Извержение вулкана - зрелище, поражающее воображение. Это и делает вулкан интересным объектом изучения. Что такое вулкан? Вулкан - это геологическое образование на поверхности земли, через которое наружу выходит раскаленная магма. Магма, вышедшая на поверхность, образует лаву, камни, вулканические газы. Сам вулкан обычно выглядит как гора, внутри которой есть разлом земной коры. Сейчас вулканы по-прежнему продолжают образовываться, но намного реже, чем прежде.
Из чего состоит вулкан?
Вулкан состоит из двух основных частей - жерла и кратера. Жерлом вулкана называют горловину, по которой магма выходит на поверхность. Впадина на вершине горы, к которой ведет жерло, называется кратером.
Что такое извержение вулкана?
Вулканы появляются в нестабильных, сейсмически активных местах планеты, там, где происходит движение подземных плит и в земной коре образуются разломы. Жидкая, раскаленная, расплавленная смесь пород (магма) из глубин нашей планеты накапливается внутри и постепенно выдавливается наружу. Магма выходит под большим давлением и рано или поздно прорывается через жерло вулкана. При извержении вулкана выходит огромное количество пепла и дыма в воздух, летят комья лавы и камней, часто извержение сопровождается землетрясением.
Виды вулканов
Не все вулканы извергаются одинаково интенсивно. В зависимости от их активности они могут быть действующими, дремлющими и спящими. Действующими считаются те вулканы, извержение которых возможно в обозримом будущем, потухшими - те, извержение которых маловероятно, спящие же уже не способны извергаться. Также в науке существует множество типов извержения вулканов по признаку распространения лавы, дыма и пепла.
Среди разнообразных явлений природы вулканическая деятельность привлекала особое внимание человека.
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.
Строение вулкана. 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.
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 0 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.
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 (SiO 2). 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.
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).
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»).
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.
Идеальный вершинный конус имеют вулканы Тятя (Рисунок 1) в Курильской островной гряде, а так же Ключевская сопка, Вилючик, Кроноцкий и некоторые другие – на Камчатке. Такие постройки называются вулканами центрального типа.
Случается, что вулканический конус при последующих извержениях частично или полностью взрывается, уничтожается, остается лишь внешняя кромка его. При последующих извержениях на том же месте образуется новый конус. Это уже будет двойной вулкан, или конус в конусе. Называются такие типы вулканов «Сомма–Везувий».
Рисунок 1 – вулкан Тятя
Вулканические продукты (в основном лавы), поступающие на поверхность из центрального канала, небольшой вязкости, поэтому обладают большой подвижностью и покрывают огромные площади. При застывании лавы образуют плоские пластоообразные тела. Но извержение повторяется многократно и, в конечном счете, получается мощный щит, или щитовой вулкан. Для него характерны весьма пологие склоны, не превышающие 10 – 12, а у подножия и того меньше – всего несколько градусов.
В качестве наглядного примера приводятся вулканы Гавайских островов, в частности вулкан Мауна – Лоа (Рисунок 2). Это самый крупный вулкан нашей планеты. Высота только его надводной части 4170 м, а общая высота вулкана превышает 9000м. Щитовые вулканы значительно распространены также в Исландии, хотя там не столь велики.
Выделяется еще один тип вулканических построек – плато. Образуются они, как и некоторые вулканы, в результате трещинных излияний и нередко занимают огромные площади. Наиболее известны базальтовые плато. Они широко распространены в Сибири. В Индии известно знаменитое плато Декана площадью около 650 тыс. км, а в США – плато Колумбии, занимающее площадь свыше 500 тыс. км. Имеются базальтовые плато в Исландии и во многих других местах. Но не всегда плато построены базальтами. Некоторые из них сложены крайне кислыми породами – риолитами (предельно кислая разновидность известково–натриевых пород). Риолитовые плато известны в Новой Зеландии, Индонезии, США и в других местах.
