Вулканы и вулканическая деятельность

Введение. 
 

       Вулканическая деятельность – чрезвычайно интересный объект для изучения и, разумеется, очень интересная тема для повествования.

       Вулканическая деятельность, относящаяся к ряду наиболее грозных явлений природы, часто приносит огромные бедствия людям и хозяйству. Поэтому необходимо иметь в виду, что хотя не все действующие вулканы вызывают несчастья, тем не менее, каждый из них может быть в той или иной степени источником событий, могущих повлечь за собой трагические последствия. Извержения вулканов бывают различной силы, однако  к катастрофическим относятся только те, которые сопровождаются гибелью людей и материальных ценностей.

       В древние времена, когда люди были неграмотны и не умели объяснять  явления природы, грозная и разрушительная деятельность вулканов вызывала в человеке суеверие и страх. О них складывались древние мифы и самые невероятные легенды.

       Как повествует одна из легенд, свыше двух с половиной тысяч лет назад греки поселили на Липарских островах, расположенных вдоль Аппенинского полуострова, угрюмого, но необычайно трудолюбивого Гефеста с его кузницей. Гефест (его называют еще богом кузнечного дела) вскоре принялся за дело и совсем немного времени спустя раздул свои горнила так, что на горе одного из островов произошло крупное извержение. Вначале появилась черная туча, окутавшая все вокруг мраком. Она поднималась все выше и выше, осыпая окрестные места тонкодроблеными частицами раскаленной лавы. Затем наступил период некоторого покоя. А позднее из вершины конусовидной горы начали изливаться огненножидкие потоки (или лавы), образовавшие языки разной протяженности.

       Много легенд и сказаний связано с вулканами, расположенными в Средиземном море. Древние греки, например, смотрели на вулканические области, как на владения бога огня Гефеста и как на место, где происходит борьба между богами.

         Слово «вулкан» происходит от острова Вулкано, находящегося в Тирренском море, близ Италии, который греки считали входом в ад.

       Со  временем на смену этих наивных представлений  людей приходит истинное знание. Появляется наука о строении Земли – геология. А в конце прошлого века изучение вулканических областей, самих вулканов и постоянное наблюдение за их деятельностью выделяются в отдельную науку – вулканологию.

       Многие  знаменитые города расположены рядом  с вулканами, извергавшимися за последнюю тысячу или даже сто лет и сохранившими свою активность.

         Широко известны: Везувий в Италии, Ключевская сопка на Камчатке, Этна и Стромболи в Тирренском море, Мауна Лоа и Келауэа на острове Гаваи в Тихом океане, Мон Пеле на острове Мартинике (в группе Антильских остовов), Катмаи на Аляске, Кракатау близ острова Ява и ряд других.

       Познакомимся  с их историей и деятельностью, чтобы  лучше понять, каким образом и  почему происходят извержения вулканов, какую пользу для человека приносит извержение вулкана. Узнаем, что же собой представляет вулканическая деятельность и вообще вулканы. 

       Глава 1. Общие сведения о вулканах. 

       Определение вулкана. 

       Среди разнообразных явлений природы  вулканическая деятельность привлекала особое внимание человека. Известный ученый вулканолог В. И. Влодавец  объясняет образование вулканов так: вулканы это - геологические образования, возникающие в земной коре над каналами или трещинами, по которым из недр земли извергаются огненно – жидкие лавы, обломки раскаленных горных пород, пепел, горячие газы, пары. В общем виде под вулканом принято понимать конусовидную гору с несколько усеченной вершиной. На вершине такой горы находится чашеобразное углубление (кратер). Последний соединяется с поводящим каналом (жерлом). Самое главное в вулкане не гора, которая может образоваться и не образоваться над вулканическим выходом, а самый выход, или жерло, откуда из глубины выходят вулканические продукты: пар, газы, пепел и лава. Газы, вырывающиеся из вулкана, выбрасывают рыхлый материал, который падает вокруг выхода, тут же выливается и лава; вот эти-то рыхлые материалы с лавой, нагромождаясь у выхода, и образуют постепенно гору.  Это наиболее распространенная, но не единственная форма вулканов  Рисунок. 

                                  Причины извержения вулканов. 

       Какие же причины вызывают извержения вулканов? Что такое магма? Каков ее состав? Где она находится? Каковы источники  энергии и процессы, приводящие к  ее образованию? Каковы пути ее движения? В каком состоянии выходит она на поверхность Земли, и какие формы принимает на ее поверхности?

