Вулканизм и вулканы

 

Что такое вулканизм

 

 

Вулканизм – совокупность явлений, вызванных передвижением магмы из земных недр на  поверхность суши, дно океанов и морей.

 

 

Виды вулканизма

 

 

Существует четыре вида извержений вулкана, зависящих от соотношения выбрасываемых вулканических продуктов и вязкостного состояния лавовых масс:

1. Эффузивный – гавайский.
2. Смешанный – стромболианский.
3. Экструзивный – купольный.
4. Эксплозивный – вулканский.

 

 

Гавайскому виду извержения типично создание в большинстве случаев щитовидных вулканов. Они спокойно изливают текучую лаву с образованием в кратерах  пылающих жидковатых озер и лавовых рек. Под воздействием газов образуются фонтаны с выбрасыванием комков и капель расплавленной лавы, поднимающихся ввысь узкими стеклянными нитями.

 

 

Стромболианскому виду выбросов характерно возникновение стратовулканов и изобильных излияний лавовой массы, состоящей из базальта и андезитобазальта. А также возникновением взрывов небольшой величины с комками шлака и крученными и веретеновидными бомбами.

 

 

При купольном виде выжимается и выталкивается вязкая лава под мощным давлением газов и образуются купола, криптокупола, конусокупола и обелиски.

 

 

Вулканский вид зависит от газов, способствующих взрыву и выбрасыванию громадных черных туч со множественными лавовыми обломками.

 

 

Тягучие лавы из андезита, дацита и риолита содействуют образованию небольших потоков. Основные виды извержения состоят из подвидов: пелейского и катмайского – переходных от купольного к вулканскому виду, а также ультравулканского.

Пелейский подвид характеризуется возникновением куполов и целенаправленных взрывов, вызванными жаркими газовыми облаками, которые состоят из осколков и лавовых глыб, взрывающихся в вышине и при скатывании по уклону вулканов. При катмайском подвиде выбрасываются довольно горячий и подвижный песчаный поток. Извержения куполовидной формы дополняют накаленные или остуженные лавовые реки с примесью грязи. Ультравулканскому подвиду свойственны мощные взрывы, извергающие лавовые обломки и породы из канальных стенок.

 

 

Причины и природа вулканизма

 

 

Континентальные глыбы представлены выступами коры Земли, а океаны областями опускания. Границы соприкосновения континентов и океанов – области с наивысшим давлением, что способствует образованию высоких гор на континентах – по одной стороне, глубоких впадин или пучин в океане – по другой.

 

 

В результате давления, возникающего в этих районах  после горизонтального и вертикального  передвижения коры Земли, происходит извержение вулканов. Когда давление превышает стойкость земной коры, образуются трещины и изломы. В результате воздействия опускающихся областей  морского дна на магму, расположенную под ними, происходит ее поднятие на поверхность земли через образовавшиеся в земной коре трещины и изломы. На примере опускания дна океана в области острова Мартиники на глубину в несколько сотен метров в результате извержения вулкана Мон — Пеле в 1902 г.

 

 

Больше 90% извержения вулканов на Земле имеет зависимость от движения плит литосферы  и происходит на их границах – в зонах субдукции с погружением плит одна под другую или в зонах спрединга — где плиты расходятся. Следовательно, деятельность этих вулканов имеет совпадение с сейсмичностью в этих зонах.

 

 

Также бывает внутриплитный вулканизм, происходящий под действием потока веществ и энергии, идущих из недр мантии – мантийных суперплюмов, которые возникают на пограничных участках ядра и земной мантии. На примере Тихоокеанского суперплюма, связанного с появлением Гавайской горячей точки, создавшей цепь поднятий океана и островов. А также подводное плато Онтонг — Джава на юго — западе Тихоокеанского бассейна в северном направлении от Соломоновых островов, расположенных на территории около 2 млн. кв. км, равной площади Аляски.

 

 

Внутри материков  есть районы вулканизма, образованные без участия плюмов, так как для их образования требуется больше времени, чем в течение которого происходит извержение вулкана.