В образовании вулканов играет важную, иногда главенствующую роль лавовый поток. Изливаются лавы из главного или побочного кратера и следуют вниз по склону. В зависимости от рельефа местности и температуры расплава они продолжают движение за пределами подножий вулканов. Как показывают наблюдения вулканологов Камчатки, андезитобазальтовые лавы, изливающиеся из побочных кратеров Ключевского вулкана, имеют
Рисунок 2 – Вулкан Мауна–Лоа
температуру
1100–1200. Поверхность потока быстро
остывает, а нижние части его остаются
горячими в течение 2 – 3 лет.
Потоки бывают разными. Различают потоки гавайской глыбовой лавы, поверхность которой состоит из полуспекшихся обломков и мелких глыб; последние имеют неровный излом и морщинистые ограничения. Тип санторинской глыбовой лавы несколько иной. Поверхность ее образована из свободного навала крупных глыб с ровной и гладкой поверхностью. В отдельных случаях базальтовые потоки имеют ровную, словно речная гладь, поверхность и передвигаются с огромной скоростью – 15 – 20 км/ ч.
В поперечном разрезе лавового потока различаются три слоя: верхний слой – глыбовый; при движении потока эти глыбы сваливаются по направлению движения, образуя его основание; середина потока монолитная.
При извержении вулканов нередко образуются грязевые потоки, не имеющие никакого отношения к лавовым потокам. Возникают они в результате того, что на большую площадь, покрытую снегом, выпадает раскаленный мелкодробленый вулканический материал. Происходит бурное таяние снега, и образуются мощные грязевые потоки (их еще называют лахарами).
Вулкан - огнедышащая гора. Обычно вулканы имеют форму правильного конуса с пологими склонами в нижней части и крутыми стенами у вершины. На вершине вулкана находится большое углубление с отвесными стенками - это кратер.Раскаленное вещество, скрытое от нас твердой земной корой, на границах плит способно подниматься высоко к поверхности и становиться жидким, превращаться в магму. Ее температура так высока, что порода расплавляется и открывает магме путь к поверхности. В виде горячей густой пены магма поднимается все выше, пока не начинает переливаться через край кратера.
Постепенно водяной пар и газы выходят из магмы, она становится более плотной и вяз-
Схема строения вулкана
кой, и тогда ее называют лавой. Лава - это расплавленные камни. Температура лавы около 1000°С. Вулкан правильной формы образуется из застывших лавовых потоков. Скорость течения лавы зависит от ее густоты и условий извержения. Иногда она течет медленно, так что человек может уйти от потока пешком, иногда лавовый поток несется со скоростью более 100 км/ч.
Если вулкан раз в несколько лет или чаще извергается, его называют действующим. Много действующих вулканов находится на полуострове Камчатка. Некоторые вулканы действовали в далеком прошлом, и очень давно из йих не изливалась лава. Это потухшие вулканы. Они есть в Крыму, Забайкалье и других районах.
Некоторые вулканы находятся в океане, а не на суше. Многие острова образовались исключительно благодаря вулканической деятельности. Вулканы и зоны землетрясений располагаются в определенных частях планеты, то есть вдоль границ литосферных плит - там, где происходят наиболее бурные процессы в земной коре.
Высокая температура вулканов служит причиной образования в вулканических районах горячих источников и гейзеров - горячих фонтанов - природного происхождения. Вре- 
Схема строения гейзера 26
мя от времени гейзер выбрасывает в воздух струю горячей воды и пара. Температура водяного пара достигает иногда 250 °С.В некоторых гейзерах вода едва двигается. Рекордное расстояние, на которое гейзер выбрасывает горячую воду - более 80 метров.
Гейзеры образуются везде, где раскаленная магма подходит достаточно близко к поверхности. Кроме Камчатки, всемирной известностью пользуются гейзеры Исландии. Там запасов горячей воды хватает, чтобы отопить столицу этой страны - город Рейкьявик. Гейзеры обнаружены в Новой Зеландии, Америке, Японии и Китае.