       Возникновение вулканов, их жизнь и деятельность связаны с концентрацией внутренней тепловой энергии Земли и с последующей ее потерей.

       Известно, что и земная кора, и расположенная  ниже верхняя мантия находятся в  твердом состоянии. Если мы мысленно будем следовать в глубь Земли, то убедимся, что через каждые  33 метра температура повышается на 1 градус С. Это так называемый геометрический градиент. На глубине нескольких десятков километров температура достигает такого уровня, при котором горные породы обычно плавятся. Однако с глубиной возрастает и давление, препятствующее плавлению. С течением времени различные подвижки в земной коре и верхней мантии (разломы, вертикальные передвижения блоков и т.д.) нарушают равновесие и тогда на больших глубинах твердое вещество переходит в сплав, создавая очаг. С помощью газа и пара расплав из этого очага устремляется к поверхности – происходит извержение вулкана. 
 

                                                    Что такое магма? 

       Расплав этот называется магмой. Название  было предложено еще в прошлом столетии немецким ученым Г.Розенбушем. По-гречески магма означает тесто. Название не очень точно отражает состояние вещества, поскольку магма не всегда похожа на тесто. В магме много газов и паров, ее вязкость имеет необычайно широкий диапазон – иногда это жидкая масса, иногда твердо - пластичная.

       Магма, поступающая на поверхность при  извержении вулканов, далеко не однородна по составу. Главным показателем для определения состава является содержание в ней кремнезема (SiO2). Если его не более 45-55%, магма считается основной. Наиболее типичные породы основной магмы-базальты. Если кремнезема содержится 55-65%, магма относится уже к среднему составу. Из такой магмы образуются горные породы, называемые андезитами. Магма, относящаяся к кислому ряду, содержит 65-75% кремнезема. Наиболее типичные породы ее - дациты и липариты. От состава магмы зависят характер вулканических продуктов, форма вулканических построек, тип извержений вулканов. 

       Строение  Земли. 

       Где же находится «дом» магматического очага. Чтобы уяснить это, необходимо привести схему строения земного  шара. Самая верхняя оболочка его - земная кора. Мощность ее в среднем около 50км. На континентах она иногда выше, а в океанических впадинах снижается до нескольких километров. Следующая оболочка - верхняя мантия, мощность которой 900 км. До глубины 2900км прослеживается нижняя мантия. Далее, от 2900 до 6300 км, т. е. до центра Земли, следует ядро. В качестве модели строения Земли можно привести очищенное яйцо. В таком случае самая верхняя пленочка его будет представлять земную кору, белок-мантию, а желток-ядро.

       Информацию о строении Земли нам дают сейсмические волны (или волны землетрясений). Свойство этих волн таково, что при переходе из одной среды в другую они меняют скорость, причем эти изменения происходят скачкообразно. На глубине 50-60 км (по выходе за пределы земной коры) скорость происхождения волн увеличивается, указывая нам границу земной коры и верхней мантии. Далее, на глубине 2900 км, сейсмические волны попадают в такую среду, где они распространяться не могут; отсюда начинается ядро Земли. Поскольку ядро не пропускает сейсмические волны, предполагается, что оно находится в жидком состоянии ( через жидкость волны не проходят).

       Мантия, а точнее верхняя ее часть, и является той областью Земли, где образуются магматические очаги. Как известно, твердое вещество может плавиться лишь на глубине около 40 км, где температура поднимается примерно до 1200 С.

       Магматические очаги существуют в земной коре, вблизи поверхности, всего на глубине нескольких километров.