 

 

Внутренние процессы вулканизма

 

 

В недосягаемых недрах земли под действием высокой температуры и давления образуется расплавленная магма. Двигаясь к холодным территориям, она принимает твердое состояние и служит основой для магматических горных пород. Во время кристаллизации происходит выделение гидротермов и газов. Это огпенный период в существовании минералов. Лавы, поднявшись к земной поверхности, вытекают из изломов или участков (образуются конусовидные вулканы).

 

 

При зарождении геологических образований лавы покрывали свыше 2 млн. кв. км суши слоем               500 — 3000 метров. В настоящее время действуют 500 вулканов, среди них потухшие.

 

С извержениями вулканов связано множество катастроф. Продвижение магмы в земной коре носит название интрузия. Магма интрудирует, двигаясь под сильным давлением и сдвигая блоки горных пород, раздвигает изломы и проплавливает себе дорогу с довольно высокой температурой от 800

 

Бывает, что у поднявшейся к поверхности магмы теряется сила. Этому способствует перекрытие каналов, служащих для соединения потока с питающим источником. Магма прекращает движение и охлаждается. На протяжении сотни, тысячи, миллиона лет происходит ее кристаллизация и превращение в горные магматические породы. Поднимаясь к поверхности, она теряет тепловую энергию и распределяется по участкам с малым давлением. Тогда происходит выделение кристаллов более тугоплавких минералов – кварца, оливина, пироксена. Магма освобождается от газов и водных растворов, распространяющихся в земной коре гидротермами.

 

 

 

Поднявшись к поверхности с температурой почти 100 и пониженным давлением, она начинает адаптироваться к таким условиям. При этом из нее выходят газы, пары, происходят взрывы,  выбрасываются бомбы и пепел, изливается лава.

 

 

Продукты вулканизма

 

 

Продукты, выбрасываемые вулканами, представлены тремя видами: жидкими, твердыми и газообразными.

 

 

К жидким продуктам относится магма – лава, выходящая к поверхности и утратившая по пути летучие газы и пары воды в некотором количестве. Она характеризуется вязкостью и содержанием газов. Уменьшение вязкости происходит с поднятием температуры, объема щелочей и летучих веществ, сокращением количества SiO2 и Al2O3.

 

У базальтовых лав наибольшая подвижность, скорость около 60 км/ч, температура у поверхности 1100 — 1200 Бывают канатными волнистыми, подушечными (изливаются под водой), глыбовыми.  Лава изливаясь на морском или океанском дне, трансформируется в вулканическое стекло – гиалокластиты. У кислых вязких лав с низкой температурой меньшая подвижность, они служат для образования коротких и мощных лавовых потоков, покрывающихся глыбовой коркой при остывании на поверхности.

 

 

К твердым продуктам относится обломочный (пирокластический) материал, являющийся основной массой продуктов вулканизма при эксплозивных наземных извержениях. Они состоят из бомб, шлаков, пемзы, пепла, имеющих изначально жидкое состояние.

 

 

У вулканических бомб разная форма вращения – круглая, веретеновидная, лимоновидная. Обладают размерами в несколько метров с массой от сотни до тысячи кг, а также в несколько мм с массой в мг. При более вязкой лаве имеют большую величину и изометричную форму. Нагромождения бомб носит название агломерат.

 

 

У вулканических шлаков вид довольно пористых обломков, образованных во время охлаждения основного лавового состава, насыщенного газами. Имеют размеры от одного до несколько десятков см, обладают легкой, пористой структурой и быстро разрушаются.

 

 

Вулканические пемзы представлены пузыристыми породами кислого состава, образованными в процессе застывания лав, обогащенных газами при излияниях под водой. Имеют величину от долей см до десятков см, не тонущие в воде и переносящиеся морскими потоками на длинные расстояния, с легкостью разрушаются.

 

 

«Волосы Пеле» –  узкие нити, образованные в процессе разбрызгивания текучей лавы или через вытягивание нитей во время разрыва газами комков шлака.

 

 

Вулканические пеплы представляют основной продукт вулканизма в виде мелких частиц величиной от сотых долей мм. Состоят из остроугольных обломков пемзы, стекла, минералов. Частицы пепла разносятся на большое расстояние, уменьшаются в размерах, удаляясь от центральной части извержения. Поднявшийся при взрыве на высоту 80 км пепел Кракатау оседал в разных областях суши и океана всей планеты. Осаждение, уплотнение и цементация пирокластического материала на земной поверхности создает условия для образования туфов, в водном пространстве – туффитов.

