Вулканы: характеристика и виды. Трещинные вулканы и их влияние на эволюцию жизни на земле Подводные вулканические извержения

Наиболее типичное представление вулкана это гора в виде конуса с брызжейся лавой и отравляющими газами, извергающимися из кратера на вершине. Но это только один из множества видов вулкана, и характеристики других вулканов могут быть намного более сложными. Структура и поведение вулкана зависит от многих факторов. Многие вершины вулканов сформированы лавовыми конусами, а не кратерами. Таким образом, вулканические материалы (лава, или же вырвавшаяся из под глубин магма, и пепел) и газы (в основном пар и газы магмы) могут вырываться в любом месте на поверхности.

Другие типы вулканов включают в себя криовулканы, могут быть найдены на поверхности спутников Юпитера, Сатурна и Нептуна, грязевые вулканы, которые образуются очень часто без всякой активности магмы в регионе. Температура активных грязевых вулканов намного ниже, чем вулканов, образованных в результате тектонической деятельности, за исключением, когда грязевый вулкан -- это жерловая трещина, образованная обычным вулканом.

Жерловая трещина

Это вид вулкана с плоским разломом на вершине в виде линии, через который и извергается лава.

Рисунок 1. Жерловая трещина

Еще с давних времен люди видели, как из нее иногда вырывались черные облака, огонь и выбрасывались огненные камни.

Древние римляне считали, что этот остров ворота в ад, что здесь живет бога огня и кузнечного дела Вулкан. По имени этого бога эти стали именоваться вулканами.

Извержение вулкана может продолжаться несколько дней и даже месяцев. После сильного извержения вулкан снова приходит в состояние покоя на несколько лет и даже десятилетий. Такие вулканы называются действующими .

Есть вулканы, которые извергались в давно-прошедшие времена. Некоторые из них сохранили форму красивого конуса. О деятельности их у людей не сохранилось никаких сведений. Их называют потухшими, как, например, у нас на Кавказе Эльбрус и Казбек, вершины которых покрыты сверкающими, ослепительно-белыми . В древних вулканических областях встречаются глубоко разрушенные и размытые вулканы. В нашей стране такие области - Крым, Забайкалье и другие места.

Вулканы обычно имеют форму конуса со склонами, более пологими у подошв и более крутыми у вершин.

Если подняться на вершину действующего вулкана во время его спокойного состояния, то можно увидеть кратер - глубокую впадину с обрывистыми стенками, похожую на гигантскую чашу. Дно кратера покрыто обломками крупных и мелких камней, а из трещин на дне и стенах кратера поднимаются струи газа и пара. Иногда они спокойно выходят из-под камней и из щелей, иногда вырываются бурно, с шипением и свистом. Кратер наполняют удушливые ; поднимаясь вверх, они образуют облачко на вершине вулкана. Месяцы и годы вулкан может спокойно куриться, пока не произойдет извержение. Этому событию часто предшествует ; слышится подземный гул, усиливается выделение паров и газов, сгущаются облака над вершиной вулкана.

Потом под давлением газов, вырывающихся из недр земли, дно кратера взрывается. На тысячи метров выбрасываются густые черные тучи газов и паров воды, смешанных с пеплом, погружая во мрак окрестность. Со взрывом и грохотом из кратера летят куски раскаленных докрасна камней, образуя гигантские снопы искр. Из черных, густых туч на землю сыплется пепел, иногда выпадают ливневые дожди, образуя потоки грязи, скатывающиеся по склонам и заливающие окрестности. Блеск молний непрерывно прорезывает мрак. Вулкан грохочет и дрожит, по жерлу его поднимается расплавленная огненно-жидкая лава. Она бурлит, переливается через край кратера и устремляется огненным потоком по склонам вулкана, все сжигая и уничтожая на своем пути.

При некоторых вулканических извержениях лава не изливается. Извержения вулканов происходят также на дне морей и океанов. Об этом узнают мореплаватели, когда внезапно видят столб пара над водой или плавающую на поверхности «каменную пену» - пемзу. Иногда суда наталкиваются на неожиданно появившиеся мели, образованные новыми вулканами на дне . Со временем эти мели - изверженные массы - размываются морскими волнами и бесследно исчезают.