       Какие же продукты поступают на поверхность  Земли при извержении вулканов? В какой-то степени условно их можно разделить на газообразные, жидкие и твердые. Газы, пары воды и некоторых кислот, которыми на определенном этапе насыщена магма, являются тем подъемным рычагом, который перемещает расплав вначале ближе к поверхности, а затем и на поверхность. Когда путь к поверхности еще не проложен, расплав, пересыщенный газами и парами, силой проталкивается и преодолевает препятствие - возникает взрыв. При взрывном извержении выбрасываются  твердые продукты-куски лавы или шлаки, пемза, вулканические бомбы самой разнообразной формы и размеров (от 10-15 см. до 1 м и больше в диаметре). А самые распространенные формы - это обломки длиной более 7 см. При выбросе из жерла они еще находились в расплавленном состоянии, пролетев многие сотни метров, остывали в воздухе и падали на склоны вулкана уже сильно отвердевшими. Форма этих бомб довольно разнообразна. Они бывают похожи на куски плоской или закрученной ленты, на крупные «капли», которые, вращаясь в воздухе, приобретают веретенообразную форму. Встречаются округлые бомбы с поверхностью, напоминающей корку свежеиспеченного хлеба (они так и называются - бомбы типа «хлебной корки»), а так же пористые куски лавы типа шлаков. Еще не остывшие куски магмы, падая на склоны вулкана, сплющиваются, а потому называются бомбами типа «коровьих лепешек». Иногда выбрасываются и крупные глыбы - длиной более 1м. Сюда же относятся необычайно богатые вариациями форм лапилли - частицы, вулканические обломки размером менее 7 см. Лапилли от латинского lapillus «шарик», «маленький камень». Очень интересны капли базальтового расплава, застывшие в воздухе в виде причудливых маленьких (не более 1-2 см.) черных стекловатых полумесяцев, груши других фигур. В честь гавайской богини вулканов они называются «слезами Пеле», а тонкие нити из стекловатой лавы получили наименование «волосы Пеле». Много выбрасывается песка(0,5-2мм) и пепла. Пепел, конечно,- не продукт сгорания. Он похож на скопление пыли. Под микроскопом при большом увеличении хорошо видно, что пепловые частицы - это осколки вулканического стекла в виде рогулек и треугольников. Они представляют собой мгновенно застывшие при взрывном извержении тоненькие перегородки из магмы между расширяющимися газовыми пузырьками. Будучи выброшенными, вверх, они потом упадут на землю в виде стекловатого пепла. Иногда пепел возникает при сильном дроблении более древних вулканических пород; в других случаях он может состоять только из обломочков кристаллов. Наиболее распространен стекловатый пепел. Вспомним извержение вулкана Мон - Пеле: палящая туча, накрывшая город Сен- Пьер, состояла из скопления раскаленного пепла и газов. При извержении Везувия пепел, лапилли и вулканические бомбы погребли Помпеи и Стабию.

       При взрывных извержениях более глубинные части расплава обедняются газами и парами. Теперь он уже менее насыщен ими и поэтому относительно спокойно изливается на поверхность в виде лавовых потоков, которые на поверхности передвигаются с большой скоростью - иногда до 30 км/ч.

       Таким образом, из одного и того же расплава образуются и твердые, и жидкие продукты. Роль газов и паров при этом очень большая: если расплав пересыщен ими, он поступает на поверхность в дробленом виде, если их сравнительно немного - расплав изливается спокойно.

       Газы  и пары - наиболее долгоживущие вулканические явления. Когда активная деятельность вулкана миновала, они еще долго парят из трещин на склонах вулканов, потоков лав либо кратера. Это так называемая фумарольная стадия вулканической деятельности (fumare –по-итальянски «дымить»).

                                     Формы вулканических построек. 

       Исторически сложилось так, что представление  о вулканах связано с их конусовидной формой. И это понятно, так как  большинство широко известных вулканов Средиземноморья или Индонезии  именно такой формы. Поэтому, главным образом, Средиземноморье (Италия) и явилось источником наших знаний о вулканах. А поскольку из конусовидных вулканов (Везувий, Стромболи, Этна и др.) выбрасывались раскаленные вулканические продукты, либо изливались огненные потоки, такое представление о конусовидных вулканах и закрепилось в памяти людей.

       Конусовидные  вулканические горы распространены очень широко. Великолепные вулканические  конусы встречаются на Камчатке.

       Теперь  уже известно происхождение вулканических  построек подобного типа. В подавляющем большинстве случаев они образуются чередованием рыхлых, или эксплозивных, продуктов и лавовых потоков, поступающих из жерла вулкана. В результате получается слоистая гора, которая называется стратовулканом. Склоны его обычно крутые. Разумеется, форма конуса зависит и от состава магмы. Если во время извержения преобладали жидкие, подвижные лавы, склоны конуса могут быть и плоскими.

       Такие стратовулканы в ряде случаев  достигают большой высоты – 5, а  иногда даже 6 км. Однако высота их не беспредельна. Наступает такой момент, когда магматический расплав не в состоянии преодолеть высоту и достичь центрального кратера. В таком случае он ищет иные пути и находит их на склонах вулканического конуса: происходит извержение из бокового (паразитного) кратера.