 

 

Газообразными или летучими продуктами выполняется значимая роль при вулканизме. На их структуру влияет состав силикатной магмы и ее температура. К основным летучим продуктам относятся: пары воды, водород, метан и остальные углеводороды, азот, оксид углерода, диоксид углерода, хлористый водород, аммиак, сероводород, хлориды, мышьяковистая и бористая кислота, фториды металлов, аргон, гелий, ксенон. Молекулярный состав газов временами состоит из 95 водных паров. На структуру газов, их концентрацию значительно влияет тип земной коры на территории вулканов.

 

 

Особенности проявления вулканизма

 

 

Проявление вулканизма состоит из трех стадий: ранней, субвулканической, главной, поствулканической или фумарольной.

 

 

На субвулканической стадии при благоприятных условиях в области астеносферы образуется магма, которая расплавляется под действием температуры около 1200 и наполняет магматическую камеру. Дальше она движется вверх через ослабленные участки и изломы, расплавляя и поглощая породы, образовывая каналы. По достижении магмой температуры ниже 1200 выделяется газ и перегретые пары воды, в результате чего она становится более подвижной. Образование паров в магме в большом объеме происходит в 2 — 3 км от земной поверхности, что ведет к резкому увеличению давления и освобождению огромного количества энергии и возникает взрыв.

 

Вслед за газами и парами, разрушающими породы и выталкивающими их к поверхности, движется дегазированный расплав. У поверхности он преобразуется в лаву. Магма, продвигаясь с парами и газами, вызывает неглубокие и умеренно слабые толчки земли с перемещением очагов к поверхности земли. По истечении времени магма меняет свой состав в области очага: основную (базальтовую) магму замещает средняя (андезитовая) или кислая (дацито — риолитовая), что влияет на характер основной стадии вулканизма.

 

На главной стадии вулканизма происходит извержение вулкана. Вначале происходит разрядка вулканической энергии и выброс магматических продуктов из жерла вулкана к поверхности. Вулканы обладают разными процессами извержения. В области жерла образуется гора конусовидной формы из твердых и жидких продуктов вулканизма. Гора имеет плоскую вершину с углублением в виде воронки – кратером с располагающимся на дне отверстием – жерлом (в количестве одного или нескольких), которое связано с каналом вулкана.

 

Активные вулканы с частыми извержениями имеют кратер, преобразованный в котловину километрового диаметра – кальдеру. Она формируется в результате выброса во время взрыва материала большого объема, из которого состоит вершина конуса, а также после его опускания в канал или очаг вулкана, используемый при предыдущих извержениях.

 

Во время новых извержений в центральной части кальдеры образуется молодой конус с созданием своего кратера и жерла, (на примере двухконусного вулкана Крашенникова в Камчатском крае). Процесс извержения имеет разную продолжительность. Бывает кратковременным с одним «выстрелом» или продолжается в течение многих суток и месяцев. Цикл извержений состоит из нескольких вулканических выбросов. Между циклами проходит стадия поствулканического режима, который длится десяток или сотню лет.

 

 

На поствулканической стадии процесс излияния лавовых масс останавливается, отсутствуют взрывы, только выделяются струи газа и пары воды вдалеке от участка с вулканом. Струями газа (фумаролами), проходящими через горные породы, в изломах и порах осаждаются минералы, способствуя зарождению полезных ископаемых.

 

В зависимости от содержания газов и температуры фумаролы состоят из нескольких видов.

В сухих фумаролах практически не содержится вода или ее совсем нет, температура не больше 500состоят из хлорида натрия и калия, имеющих примеси марганца, меди, фтора. У кислых газовых струй (сернистых, сольфатар) температура 90 — 300 имеются водные пары, серная и хлористоводородная кислоты. Они выходят на поверхность с образованием ярко — желтого наслоения самородной серы. К щелочным (аммиачным) струям с температурой относятся сероводород, углекислый аммоний, водные пары. В составе холодных фумарол (мофетов) с температурой не выше 100 имеется углекислый газ.