Некоторые подводные вулканы образуют конусы, выступающие над поверхностью воды в виде островов.

Очень давно люди не могли объяснять причины извержения вулканов. Это явление природы повергало человека в ужас. Однако древние греки и римляне, а в последствии и арабы сделали вывод, что в недрах Земли находится большое море подземного огня. Волнения этого моря и вызывают извержения вулканов на поверхности Земли.

В конце прошлого века от геологии отделилась особая наука - вулканология . Теперь вблизи некоторых действующих вулканов организуют вулканологические станции - обсерватории , где ученые ведут постоянные наблюдения за вулканами. У нас такая вулканологическая станция устроена на Камчатке в селении Ключи. Когда какой-нибудь из вулканов начинает действовать, вулканологи немедленно выезжают к вулкану и ведут наблюдения за извержением.

Изучая вулканическую лаву, можно понять, как превращался расплавленный материал в твердую горную породу.

Вулканологи исследуют также потухшие и разрушенные древние вулканы. Накопление таких наблюдений и знаний очень важно для геологии.

Древние разрушенные вулканы, действовавшие десятки миллионов лет назад и почти сравнявшиеся с поверхностью Земли, помогают ученым распознать, каким образом расплавленные массы, находящиеся в недрах Земли, проникают в твердую земную кору и что получается от соприкосновения (контакта) их с горными.породами. Обычно в местах контакта благодаря химическим процессам образуются руды полезных ископаемых - месторождения железа, цинка и других металлов.

Струи пара в кратерах вулканов, которые называются фумаролами , выносят с собой некоторые вещества в растворенном состоянии. По трещинам кратера и около пего, вокруг таких фумарол отлагаются сера, нашатырь, борная кислота, которые используются в промышленности.

Вулканический пепел и лава содержат много соединений элемента калия и превращаются в очень плодородные почвы. На таких почвах разводят сады или используют земли для полеводства. Поэтому, хотя в окрестностях вулканов жить небезопасно, там почти всегда вырастают селения или города.

Отчего же происходят извержения вулканов и откуда берется такая огромная энергия внутри земного шара?

Открытие явления радиоактивности у некоторых химических элементов, особенно урана и тория, заставляет думать, что внутри Земли накапливается тепло от распада радиоактивных элементов. Изучение атомной энергии еще больше подтверждает этот взгляд.

Накопление тепла в Земле на большой глубине раскаляет вещество. Земли. Температура поднимается так высоко, что это вещество должно было бы расплавиться, но под давлением верхних слоев земной коры оно удерживается в твердом состоянии. В тех местах, где давление верхних слоев ослабевает вследствие движения земной коры и образовавшихся трещин, раскаленные массы переходят из твердого состояния в жидкое.

Масса расплавленной каменной породы, насыщенная газами, образующаяся глубоко в недрах Земли, называется . Под сильным давлением выделяющихся газов , расплавляя окружающие породы, прокладывает себе путь и образует жерло, или канал, вулкана.

Освобождающиеся газы взрывами расчищают путь по жерлу, разламывают твердые горные породы и выбрасывают куски их на большую высоту. Это явление всегда предшествует излиянию лавы и всегда сопровождается землетрясениями в окрестностях вулкана.

Как растворенный в шипучем напитке при раскупоривании бутылки стремится выделиться, образуя пену, так и в жерле вулкана пенящаяся магма стремительно выбрасывается освобождающимися из нее газами, распыляя и разрывая на куски раскаленную массу.

Потеряв значительное количество газа, магма выливается из кратера и уже как лава течет по склонам вулкана.

Если магма в земной коре не находит выхода на поверхность, то она затвердевает в виде жил в трещинах земной коры. Бывает, что расплавленная магма застывает под землей на большом участке и образует огромное однородное тело, расширяющееся вглубь. Размеры его могут достигать сотен километров в поперечнике. Такие тела застывшей , внедренные в земную кору, называются батолитами .

