охлаждению нашей планеты по эффекту «ядерной зимы» на годы и, может быть, на десятилетия. Затем, после осаждения пыли и просветления атмосферы, из-за огромного количества углекислого газа, попавшего в атмосферу при извержении супервулкана, начнёт доминировать парниковый эффект и продолжится нагрев планеты — вулканическая зима сменится вулканическим летом. Извержение супервулкана, расположенного на дне океана, будет сопровождаться мощными цунами, которые могут вызвать обширные разрушения на суше, а также выбросами большого количества водяного пара в атмосферу, что впоследствии (в близкой перспективе) может привести к аномально сильным ливням и обширным локальным суперпотопам на суше. Огромное количество выброшенного супервулканом углекислого газа попадёт в атмосферу и надолго усилит парниковый эффект и нагрев планеты.
Последствия суперизвержения могут стать катастрофическими для континента: взрывное извержение супервулканов приведёт к возникновению супермощных пирокластических потоков — «ураганов» из вулканических газов, камней и пепла, которые покроют территории в тысячи и десятки тысяч квадратных километров, — ни одно живое существо, попавшее в такой поток, не выживает. За пределами этих областей извержение может привести к серьёзным последствиям для сельского хозяйства: покрытие почвы вулканическим пеплом толщиной всего в один сантиметр приведёт к гибели агрокультур. Кислотными дождями суперизвержение приведёт к загрязнению источников водоёмов в ещё большем радиусе вокруг извергающегося супервулкана.
Супервулканы были также замечены на спутнике Юпитера Ио и спутниках Сатурна автоматической межпланетной станцией «Вояджер-2». Однако вулканы за пределами Главного пояса астероидов являются преимущественно криогенными, а не магматическими. Также кратеры супервулканов обнаружены на Марсе.
Когда плавятся камни
При слове «вулкан» большинство из нас наверняка представляют живописную гору вроде Эльбруса, японской Фудзиямы или исландского Эйяфьядлайёкюдля, который в 2010 году наделал шума в прессе — не в последнюю очередь благодаря своему названию.
Зато научное определение термина сухо и лишено всякой романтики: вулканом учёные называют место на планете Земля, где достигает поверхности.
образуется за счёт плавления пород мантии или земной коры и состоит из жидкости, кристаллов и газовых пузырьков. Излившуюся на поверхность и освободившуюся от газов магму называют лавой.
Проще говоря, далеко не каждый вулкан — гора (и уж точно не всякая гора — вулкан). К примеру, в Исландии, Мексике и Новой Зеландии можно найти так называемые трещинные вулканы. В отдельных случаях эти расщелины могут достигать длины в десятки километров. Некоторые вулканы в современном своём состоянии и вовсе представляют собой озёра, которые возникли в кратерах или котловинах, оставшихся после извержений. Курильское озеро на Камчатке — из их числа.
Вулкан Эльбрус (Россия)
Извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль (Исландия)
Один из кратеров вулкана Лаки (Исландия)
Курильское озеро на Камчатке (Россия)
Но если по поводу того, что называть вулканом, учёные более-менее договорились, то вопрос, какой из них считать активным, а какой потухшим, по-прежнему вызывает дискуссии. Первоначально к активным вулканам относили те, что извергались хотя бы раз «за историческое время». Определение получилось не без изъяна: в одних регионах люди жили давно, другие заселили сравнительно недавно. В конечном счёте для всей планеты выбрали единый временной интервал — 10 тыс. лет. В базе данных GVP (Global Volcanism Program, с англ. — Глобальная программа вулканизма), которую ведут специалисты Смитсоновского института (США), упоминаются извержения 1328 вулканов за этот период. Ответ вроде бы найден. Но есть нюанс.
вулканические регионы мира
Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо
Известны вулканы, которые извергаются каждые 15 минут на протяжении тысяч лет. Для них даже вековая пауза будет означать, что они потухли. У других вулканов — например, у Йеллоустоуна — период покоя может длиться сотни тысяч лет. То есть они могли ни разу не извергнуться за последние 10 тыс. лет, но всё равно считаются активными.
Большой призматический источник в Йеллоустонском национальном парке (США)
В последние годы всё больше специалистов соглашаются с мыслью, что определить, активен ли тот или иной вулкан, можно только с учётом всех его особенностей. Даже вулканы требуют к себе индивидуального подхода.
Наконец, часть учёных предлагают считать действующими только те вулканы, извержения которых непосредственно наблюдались людьми.
Извержения вулканов удалось пронаблюдать и задокументировать
По понятным причинам в эту статистику попадают только наземные и надводные вулканы. Активность «огнедышащих гор», которые находятся на дне Мирового океана, скрыта от людского глаза, а потому их количество оценивается лишь приблизительно — 3500.
Разумеется, вулканические процессы идут не только на нашей планете, но и на других небесных телах Солнечной системы и наверняка за её пределами. Так, сотни действующих вулканов обнаружили на спутнике Юпитера Ио. В прошлом извержения — и весьма активные — происходили на Луне, Меркурии, Венере и Марсе. Однако механизмы земного и внеземного вулканизма могут значительно отличаться в деталях, поэтому учёные разделяют эти два понятия.
— высота самого высокого вулкана в Солнечной системе — горы Олимп на Марсе
Попытки понять причины извержения вулканов предпринимались ещё в античные времена. До наших дней дошли труды Аристотеля, Посидония, Лукреция и других авторов, которые изучали это природное явление. Пожалуй, одно из первых подробных научных описаний вулканического извержения принадлежит древнеримскому писателю и политику Плинию Младшему: в двух письмах, адресованных историку Тациту, он рассказал о произошедшем в 79 году н.э. взрыве Везувия.
