Катастрофы в природе: вулканы. Гипотезы, факты, причины, последствия

Отметим, впрямую размеры причинённого людям ущерба не связаны с мощностью извержения. Во многом они определяются локальными условиями и близостью к вулканам населённых пунктов, исключая случаи глобального воздействия на среду обитания человека.

Общепринятая оценка силы извержения или его эксплозивности, без учёта индивидуальных особенностей вулкана производится по шкале Volcanic Explosivity Index (VEI). Она предложена в 1982 году американскими учёными К. Ньюхоллом (C.A.Newhall) и С. Селфом (S.Self) позволяя дать общую оценку извержения по воздействию на земную атмосферу.

Показателем силы извержения вулкана, независимо от его объёма и местоположения, в шкале VEI является объём извергнутых продуктов – тефры и высота столба пепла – эруптивной колонны. Отметим, схожий приём часто применяется для сравнения различных природных явлений. К примеру, шкала магнитуд Рихтера также сравнивает все землетрясения по силе без учёта особенностей их очагов – глубины, характера разрыва и др. Это позволяет классифицировать по энергии различные землетрясения.

По вулканической шкале VEI извержения с объёмом выбросов менее десяти тысяч кубометров относятся к нулевому, а с выбросом в атмосферу более тысячи кубокилометров пепла и высотой столба пепла более 25 километров относятся к максимальному – восьмибалльному. В нулевом диапазоне находятся часто происходящие, если не сказать непрерывно с учётом подводного вулканизма, неэксплозивные извержения.

Значение в VIII баллов присваивается супер или мегаизвержением оказывающих разрушительное влияние на атмосферу планеты. Таковых за исторический период было немного, но все они ставили под угрозу существование высокоразвитых организмов. С учётом имеющихся данных повторение VIII бальных извержений нестрого оценивается как одно на пятьдесят тысяч лет. С момента появления предков современных людей – около 150—200 тысяч лет назад их было три, но все они имели знаковое значение для человеческой популяции.

Достаточно часто происходят извержения вулканов с показателем V и VI баллов VEI. Их случалось немало на исторической памяти и почти все они приводили к социальным потрясениям. Так, извержению вулкана Лаки в 1783 году последовал голод и революция во Франции оказавшая огромное влияние на становление современной цивилизации.

По общим характеристикам извержения подразделяются на несколько типов получивших наименования по местам, где они впервые наблюдались.

Вулканический тип назван по итальянскому острову Вулькано. Он также называется плинианским по имени римского учёного Плиния погибшего при извержении Везувия в 79 году. Это извержение характеризуется возникновением сильных и внезапных взрывов следующих после длительного периода покоя. Выбрасывается большое количество пепла, образуются палящие тучи и пирокластические потоки, но лавовые потоки образуются не всегда. Извержение может завершиться обрушением вулканического сооружения и образованием кальдеры.

Гавайский тип получил наименование от извержений характерных для вулканов Килауэа, Кохала, Мауна-Кеа, Мауна-Лоа и Хуалалаи на Гавайских островах. Главная особенность вулканов этого типа это свободное фонтанирование и излияние жидкой базальтовой лавы, а также образование лавовых озёр. Фонтаны лавы способны достигать высоты тысячи и более метров. Лавы изливаются из трещин, отверстий или кратеров. Когда жерло у вулкана одно, то лава растекается радиально, образуя щитовой вулкан с пологими склонами.

Исландский тип извержений подобен гавайскому, но характеризуется излиянием жидкой базальтовой лавы из тектонических трещин. Кратеры наполняются лавой, которая затем растекается многочисленными потоками. Примером может служить извержение 1782 года щитового вулкана Лаки в Исландии.

Пелейский тип получил название по вулкану Монтань-Пеле расположенном на острове Мартиника в Карибском море. Он характеризуется проявлением мощных направленных взрывов после длительного периода покоя. При этом образуются мощные раскалённые лавины и палящие тучи. Лавы обычно очень вязкие и успевают затвердеть до выхода из жерла с образованием одного или нескольких экструзивных куполов и выжиманием над ним обелиска. В 1956 году на Камчатке произошло подобное извержение. Тогда взрывом была уничтожена вершина вулкана Безымянный, произошёл выброс тучи пепла, а по его склонам сошли раскалённые лавины.

