Потоки лавы, текущие от безпрерывно извергающегося уже 25 лет вулкана Килауэа к побережью приводят к появлению новых очагов. В текущее время в лавовом щите поблизости Вайкупанаха то здесь то там образуются новые окна-кратеры, через которые видна раскаленная лава. Фото: USGS Hawaiian Volcano Observatory
Извержение вулкана — практически всегда трагедия. Из относительно недавнешних — свежайши мемуары об разрушительном извержение вулкана на полуострове Кракатау (Индонезия) 1883 года.
Все население острова тогда погибло. Воздушная волна была зарегистрирована низкочувствительными барографами на многих метеостанциях мира, а тротиловый эквивалент того взрыва в атмосфере оценивается в 100–150 мегатонн. Геологические данные позволяют прийти к выводу о существенно более массивных извержениях — по счастью, они все происходили в еще более стародавние времена. Большая часть извержений — существенно наименьшего масштаба, да и они, в силу собственной внезапности, могут представлять опасность.
Исследование устройств, приводящих в движение весь вулканический процесс, позволяет создавать и усовершенствовать способы прогнозирования извержений. Такую работу ведут ученые самых различных государств, и время от времени она приводит к необычным результатам и открытиям, важных и для общей геологии. К принципиальным открытиям ближайшего времени следует отнести обнаруженную относительно не так давно связь извержений с сейсмической активностью.
До недавнешнего времени числилось, что предпосылки землетрясений следует находить в разломах горных пород при относительно низких температурах. В качестве возможного верхнего предела обычно называлась значение в 600 °C. Сомнения появились только около 10 годов назад. Убедиться, что он не напрасны, группа английских ученых из института Ланкастера (Lancaster University) и Английского институтского института (University College London) с смогли в процессе лабораторного опыта, который они обрисовали в собственной недавнешней публикации в журнальчике Nature.
В камерах высочайшего давления создавались условия близкие к тем, что есть в жерле вулкана. Исследователи делали в образчиках разные механические деформации и наблюдали за особенностями прохождения звуковых волн. Так они смогли узреть, что магма, нагретая практически до тыщи градусов и находящаяся фактически в водянистом состоянии, в почти всех отношениях вела себя как жесткое тело. А именно, в ней появлялись динамические разрывы, очень напоминающие те, что образуются в жестких породах.
Навряд ли это открытие будет иметь огромное значение при исследовании сейсмичности вообщем, но для осознания природы вулканических землетрясений его тяжело переоценить. Если в согласовании с принятой моделью значение нагретой магмы сводится к тому, что она разламывает окружающую её твердую породу — новенькая модель должна предугадать разрывы в самой магме. А так как масштаб и временные периоды этих процессов в магме еще меньше, то и волны-предвестники увеличивающейся активности вулканов и приближающихся вулканических землетрясений следует находить в другом спектре.
Маленькие разрывы в жаркой кремниевой лаве могут «запустить» маленькое, проваждающее извержение, землетрясение. Реальный размер эталона на фото всего 4x2,5 мм. Фото: Hugh Tuffen
Плиты, разрывы и вулканы
Существует несколько типов вулканов зависимо от их расположения. В общем же, размещение вулканов на Земле логичнее всего разъясняется теорией тектоники литосферных плит (земная кора состоит из больших блоков — плит, которые находятся в неизменном движении друг относительно друга). При сдвижении плиты сталкиваются, и одна из их погружается под другую — это место именуется зоной субдукции; при раздвижении меж плитами появляется провал — рифтовая зона.
Вулканы образуются в обоих случаях. Пример сдвижения — океаническая плита Тихого океана погружается под континенты и островные дуги, образуя известное «огненное Тихоокеанское кольцо». Большая часть действующих вулканов — около 370 (всего же на Земле действующих вулканов насчитывается, по различным данным, от 500 до 600), происходит конкретно в зоне субдукции: на Камчатке, Японских островах, в Северо- и Американских Кордильерах.
2-ая область распространения вулканов — в местах расхождения плит. В главном такие вулканы можно отыскать в океанах, в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов. Самые известные примеры — вулканы Исландии и Азорских островов в Атлантическом океане. Вобщем, рифтовые зоны могут быть не только лишь в океанах, да и среди континентов. В зонах глубинных разломов в Африке размещены вулканы Килиманджаро и Камерун.