Извержения вулкановудалось пронаблюдать и задокументировать
Вулкан Везувий (Италия)
Жертвой природной катастрофы стал дядя автора письма — учёного Плиния Старшего и его спутников накрыло облако вулканических газов, и они погибли (в память об этой трагедии один из типов извержений назвали ). Кроме того, города Помпеи, Геркуланум, Оплонтис и Стабии вместе со своими жителями оказались погребены под многометровым слоем пепла.
— извержение, во время которого лава выбрасывается из жерла вулкана мощными взрывами, а столб пепла поднимается на высоту десятков километров.
Несмотря на достаточно долгое изучение вопроса, ещё в XIX веке представления о причинах вулканизма были во многом ошибочны. Учёные полагали, что наша планета внутри жидкая и под относительно тонкой земной корой постоянно плещется океан кипящей магмы. Вулканы же, согласно тем представлениям, появляются на месте разрывов в этой тверди. На деле всё оказалось гораздо сложнее.
Недра Земли действительно очень горячи — так, на глубине 100 км породы разогреты примерно до 1300–1500 °C. И чем ближе к центру планеты, тем выше температура. Однако с увеличением глубины растёт и литостатическое давление (сила, с которой горные породы давят на нижние слои), а значит, увеличивается и температура плавления вещества. В итоге не только земная кора, но и лежащая под ней мантия находятся в твёрдом состоянии, а процесс их плавления начинается строго при определённых условиях.
Нашу очень горячую планету окружает холодный космос. Чтобы эта система достигла термодинамического равновесия, Земле нужно остыть. В глобальном смысле вулканы — это способ передать «излишки» тепловой энергии в космическое пространство.
Самый очевидный, на первый взгляд, способ расплавить мантию — нагреть её. На практике повысить температуру и без того горячего вещества довольно сложно. Однако в некоторых местах нашей планеты это всё же происходит: там с большой глубины, с границы мантии и внешнего ядра, поднимается поток — мантийный плюм. Он на несколько десятков или даже сотни градусов горячее окружающих его пород. Плюм буквально прожигает земную кору, а из-за непрерывного движения литосферной плиты на поверхности планеты появляется цепочка вулканов. Такие регионы специалисты называют горячими точками. К их числу относятся, например, Гавайские острова и самый известный вулкан на планете — Йеллоустоун.
Снижение давления также способно привести к плавлению мантийных пород. Такие процессы происходят на дне океанов, где земная кора значительно тоньше, чем под материками. Мантия напирает снизу и буквально раздвигает в стороны литосферные плиты: давление падает быстрее, чем снижается температура пород, и возникает расплав. В результате подводных извержений образуются срединно-океанические хребты (СОХ) — целые горные системы на дне океанов. Это наиболее активные зоны вулканизма на нашей планете — на их долю, по оценке специалистов, приходится около двух третей объёмов лавы, извергаемой за год.
Наконец, горячая мантия переходит из твёрдого состояния в жидкое при понижении температуры плавления — для этого в разогретую породу достаточно добавить обычную воду. Такое происходит при стыке литосферных плит, когда более лёгкая океаническая плита подныривает под более массивную континентальную. Насыщенные водой минералы оказываются на большой глубине и снижают температуру плавления окружающих их пород. Вот почему окраины большинства материков, в том числе Камчатский полуостров, изобилуют вулканами.
Магматический очаг, как правило, формируется на глубине нескольких километров, а расплавленное вещество и выходящие из него газы напирают на расположенные выше слои литосферы.
Когда давление переходит некую критическую отметку, кора рвётся, и через образовавшийся канал изливается магма — начинается извержение.
То, каким в итоге получится вулкан, зависит от вязкости его лавы. Из очень жидкой формируются щитовые вулканы с пологими склонами, из более густой — конические стратовулканы.
Процесс роста вулканов может занимать миллионы лет. У многих из них есть не только основной кратер на вершине, но и боковые — на склонах.
Магматический очаг оказывает влияние и на грунтовые воды — в зонах активного вулканизма могут возникать горячие источники и гейзеры.
В 1982 году учёные Кристофер Ньюхолл и Стивен Селф предложили создать шкалу вулканической активности — Volcanic Explosivity Index (VEI). Это позволило систематизировать извержения вулканов и сравнить их силу по двум ключевым параметрам — объёму вулканических продуктов и высоте пеплового столба. Правда, в эту шкалу включили только эксплозивные извержения (от английского слова explosive — «взрывной»), во время которых выход магмы на поверхность сопровождается мощными взрывами. Два других типа извержений — экструзивное (очень вязкая магма выжимается из купола вулкана, как зубная паста из тюбика) и эффузивное (магма изливается на поверхность спокойно, без взрывов, формируя лавовые потоки) — в список не попали.
Чем сильнее извержение, тем выше его индекс VEI. Для перехода на новый уровень объём вулканических продуктов должен вырасти на порядок. Извержения VEI 7 (объём вулканических продуктов превышает 100 км3) назвали суперколоссальными, а VEI 8 (объём больше 1 тыс. км3) — мегаколоссальными.
Шкала вулканической активности (VEI)
В массовой культуре эти термины особо не прижились и безнадёжно проиграли битву за популярность другому слову, которое придумали сотрудники телекомпании «Би-би-си» во время съёмок фильма о Йеллоустоуне, — «супервулкан».