Стромболианский тип назван по имени вулканического острова Стромболи в Средиземном море. Это длящееся последние двадцать тысяч лет одно почти непрекращающееся извержение. Оно характеризуется небольшими умеренными взрывами на вершине кратера с интервалом от нескольких минут до часа. Во время которых происходит выброс вулканических бомб, пепла, газов и образование лавовых потоков. Высота эруптивного столба достигает около десяти километров. Известны случаи когда происходило разбрызгивание лавы в радиусе до трехсот метров. Вулкан Стромболи находится в активной фазе более четырёхсот лет, а вулкан Ясур на острове Вануату в Тихом океане уже более двухсот.

При отдельных извержениях стромболианского типа образуются небольшие шлаковые конусы из базальтового или андезитового шлака. При извержении вулкана Парикутин в Мексике за период с 20 февраля 1943 до его окончания 9 марта 1952 образовался конус вулканического шлака, а ближайшие окрестности оказались засыпаны пеплом. Лава покрыла площадь почти в двадцать квадратных километров и уничтожила несколько населенных пунктов.

Гавайский тип извержений преобладает в районах горячих точек, что характерно для действующего вулкана Питон-де-ла-Фурнез на острове Реюньон и в рифтовых зонах. Вулканический и пелейский типы извержения происходят в основном в зонах субдукции. Известны и исключения, например стромболианский тип извержения наблюдался в различных геодинамических условиях.

Процесс образования вулканического сооружения связан с понятием кальдеры. Это обширная циркообразная котловина с крутыми стенками и относительно ровным дном окруженная валом. Кальдеры образуются при мощных взрывных извержениях, при обрушении стенок кратера в процессе эрозии, гравитационном проседании тела вулкана из-за разгрузки магматического очага. Примером может служить кальдера в Лонг-Велли. Её размеры составляет 16х32 километра, а на поверхность поступило примерно шестисот кубокилометров вулканического материала.

По форме вулканические кальдеры схожи с ударными кратерами как на земной поверхности так и других космических телах. Это вносит определённую неопределенность при объяснении характера рельефообразующих процессов на внеземных объектах.

Извергающиеся вулканы могут быть подразделены в зависимости от строения кратеров. Сама форма вулканического образования определяется состоянием лав и их составом. По форме вулканические образования подразделяются на несколько типов.

Купольные вулканы образуются, когда вязкая магма не способна стекать со склонов и образует куполообразную возвышенность. Застывшая лава перекрывает вулканическое жерло перемычкой, которую в какой-то момент выбивает давление скопившихся газов. Такой купол формируется сейчас над кратером вулкана Св. Елены (Сент-Хеленс) на северо-западе США после извержения 1980 года.

Сложные (смешанные, составные) вулканы. При одновременном сочетании действия различных факторов образуются сложные вулканические образования. Это структуры с несколькими вершинами и кратерами. К ним относятся вулканы Хома в Кении, Пакая в Гватемале, Келимуту в Индонезии и другие.

Стратовулканы или слоистые вулканы это периодически извергающие вязкую и быстро застывающую лаву, пирокластические вещества из смеси горячего газа, пепла и раскалённых камней. При таком извержении образуется конструкция вулкана в виде конуса, на склонах которого предыдущие остывшие отложения магмы перекрываются новыми пластами. Они постепенно наращивают высоту и крутизну склонов вулкана. Застывающие выходы лавы из трещин формируют ребристые коридоры.

К стратовулканам относится Везувий и Этна в Италии, а в Японии – Фудзияма. Местоположение большинства стратовулканов связано с областями субдукции располагающимися вдоль границ тектонических плит. Также это континентальный вулканизм, к которому относятся Каскадные горы, Центральные Анды и вулканизм островных дуг Алеутских островов и Японии.