Иногда магма внедряется по трещине, поднимает куполом слои земли и застывает в форме, похожей на каравай хлеба. Такое образование называют лакколитом .

Лава бывает разная по содержанию и может быть жидкой или густой. Если лава жидкая, то она достаточно быстро растекается, образуя на своем пути лаваиады . Газы, которые вырываются из кратера, выбрасывают раскаленные фонтаны лавы, брызги которой застывают в каменные капли - лавовые слезы . Густая лава течет достаточно медленно, ломается на глыбы, которые нагромождаются друг на друга. Если сгустки такой лавы вращаются при взлете, то они принимают форму веретена или шара. Такие застывшие куски лавы разной величины называются вулканическими бомбами. Если лава, переполненная газами, застынет, то образуется каменная пена - пемза . Пемза очень легкая и плавает на воде, а во время подводных извержений всплывает на морскую поверхность. Выброшенные при извержении обломки лавы размером с горошину или лесной орех называются лапилли . Есть еще более мелкий изверженный материал - вулканический пепел . Он падает на вулканические склоны и относится на очень большие расстояния, постепенно превращается в туф . Туф очень легкий, пористый материал, он хорошо пилится. Он бывает различных цветов.

На земном шаре в настоящее время известно несколько десятков действующих вулканов. Большая часть их расположена по берегам Тихого океана, в том числе и наши вулканы на Камчатке.

Классификация вулканов и извержений

Слово «вулкан» происходит от названия острова Вулкане (по имени древнеримского бога огня) в Средиземном море, образовавшегося из застывшей магмы. Наука, изучающая вулканы, носит название «вулканология».

Вулканы - это геологические образования над трещинами в земной коре, извергающие на поверхность лаву, вулканические газы, водяные пары, пепел, рыхлые породы, камни (так называемые вулканические бомбы) и пирокластические потоки. Лава составляет сравнительно небольшую часть общих выбросов. Большая часть вулканов представляет собой гору, внутри которой находится разлом поверхности. Как известно, внешнее ядро Земли состоит из жидкой массы чрезвычайно высоких температур - расплавленных базальтов и металлов.

Среди вулканологов существует особая классификация вулканов: по форме, степени активности, местонахождению и т. д. В зависимости от степени вулканической активности вулканы подразделяют на действующие, спящие и потухшие. Действующим принято считать вулкан, извергавшийся в исторический период времени или в эпоху голоцена антропогенового периода кайнозойской эры. Понятие активный достаточно неточное, так как вулканы, имеющие фумаролы (шипящие трещины, извергающие газ), некоторые ученые относят к активным, а некоторые - к потухшим. Спящими считаются недействующие вулканы, на которых возможны извержения, а потухшими - на которых они маловероятны.

Период активности вулкана может продолжаться от нескольких месяцев до нескольких миллионов лет. Многие вулканы проявляли вулканическую активность несколько десятков тысяч лет назад, но в настоящее время не считаются действующими. Общее количество действующих на Земле вулканов - 1343, причем многие из них подводные, а их активность приводит к образованию островов из застывшей лавы. Так, в 1963 г. в результате извержения подводного вулкана у юга Исландии возник остров Суртсей. В феврале 1971 г. в Тихом океане около острова Новые Гебриды произошло извержение подводного вулкана Каруа. Во время взрыва облако из дыма и пепла поднималось на высоту 1 км. По нескольку раз в минуту из воды вылетали крупные обломки горных пород. Примерно через сутки после начала извержения над поверхностью океана появился остров из пепла, достигавший высоты 1 м над приливным уровнем, длиной почти 200 м и шириной около 70 м. Поверхность этого вновь образованного острова была усеяна скальными обломками. Подводный вулкан Каруа за последние 150 лет извергался в третий раз и третий раз образовывал остров. Но пепел быстро размывается водой, и поэтому остров существует не более полугода.