Извержение вулкана - явление, наглядно иллюстрирующее силу природы и человеческую беспомощность. Вулканы могут быть одновременно величественными, смертоносными, загадочными и вместе с тем очень живописными и даже полезными. Сегодня мы с вами детально разберем образование и строение вулкана, а также познакомимся с множеством других занимательных фактов по этой теме.
Что такое вулкан?
Вулкан - геологическое образование, которое возникает на месте разлома земной коры и извергает ряд продуктов: лаву, пепел, горючие газы, обломки горной породы. Когда наша планета только начинала свое существование, она практически полностью была устелена вулканами. Сейчас на Земле есть несколько районов, в которых сосредоточено основное количество вулканов. Все они располагаются вдоль тектонически активных областей и крупных разломов.
Магма и плиты
Из чего состоит та самая горючая жидкость, которая извергается из вулкана? Она представляет смесь расплавленной породы, со сгустками более тугоплавких пород и газовыми пузырьками. Чтобы понять, откуда происходит лава, нужно вспомнить строение земной коры. Вулканы нужно рассматривать как последнее звено большой системы.
Итак, Земля состоит из множества различных слоев, которые сгруппированы в три так называемых мега-слоя: ядро, мантия, кора. Люди обитают на наружной поверхности коры, ее толщина может колебаться от 5 км под океанами до 70 км под сушей. Кажется что это весьма солидная толщина, но если соизмерить ее с габаритами Земли, кора напоминают шкурку на яблоке.
Под внешней корой располагается самый толстый мега-слой - мантия. Она имеет высокую температуру, но практически не плавится и не растекается, ведь давление внутри планеты очень велико. Иногда мантия все же тает, образуя магму, которая пробивает себе путь через кору Земли. В 1960 году ученные создали революционную теорию, согласно которой Землю покрывают тектонические плиты. По этой теории, литосфера - жесткий материал, состоящий из коры и верхнего слоя мантии, делится на семь больших и несколько меньших пластин. Они неспешно дрейфуют по поверхности мантии, «смазанной» астеносферой - мягким слоем. То, что происходит на стыке плит, является основной причиной выброса магмы. В месте, где плиты встречаются, есть несколько вариантов их взаимодействия.
Отдаление плит друг от друга
В месте, где две пластины разошлись в стороны, формируется хребет. Это может произойти как на суше, так и под водой. Образовавшийся промежуток, заполняется отложениями астеносферы. Так как давление здесь невелико, твердая поверхность образуется на том же уровне. Охлаждаясь, поднявшаяся магма застывает и создает кору.
Одна плита заходит под другую
Если при ударе пластин одна из них зашла под другую и погрузилась в мантию, на этом месте образуется огромная впадина. Как правило, такое можно встретить на дне океана. Когда жесткий край плиты заталкивается в мантию, он нагревается и плавится.
Кора сминается
Это происходит в том случае, если при ударе тектонических плит, ни одна из них не находит себе место под другой. В результате такого взаимодействия пластин, образуются горы. Вулканической активности такой процесс не предполагает. Со временем, горный хребет, который образовался на стыке ползущих другу к другу плит, может расти, незаметно для человека.
Образование вулканов
Большинство вулканов образуются в местах, где одна тектоническая плита погрузилась под другую. Когда твердый край плавится в магме, он увеличивается в объеме. Поэтому расплавившаяся порода с огромной силой стремится наверх. Если давление достигает достаточного уровня, или горячая смесь находит трещину в коре, происходит выброс наружу. При этом истекающая магма (а точнее, уже лава), образует конусообразное строение вулканов. Какую вулкан имеет структуру и насколько он интенсивно извергается, зависит от состава магмы и других факторов.