Щитовые вулканы формируются многочисленными выбросами лавы с пониженной вязкостью позволяющей ей растекаться на значительное расстояние. При этом образуется форма напоминающая щит с небольшим возвышением в центре – кратере, пологими склонами изрезанными ущельями и трещинами. Самый крупный действующий вулкан подобного типа на суше это Мауна-Лоа на острове Гавайи. Его основание занимает площадь в 7,5 тысячи квадратных километров. К ним щитовым относятся вулканы в Исландии, где извержения происходит по трещинам. Примером может служить щитовой вулкан Гекла, а крупнейшим щитовым вулканом на планете считается подводный массив Таму диаметром 625 километра и высотой в четыре километра. Он находится в 1600 километрах от берегов Японии в Тихом океане.

Шлаковый конус это относительно небольшое вулканическое образование конической формы с усечённой вершиной. При извержении таких вулканов крупные фрагменты пористых шлаков нагромождаются вокруг кратера слоями в форме конуса, а мелкие фрагменты формируют у подножия покатые склоны. С каждым новым извержением высота вулкана увеличивается. На суше это самый распространённый тип вулканов. В высоту они не превышают несколько сотен метров. К таким вулканам относится Плоский Толбачик в России образовавшийся на древнем щитовом вулкане.

Самый очевидный фактор, различающий вулканические образования, это их местоположение – на суше и под водой на Земле или на иных космических телах. Наземными считаются вулканы находящиеся на суше, вдоль разломов тектонических плит и на островах вулканического происхождения. Подводные вулканы расположены на дне Мирового океана и в отдельных случаях их деятельность приводит к образованию вулканических островов. Таковых в Мировом океане насчитывается более десяти тысяч.

Острова Вест-Мата и Мёдзин в Тихом океане вулканического происхождения. У берегов Японии обнаружены подводные кальдеры в островной дуге Идзу-Бонин (Izu-Bonin), а в восточном Хоккайдо расположена кальдера Кусхаро (Kussharo) размером 23х24 километра. Исландия это древнее вулканическое плато сохраняющее свою вулканическую активность.

Развитие космонавтики вписало в вулканологию новую страницу. Были обнаружены подобные земным вулканические образования на Венере и Марсе. На спутниках планет-гигантов найдены отличающиеся по природе возникновения и составу извергающегося вещества вулканические образования.

Безумная сила – страдают люди, ощущает планета

Везувий зев открыл – дым хлынул клубом – пламя

Широко развилось, как боевое знамя.

Земля волнуется – с шатнувшихся колонн

Кумиры падают! Народ, гонимый страхом,

Под каменным дождем, под воспаленным прахом,

Толпами, стар и млад, бежит из града вон.

Александр Пушкин, 1834 год

Постигшая древний город Акротири на острове Тира почти полторы тысячи лет назад трагедия повторилась при извержении Везувия в 79 году, а затем ещё много раз там, где рядом с вулканами возникали поселения людей. За историческое время количество пострадавших людей от извержений не известно и вряд ли когда-либо будет подсчитано точно. С одной стороны это происходило из-за того что в прошлом не было средств для передачи информации о трагедиях в следующие поколения, а с другой – грандиозные извержения как правило не оставляют живых свидетелей.

Пирокластические потоки и лахары, выбросы пепла и смертельных газов, обвалы и оползни, землетрясения и цунами вот неполный перечень поражающих факторов вулканических извержений. Одни из них действуют локально как, например, изливание лав и сход лавин. Другие, такие как выброс громадного количества пепла, способны оказать влияние на климат планеты на долгие годы отравив почву и водные ресурсы на обширной территории.

Выброшенный в воздух вулканом и затем осевший на землю материал называется тефрой. С течением времени рыхлый слой тефры уплотняется, цементируется и в зависимости от состава лавы образует брекчии, туфобрекчии или туфы. Изучение вулканических отложений – тефрохрология даёт ценный материал для определения времени древнейших извержений и их характера. Подобно древесным кольцам слои тефры маркируют геологические образования, позволяя лучше узнать об изменениях климата Земли.

Извержения стратовулкана и его поражающие факторы

В зависимости от силы извержения угрозу составляют различные его проявления. Первичные это те, которые свойственны только самим вулканам – вулканический пепел и бомбы, лава и пирокластические потоки. К вторичным относятся спровоцированные вулканической деятельностью гравитационные перемещения вещества – лавины, лахары, обвалы и оползни.