 

 

Гейзеры представляют источники с фонтанами воды и пара. Их образование происходит вдалеке от вулкана или на последних этапах поствулканической стадии. Воды гейзеров обладают температурой 94 — 99сильной минерализацией с содержанием натриевых, кальциевых, кремниевых, магниевых солей. На участках с гейзерами в связи с минерализацией образуются отложения известковых и кремнистых туф пористой структуры. Благодаря выбросам паров и газов с содержанием глинчатых пород образуются грязевые вулканы с высотой конусов от 1 до 400 м, с диаметром кратера не больше нескольких метров.

 

 

Зоны активного вулканизма в мире

 

 

Большая часть вулканов располагается вблизи границ литосферных плит или около дивергентных окраинных областей (на примере Исландии, Африканской рифтовой системы) или конвергентных (на примере островных и континентальных вулканических дуг в Тихоокеанском регионе).

Размещение таких окраинных областей является подтверждением неравномерного распределения активных вулканов со скоплением в районах низких широт (от 20 с. ш. до 10на примере островов Вест — Индии, Центральной Америки, северной территории Южной Америки, Восточной Африки). А также в районах средних и высоких северных широт (от 30 до 70на примере Японии, Камчатского полуострова, Исландского, Курильских и Алеутских островов).

 

Вследствие этого, к основным зонам вулканизма относят: Южную и Центральную Америку,         северо — западную территорию США, Алеутские острова, Аляску, Камчатский полуостров, Курилы, острова Японии, Меланезию, Гавайи, Яву, Исландию, Атлантический бассейн.

 

Бывают единичные (спящие и временно действующие) вулканы и вулканические области. Вулканические области бывают компактными (участки новых и давних субдукций) и протяженными (представлены островными дугами по окраинам  океанов и на участках подступающих плит новых и более давних геологических и тектонических периодов).

 

Области распространения единичных вулканов – материковые и океанические участки с  перемещением мантии и мантийными потоками. К действующим вулканам планеты относятся: Эрта Але (Эфиопия), Мерапи (Ява), Ясур (Вануату), Эребус (Антарктида), Колима (в Мексике), Кливленд (Аляска), Килауэа (Гавайи), Сакурадзима (Кюсю), Пакайя (Гватемала), Стромболи (Сицилия).

 

Протяженные области активного вулканизма включают Огненное кольцо, окружающее тихоокеанский бассейн и участки, подступающие к Евразийскому материку с южных австралийских, африканских территорий и полуострова Индостан:

• На северном побережье тихоокеанского бассейна: Алеутский остров с 25 активными вулканами: Шишалдина (2861 м), Танага (1806 м), Всевидова (2149 м), Большой Ситкин (1740 м), Горелый (1573 м), Канага (1307 м), Сегула (1153 м), Аляскинский полуостров с вулканом Катмай.

 

• На западном берегу тихоокеанского бассейна: вулканы Камчатского полуострова (Авачинская, Корякская, Ичинская, Кроноцкая сопки, вулкан Шивелуч), Курил (Тятя, Алаид), островов Японии (Фудзияма).

 

• На востоке тихоокеанского бассейна: североамериканские Кордильеры, центральноамериканское Мексиканское нагорье, южноамериканские Анды (Северо — Западные, Центральные, Экваториальные, Южные, Чилийские).

 

 

Зоны активного вулканизма на территории России

 

 

Вулканическая деятельность в России выявлена в черте Западно — Тихоокеанской подвижной зоны (Камчатка, Курилы) с 68 действующими вулканами и единичными вулканами северо — восточного Сибирского и Прибайкальского регионов, Большого Кавказа.

 

Возобновление современного этапа вулканизма в Камчатском крае произошло с начала четвертичного периода и длится до сегодняшнего дня, но не так активно как на начальных этапах. Свыше 40 площади Камчатки покрывается продуктами вулканизма. Современный вулканизм зафиксирован в восточной зоне с активными стратовулканами, расположенными на расстоянии 7 км друг от друга.

К функционирующим более активным вулканам относятся: Ключевской, Авачинский, Карымский и  Безымянный – причисленный к потухшим, но под конец 1955 г. произвел энергичные извержения. С меньшей интенсивностью: Шивелуч, Мутновский, Горелый, Плоский Толбачик; с низкой интенсивностью: Кизимен, Жупановский, Малый Семячик, Корякский, Ильинский, Ксудач. Угасающие вулканы: Комарова, Кроноцкая сопка, Гамчен, Узон, Центральный Семячик, Кихпиныч, Бурлящий, Кошелева, Опальный.