Обычное место расположения вулканов - это разлом или соединение литосферных плит, т. к. здесь идет постоянное движение горячих пород, которые периодически выбрасываются на поверхность. Основные районы вулканической активности следующие: Южная и Центральная Америка, Ява, Меланезия, Японские и Курильские острова, Камчатка, Северо-Западная часть США, Аляска, Гавайские и Алеутские острова, Исландия, Атлантический океан. Больше всего действующих вулканов находится в Индонезии, где 77 из 200 огнедышащих гор извергались в исторически обозримые времена. Сам вулкан, а вернее, гора, в виде которой практически все его представляют, образуется из-за наслоений магмы и лавы, которые, охлаждаясь на воздухе, застывают.

Вулканическая активность - это наглядное проявление продолжающихся тектонических изменений нашей планеты. Теория «дрейфа континентов» позволяет предположить, что земная кора состоит из отдельных блоков - литосферных плит, которые медленно движутся в разных направлениях. Между земной корой и мантией находится достаточно тонкая (до 10 км) прослойка, называемая астеносферой. В ней породы находятся в частично расплавленном состоянии, поэтому астеносфера служит «смазкой», по которой движутся литосферные плиты. При движении плит происходит их столкновение (субдукция) и разрастание (спрединг). В результате движения плит в зонах субдукции и спрединга возникают землетрясения и повышается вулканическая активность.

Вулканы образуются над отверстиями и трещинами в земной коре и часто встречаются в местах столкновения двух тектонических плит как на суше, так и в море. Во время извержения магма подталкивается к земной поверхности в результате вдвигания тектонической плиты в так называемую магматическую камеру. Повышение давления выталкивает магму на поверхность.

По происхождению вулканы подразделяются на линейные и центральные. Линейные вулканы, или вулканы трещинного типа, обладают протяженными подводящими каналами, связанными с глубоким расколом коры. Как правило, из таких трещин изливается базальтовая жидкая магма, которая, растекаясь в стороны, образует крупные лавовые покровы. Вдоль трещин возникают пологие валы разбрызгивания, широкие плоские конусы, лавовые поля. Если магма имеет более кислый состав, образуются линейные экструзивные валы и массивы. Когда происходят взрывные извержения, то могут возникать эксплозивные рвы протяженностью в десятки километров.

Формы вулканов центрального типа зависят от состава и вязкости магмы. Горячие и легкоподвижные базальтовые магмы создают обширные и плоские щитовые вулканы (например, Мауна-Лоа, Гавайские острова). Наиболее известный тип вулканов - конусный. При этом жидкая обжигающая магма вытекает из жерла и, застывая, формирует коническую форму с кратером на вершине. При следующем извержении новый слой пепла и лавы ложится поверх старого, и вулкан растет в высоту, напоминая дымящуюся гору. Если вулкан периодически извергает лаву или пирокластический материал, возникает конусовидная слоистая постройка, или 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 подобными образованиями, либо могут быть смешанными - стратовулканами.

Различают моногенные и полигенные вулканы. Первые возникли в результате однократного извержения, вторые - после многократных извержений. Вязкая, кислая по составу, низкотемпературная магма, выдавливаясь из жерла, образует экструзивные купола (игла Мон-Пеле, 1902 г.).

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 прогибанием под воздействием веса извергнувшегося вулканического материала и дефицитом давления на глубине, возникшим при разгрузке магматического очага. Такие структуры называются вулканотектоническими впадинами, депрессиями. Вулканотектонические впадины распространены очень широко и часто сопровождают образование мощных толщ игнимбритов - вулканических пород кислого состава, имеющих различный генезис. Они бывают лавовыми или образованными спекшимися или сваренными туфами. Для них характерны линзовидные обособления вулканического стекла, пемзы, лавы, называемых фьямме, и туфовая или туфовидная структура основной массы. Как правило, крупные объемы игнимбритов связаны с неглубоко залегающими магматическими очагами, сформировавшимися за счет плавления и замещения вмещающих пород.