Вулканические бомбы. Твёрдые продукты извержения выбрасываются в воздух в виде пепла, небольших обломков и более крупных комков лавы. Попадая в воздух, в жидком или пластическом состоянии комки лавы быстро остывают и, в зависимости от вязкости лавы, образуют различные образования. Их размеры вирируются от миллиметровых образований – лапиллий, до многометровых кусков лавы – вулканических бомб, способных преодолевать расстояния до двадцати километров. Вблизи вулкана выпадают более крупные образования, а с удалением от него всё меньшие по размерам и весу.

Вулканические газы. Особенностью вулканических областей является происходящее как при извержениях так и в спокойные периоды интенсивное выделение различных газов. Выбрасываемые из кратера, трещин, лавовых потоков и пирокластических пород газы на 50—85% состоят из водяного пара, примерно 10% это двуокись углерода, около 5% сернистый газ и в меньшей пропорции другие газы включая некоторое количество соединений азота и хлористого водорода.

Выделяющиеся из магмы газы до и после извержения имеют вид белых струй водяного пара. Когда к ним при извержении примешивается тефра выбросы становятся серыми или черными. Слабое выделение газов и паров, лав и пепла в вулканических районах может продолжаться годами через трещины и отверстия – фумаролы. В свою очередь, лава и пирокластические отложения при взаимодействии с атмосферой и органическими веществами в почве образуют смешанный газовый состав.

Вулканические газы способны достигать верхних слоёв атмосферы и часто становятся причиной кислотных дождей. Вступая в реакцию с атмосферной влагой сернистый газ образует серную кислоту выпадающую в виде кислотных дождей. Их результатом становится повышение кислотности почвы, грунтовых вод и водоёмов на большом удалении от места извержения. В 1996 году при изучении ледяных кернов из Гренландии и Антарктиды установлена высокая концентрация серной кислоты соответствующая времени суперизвержения вулкана Тоба 74 тысячи лет назад.

Рельеф местности может способствовать распространению вулканических газов по земной поверхности. Они способны уничтожить растительность и загрязнить воздух в районе вулкана. Вулканические газы также способны наносить косвенный вред через соединения фтора захваченные вулканическим пеплом. При его выпадении на землю отравляются пастбища и водоёмы.

Вулканическая лава представляет собой раскалённый расплав горных пород, преимущественно силикатного состава, изливающийся на земную поверхность. В зависимости от крутизны склона и химического состава скорость движения потока лавы может достигать нескольких метров в секунду, а её температура составлять 500—1200 градусов по Цельсию.

Состав лав и процентное содержание в них газов определяют их вязкость, темпы остывания и способность фонтанировать, а также скорость и дальность перемещения лавовых потоков. При остывании лавы вне кратера её поверхность покрывается твердой корой из шлаковой массы, под которой происходит движение жидкой лавы до тех пор, пока весь лавовый поток не остынет.

Структура вулканического пепла, распространение пепла при извержении вулкана в Исландии и засыпанные строения пеплом в Японии.

Вулканический пепел образуется при взрывных извержениях. Подступающая к поверхности магма насыщена газами. Если они успевают улетучиться из неё до выхода на поверхность, то лава просто растекается по вулканическому склону. Если дегазация по тем или иным причина не произошла, то при выходе магмы на поверхность газ мгновенно расширяется, возникает взрыв распыляющий лаву на мельчащие частицы – вулканический пепел.

Из-за низкой плотности частиц вулканического пепла он способен подниматься высоко в атмосферу, а затем воздушными потоками переноситься на значительные расстояния. Он не растворяется в воде, а при намокании образует суспензию. Это смесь веществ, где твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частиц в жидком веществе во взвешенном состоянии. После высыхания оно образует подобный бетону материал.

Выбрасываемые в атмосферу газы захватывают с собой пепел, раскалённый водяной пар и формируют эксплозивные колонны. Выбросы пепла сопровождают практически все взрывные вулканические извержения. После наиболее мощных извержений температура на Земле может ощутимо понизится из-за снижения проницаемости атмосферы для солнечных лучей. Объём выброшенный тефры при мегаизвержении вулкана Тоба около 75 тысяч лет назад составил 2,8 тысячи кубокилометров, что привело к понижению температуры на планете на 5—15 градусов Цельсия.