 

К потухшим относятся свыше 157 вулканов, имеющих коническое и куполообразное строение и  образованных из продуктов вулканизма. Большая часть из них разрушены, но есть такие, которые  считаются крупнейшими вулканическими образованиями Камчатского полуострова: Камень, Плоский.

 

Вулканизм Курильских островов отслеживается на территории Большой Курильской гряды с островами вулканического образования, за исключением северных и южных, сформированных из осадочных слоев неогенового периода, послуживших для возникновения вулканов. Вулканы имеют сильные трещины земной коры, продолжающие разломы Камчатского полуострова. Вдвоем они формируют Курило — Камчатскую дугу вулканического и тектонического происхождения с выпуклой стороной к Тихоокеанскому бассейну.

 

Курильские острова обладают 25 активными вулканами (в том числе 4 подводными), 13 затухающими и свыше 60 потухшими. Из них имеют повышенную активность Алаид, Сноу, Мильиа, пик Сарычева Фусс.

 

В северо — восточном Сибирском регионе в центре Анюйского хребта расположен потухший вулкан Анюйский. Возможно возобновление активности вулканов в Прибайкальском регионе на территории Тункинской котловины и вулканов Эльбрус на Большом Кавказе, обладающего признаками магматического очага.

 

 

Вулканизм в океане

 

 

Площадь Мирового океана занята большим количеством вулканов (32 тыс.), чем поверхность Земли (1, 5 тыс.). Большинство из них находится на территории Тихого океана из — за расположения в нем Тихоокеанского Огненного кольца с наиболее активными вулканами, участками землетрясений и другими стихийными бедствиями.

 

В Океании возле островов Тонга, Самоа и Фиджи находится вулкан Западная Мата с сильными извержениями в связи с расположением в области с Огненным кольцом. У подводных вулканов извергается в десять раз больше лавовой массы, чем у расположенных на суше. Но по истечении времени она расходится в результате субдукции и спрединга, то есть вследствие образования молодой океанической коры в области хребтов и удаления коры в мантии. Это означает участие вулканов в формировании коры океана.

 

Вулканизм в океане ведет к изменению подводного рельефа, появлению и исчезновению новых островов. А также к образованию островных дуг, океанических вулканических цепей, хребтов и гребней срединно — океанических хребтов, подводных гор ложа. Благодаря подводным вулканам образуются цунами, землетрясения и другие стихийные явления. Так при извержении подводного вулкана Марсили, находящегося возле Италии, затапливается вся ее южная территория. Так же при вулканизме изменяется биогеоценоз Мирового океана, вследствие чего исчезает морская фауна и флора.

 

Самым высоким подводным вулканом является Мануа — Кеа (Гавайи) с высотой 9852 м, выше Эвереста (8848 м). Одним из самых глубоководных вулканов считается Кавио — Барат с высотой 1855 м, находящегося на глубине 5 — 6 км. К самым большим подводным вулканам относится Таму в Тихом океане с объемом около 2,5 млн. куб. км.

 

 

Вулканизм на Кавказе

 

 

Извержение вулканов на Кавказе случается редко и считается одним из самых опаснейших,     приравниваясь к вулканизму Кордильер и Армянскому нагорью. Им характерно длительное накапливание энергии и опустошение близлежащих местностей радиусом в сотню километров. Центральный Кавказ известен десятками вулканов, производящих многоразовые выбросы на протяжении предыдущих 3 млн. лет. Извержение самого крупного из них Верхнечегемского, имеющего высоту 2500 м и диаметр 16 км, происходило не менее 8 — 9 раз, последний раз – 200 — 500  лет назад, но не привело к катастрофам.

 

 

В нынешнее время на территории Центрального Кавказа находится два «спящих», потенциально опасных стратовулкана – Эльбрус и Казбек, расстояние между ними составляет 183 км. Когда — то они производили периодические взрывные выбросы с выходящей густой лавой.