Извержения вулканов относятся к геологическим чрезвычайным ситуациям, которые могут привести к стихийным бедствиям. Еще совсем недавно «пробуждение огненного дракона» в недрах планеты казалось людям проявлением могущества сверхъестественных сил и гнева богов. Процесс извержения может длиться от нескольких часов до многих лет. Среди различных классификаций выделяются общие типы:

Гавайский тип - выбросы жидкой базальтовой лавы, часто образуются лавовые озера. Лавовые потоки небольшой мощности растекаются на десятки километров;

Стромболианский тип - извержение более вязкой основной лавы, которая выбрасывается разными по силе взрывами из жерла, образуя сравнительно короткие и более мощные лавовые потоки;

Плинианский тип - мощные, нередко внезапные взрывы, сопровождающиеся выбросами огромного количества тефры, образующей пемзовые и пепловые потоки. Плинианские извержения опасны, так как происходят внезапно, часто без предварительных предвещающих событий;

Пелейский тип - характеризуется образованием грандиозных раскаленных лавин или палящих туч, а также ростом экструзивных куполов чрезвычайно вязкой лавы;

Газовый (фреатический) тип - выбросы в воздух обломков твердых, древних пород, обусловлен либо магматическими газами, либо связан с перегретыми грунтовыми водами;

Подледный тип - извержения, происходящие подо льдом или ледником, могут вызвать опасные наводнения, лахары и шаровую лаву;

Гидроэксплозивный тип - извержения, происходящие в мелководных условиях океанов и морей, отличаются образованием большого количества пара, возникающего при контакте раскаленной магмы и морской воды;

Извержения пепловых потоков, широко распространенные в недалеком геологическом прошлом, но не наблюдавшиеся человеком. В какой-то мере данные извержения должны напоминать палящие тучи или раскаленные лавины.

«Гора, извергающая адский пламень, несущая смерть и опустошение. Вулкан-убийца, вулкан-разрушитель…» - именно так принято называть проснувшиеся вулканы. Однако, вулканологи считают, что «огненные драконы» больше создают, нежели разрушают. Вулкан, по крайней мере, в момент своего зарождения, не гора, а, скорее, дыра. Отверстие в земной коре, через которое вырывается раскаленная магма. Застывая, она вместе с другими продуктами извержения - пеплом, обломками горных пород - образует конусообразные горы. Таким образом, вулканы строят сами себя, а также играют роль поставщика материалов, из которых создавалась и продолжает создаваться земная кора. Согласно подсчетам, общее количество действующих вулканов на Земле извергает ежегодно от 3 до 6 млрд, тонн вещества - приблизительно тысячу пирамид Хеопса. Во время извержений происходит обогащение почвы различными химическими элементами: калием, натрием, магнием, железом, алюминием. Она также обогащается и укрепляется упавшими на нее пеплом и песком. Конечно, нужны сотни и тысячи лет, чтобы все эти вещества под действием дождей, ветров, микроорганизмов были усвоены почвой, но результат получается замечательный.

Одной из нерешенных 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 твердом состоянии. Более того, тепловой энергии должно быть достаточно для плавления огромных объемов твердого материала. Например, в США в бассейне реки Колумбия (штаты Вашингтон и Орегон) объем базальтов более 820 тыс. куб. км; 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 еще одна точка зрения, согласно которой верхняя мантия в условиях высоких давлений находится в твердом состоянии, а когда вследствие трещинообразования давление падает, она плавится, и по трещинам происходит излияние жидкой лавы.

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 фумаролы, термы и гейзеры. В фумаролах - местах выхода горячих вулканических газов - вулкана Катиаи на Аляске (США) в 1912 г. была зарегистрирована рекордно высокая температура 6450 °C.

Ученые всего мира пристально следят за вулканами, отмечая даже мельчайшие проявления активности «огненного дракона». Это необходимо для того, чтобы своевременно подготовиться к извержению, исключив всевозможные неожиданности, приводящие к гибели людей или другим чрезвычайным происшествиям. Однако во время периода «спокойствия» вулкана его можно вполне свободно исследовать. Внутрь кратера часто спускаются скалолазы и исследователи, чтобы подробнее изучить это явление.

Наибольшую пользу от активности вулканов, расположенных на территории одной страны, сумели извлечь специалисты Исландии. Тепло огнедышащих гор используется здесь для обогрева оранжерей и даже жилых помещений. Вулканическому пеплу также нашли достойное применение - он является ценным удобрением для повышения урожая овощей и южных плодов.