Иногда магма выходит прямо посреди плиты. Чрезмерная активность магмы обусловлена ее перегревом. Вещество мантии постепенно проплавляет колодец, и создает горячую точку под определенной местностью земной поверхности. Время от времени магма прорывает кору и происходит извержение. Сама по себе горячая точка неподвижна, чего не скажешь про тектонические плиты. Поэтому с тысячелетиями, в таких местах образуется «строка умерших вулканов». Подобным образом, были созданы гавайские вулканы, возраст которых, по данным исследователей, достигает 70 миллионов лет. Теперь давайте разберем строение вулкана. Фото нам в этом поможет.
Из чего состоит вулкан?
Как можно увидеть на фото, приведенном выше, схема строения вулкана весьма проста. Основными компонентами вулкана являются: очаг, жерло, и кратер. Очаг - место, где образуется избыток магмы. Вверх раскаленная магма поднимается по жерлу. Таким образом, жерло - это канал объединяющий очаг и поверхность земли. Он образуется застывающей по пути магмой и сужается по мере приближения к поверхности Земли. И, наконец, кратер - это углубление на поверхности вулкана, которое имеют форму чаши. Диаметр кратера может достигать несколько километров. Таким образом, внутреннее строение вулкана несколько сложнее, чем внешнее, однако ничего особенного в нем нет.
Сила извержения
В некоторых вулканах магма сочится настолько медленно, что по ним спокойно можно ходить. Но есть и такие вулканы, извержение которых за считанные минуты разрушает все на своем пути, в радиусе нескольких километров. Тяжесть извержения обуславливается составом магмы и внутренним давлением газов. В магме растворяется весьма внушительное количество газа. Когда давление пород начинает превышать давление паров газа, он расширяется и образует пузырьки, которые называют везикулами. Они пытаются высвободиться наружу, и взрывают породу. После извержения часть пузырьков застывает в магме, в результате чего образуется пористая порода, из которой делают пемзу.
Характер извержения также зависит от вязкости магмы. Как известно, вязкостью называют способность противостоять потоку. Она является противоположностью текучести. Если у магмы высокая вязкость, то пузырькам газа будет сложно из нее выбраться, и они будут толкать вверх большее количество породы, что приведет к сильному извержению. Когда вязкость магмы невелика, газ быстро высвобождается из нее, поэтому лава не выбрасывается с такой силой. Обычно вязкость магмы зависит от содержания в ней кремния. Содержание газа в магме также играет важную роль. Чем оно больше, тем сильнее будет извержение. Количество газа в магме зависит от пород, входящих в ее состав. Строение вулканов не влияет на разрушительную силу извержения.
Основное количество извержений происходит поэтапно. На каждом из этапов своя степень разрушения. Если вязкость магмы и содержание в ней газов невелики, то лава будет не спеша течь по земле с минимальным количеством взрывов. Лавочные потоки могут нанести вред местной природе и инфраструктуре, однако из-за низкой скорости движения они не опасны для людей. В противном случае вулкан интенсивно выбрасывает магму в воздух. Столб извержения состоит обычно из горючего газа, твердого вулканического материала и пепла. При этом лава движется стремительно, уничтожая все на своем пути. А над вулканом образуется облако, диаметр которого может достигать сотни километров. Вот такие последствия могут вызвать вулканы.
Типы, строение кальдер и лавочных куполов
Услышав об извержении вулкана, человек сразу же представляет коническую гору, с вершины которой течет оранжевая лава. Это классическая схема строения вулкана. Но фактически такое понятие, как вулкан, описывает куда более широкий круг геологических явлений. Поэтому в принципе, вулканом можно назвать любое место Земли, где происходит выброс определенных пород из внутренней части планеты наружу.
Строение вулкана, описание которого было приведено выше, является самым распространенным, но не единственным. Бывают также кальдеры и лавочные купола.
Кальдера отличается от кратера огромными размерами (диаметр может достигать нескольких десятков километров). Вулканические кальдеры возникают по двум причинам: взрывные извержения вулканов, обрушение горных пород в полость, освободившуюся от магмы.