 

 

Закономерность размещения зон землетрясений и вулканизма

 

 

Зоны землетрясений и вулканизма размещаются в зависимости от расположения их на участках разломов литосферных плит. Эти явления происходят во время движения плит литосферы, что способствует возникновению мощных толчков всей поверхности Земли. Участки вулканических выбросов также расположены на стыке границ. После размещения одной плиты над другой, магматические каналы устремляются в высоту. Очередной толчок вызывает повышение температуры и давления, а также выход магмы к поверхности.

 

 

Различия и сходства землетрясения и вулканизма

 

 

Эти явления часто следуют одно за другим. Подтверждением является вулканическое землетрясение. Оно происходит рядом с вулканом и предвещает о последующем землетрясении.       Ему свойственна небольшая мощность и продолжительность – длится больше одной недели.

 

 

Землетрясение и вулканизм имеют схожесть:

• Происходят при резком перемещении плит литосферы.

 

• Представляются как стихийные бедствия и ведут к разрушению.

 

• Возникают только в сейсмически активных областях.

Различия их в том, что при землетрясении происходит колебание земной коры. При вулканизме возникает извержение, вытекание лавы или паров газа.

 

 

Последствия вулканизма

 

 

Процесс вулканизма имеет экологические последствия, разделяющиеся на:

1. Социальные – включающие прямой ущерб, имеющий отношение к смерти людей, их физическим и психологическим нарушениям, лишения жилья. Косвенный ущерб заключается в быстром передвижении огромного числа людей, разлада отношений в обществе, изменениях моральной и психологической ситуации, снижении работоспособности и эффективной деятельности.

 

2. Природно — техногенные – заключаются в нанесении большого ущерба площадям в областях природных катастроф. Они заключаются в пожарах на территориях антропогеновой среды, прорывах водохранилищ, разлитии нефтепродуктов, утечке газов и воды, выбросах вредных химических и радиоактивных соединений в атмосферу.

 

 

Вулканическая деятельность также приносит пользу для человечества:

• Обогащает землю при помощи вулканического пепла.

 

• Способствует зарождению залежей полезных ископаемых около вулканических гор.

 

• Продукты вулканических выбросов получили применение в быту (пемза, базальт и обсидиан – при постройке зданий и храмов, сера – при изготовлении спичек, красящих веществ и удобрений.
• На участках с вулканами поднимаются к поверхности горячие источники, которые используются для выработки электроэнергии, жилищного обогрева и теплиц.

 

Вулканические выбросы ведут к уменьшению температуры на поверхности Земли.

 

 

Вулканизм: меры безопасности                                                                                                                                                               

Во время вулканического извержения необходимо соблюдать следующие правила:

 

При проживании вблизи вулкана требуется все время следить за сведениями о его состоянии, иметь подготовленный рюкзак с нужным имуществом и документами.

 

Получив информацию об извержении и их последствиях (паводки, сход селевого потока), следует закрыть свое жилье, собрать вещи и искать укрытие вдали от вулкана до прекращения вулканических выбросов.

 

При нахождении во время извержения принять меры по защите тела и головы от повреждения пеплом и камнями, применяя конструкции из дерева или картона. А также предохранить дыхание с использованием марлевой повязки, респиратора или противогаза.

 

После выброса вулкана следуют наводнения, сходы сели, затопления. По этой причине необходимо избегать реки, а именно возле вулкана, постараться подняться выше, чтобы не попасть под водные или селевые потоки.

 

При выезде из области извержения следует избирать маршрут, обратный направлению ветра для избежания попадания под пепел.

 

 

Вследствие средней скорости передвижения лавового потока – 40 км/ч, существует возможность скрыться при помощи транспорта, при этом направление движения должно быть перпендикулярным потоковому схождению.

 

Требуется надевать больше теплых вещей для предохранения организма от кислоты (SO2), образующейся при реакции с воздухом.

 

После извержения не следует возвращаться в свое жилье, требуется прислушиваться к сведениям служб по ЧС. При возможности стараться проводить несколько дней вдали от области, пострадавшей при вулканизме.

 

Возвратясь в свое жилье, не открывать окна на протяжении долгого времени (2 — 3 недели), необходимого для выветривания пепла из атмосферы. Оказывать защиту дыхательным органам.

 

Решения следует принимать без суеты, чтобы не усугубить положение. Опасности при вулканическом извержении подвергается не только область возле горы, но и жизнь всех живых существ на планете.