Кальдеры обрушения возникают в местах, где произошло массивное извержение лавы, вследствие которого магматический очаг полностью освободился. Оболочка, образовавшаяся над этой пустотой, со временем обрушивается, и возникает огромный кратер, внутри которого вполне вероятно зарождение нового вулкана. Одной из наиболее известных кальдер обрушения является кальдера Крейтер в Орегоне. Она была образована 7700 лет назад. Ее ширина составляет порядка 8 км. Со временем кальдера заполнилась талой и дождевой водой, образовав живописное озеро.
Взрывные кальдеры образуются несколько иным образом. Крупный магматический очаг поднимается на поверхность, он не может просочиться из-за плотной земной коры. Магма сжимается, а когда из-за падения давления в «резервуаре» газы расширяются, происходит огромный взрыв, которые влечет за собой образование крупной полости в Земле.
Что касается лавочных куполов, то они образуются в том случае, если давления недостаточно, чтобы разорвать породы земли. В результате создается выпуклость в верхней части вулкана, которая со временем может нарастать. Вот таким интересным может быть строение вулкана. Картинки некоторых кальдер выглядят, скорее, как оазис, нежели как место, в котором однажды произошло извержение - губительный для всего живого процесс.
Сколько вулканов на Земле?
Строение вулканов нам уже известно, теперь поговорим о том, как обстоит ситуация с вулканами на сегодняшний день. На нашей планете существует более 500 активных вулканов. Где-то столько же считаются спящими. Большое количество вулканов признано умершими. Такое разделение считается весьма субъективным. Критерием для определения активности вулкана является дата последнего извержения. Принято считать, что если последнее извержение произошло в исторический период (время, когда люди ведут запись событий), то вулкан активный. Если это случилось за пределами исторического периода, но ранее 10000 лет тому назад, то вулкан считают спящим. Ну и, наконец, вымершими называют те вулканы, которые не извергались последние 10 000 лет.
Из 500 действующих 10 вулканов извергаются ежедневно. Обычно эти извержения недостаточно велики, чтобы поставить под угрозу человеческую жизнь. Однако иногда происходят крупные извержения. За последние два столетия таковых было 19. В них погибло немногим более 1000 человек.
Польза вулканов
В это слабо верится, но столь ужасное явление как вулкан может быть полезным. Вулканические продукты, благодаря своим уникальным свойствам, находит применение во многих областях человеческой деятельности.
Самым древним применением вулканической породы, является строительство. Известный французский собор Клермон-Ферран полностью построен из темной лавы. Базальт, входящий в состав изверженного материала, часто используют в мощении дорог. Мелкие частички лавы применяют в производстве бетона и для фильтрации воды. Пемза служит отличным звукоизолятором. Ее частички входят также в состав канцелярских резинок и некоторых видов зубной пасты.
Вулканы извергают много ценных для промышленности металлов: медь, железо, цинк. Серу, собранную из вулканических продуктов, используют для производства спичек, красителей и удобрений. Горячая вода, получаемая естественным или искусственным путем из гейзеров, на специальных геотермальных станциях дает электроэнергию. В вулканах часто находят алмазы, золото, опал, аметист и топаз.
Проходя через вулканическую породу, вода насыщается серой, углекислым газом и кремнеземом, которые помогают при астме и заболеваниях дыхательных путей. На термальных станциях пациенты не только пьют целебную воду, но и купаются в отдельных источниках, принимают грязевые ванны и проходят курс дополнительного лечения.
Заключение
Сегодня мы обсудили такой увлекательный вопрос, как образование и строение вулканов. Резюмируя выше сказанное, можно сказать, что вулканы возникают из-за передвижения тектонических плит, и представляют собой выбросы магмы, которая, в свою очередь, является расплавленной мантией. Таким образом, рассматривая вулканы, нелишним будет вспомнить строение Земли. Вулканы состоят из очага, жерла и кратера. Они могут приносить как разрушительное действие, так и пользу для разных областей промышленности.