Самыми необычными по происхождению являются вулканы снутри литосферных плит. В неких точках струи магмы подымаются к поверхности и «проплавляют» плиту. Такие вулканы находятся на Канарских и Гавайских островах, полуострове Реюньон и на Галапагосах. Некие исследователи считают, что предпосылкой точечного нагрева части литосферной плиты под такими вулканами по сути являются большие скопления радиоактивных частей. Вобщем, эта догадка пока не подтвердилась.
Вулканы, расположенные в различных частях литосферных плит, отличаются даже типом извержений, «поведением» и составом лавы. Так, для зоны субдукции типично некоторое количество видов вулканов. Плинианский тип известен большей интенсивностью извержения с огромным количеством пепла и время от времени — «палящих туч». Бывало, что после извержения вулкан разрушается. Конкретно к плинианскому типу принадлежал грустно узнаваемый вулкан Кракатау. У вулканов пелейскиого типа лава очень вязкая. Время от времени она затвердевает в виде купола (либо куполов) при выходе из жерла.
Извержения вулканского типа недолговременны, но могут нередко возобновляться в течение недель либо даже месяцев; пепловые выбросы и купола образуются нечасто, а лавовые потоки массивные.
«Точечные» вулканы и те, что размещены в рифтовых зонах, относят к «гавайскому» типу извержений: их лава водянистая базальтовая, а извержения более либо наименее размеренные, без взрывов. Но фонтаны лавы способны достигать километра и даже 2-ух в высоту.
Исследование состава магмы время от времени приводит к внезапным выводам. Так, исследуя гавайские вулканы, Клод Херцберг (Claude Herzberg), доктор Рутгерского института в Нью-Джерси (США) сделал вывод, что геологический материал земной коры — продукт неоднократного использования. Часть коры в районах субдукции плит издавна погрузилась на глубину в сотки и даже тыщи км, но не осталась там навечно, а вновь появилась на поверхности Земли в виде жаркой лавы, извергаемой вулканами Гавайских островов. В качестве подтверждения геолог приводит низкое содержание кальция в магме гавайских вулканов. Обычно же в магме, поступающей из расплавленной мантии, кальция существенно больше. В дальнейшем планируется изучить другие вулканы, также концентрации серы и томных изотопов гафния и свинца в их лаве. Эти изотопы числятся маркерами пород, образующихся в коре до погружения её куска, и их исследование позволит выяснить, употребляется ли материал коры неоднократно.
Опасность и прогнозы
Вулканическую опасность представить несложно: лавовые потоки разрушают строения, покрывают дороги и необъятные участки местности. Внедрение сельскохозяйственных земель на многие годы прекращается: так, на лавовых потоках на увлажненных склонах вулкана Этна земледелие возобновили только через 300 лет после извержения. Немалые неудачи приносит и вулканический пепел: его присутствие в воздухе приводит к массовому падежу скота, скапливаясь на крышах построек, он может вызвать их обрушение. Пепловые потоки, либо «палящие тучи» — смесь раскаленных вулканических газов, расплавленного пепла и камешков — двигаются с большой скоростью, уничтожая на собственном пути всё живое.
Не считая лавы, из жерла вулкана может вытекать так именуемый пепловый поток, либо «палящая туча», состоящая из расплавленного пепла, фрагментов горной породы, пемзы и вулканического газа. Во время извержения вулкана Майон на Филиппинах в 1984 году раскаленные до 500 °C «палящие тучи» двигались по склону со скоростью более 100 км/ч. Фото: C. Newhall/USGS
Вулканические газы вредны и сами по для себя: распространяясь у поверхности земли, они гробят растительность и загрязняют воздух; поднимаясь же в атмосферу, нередко приводят к выпадению кислотных дождиков и даже долговременному изменению климата.
Есть и косвенные следствия вулканических извержения: грязекаменные потоки — сели и цунами, разрушившие много поселений и приведшие к бессчетным жертвам.
Для прогноза извержений составляются карты вулканической угрозы с показом нрава и ареалов распространения товаров прошедших извержений. Ведется также наблюдение за предвестниками извержений. Обычно такими предвестниками считают частоту слабеньких вулканических землетрясений (магнитудой не больше 3); если обычно их количество не превосходит 10 за одни день, то конкретно перед извержением растет до нескольких сотен. Ведутся инструментальные наблюдения за самыми малозначительными деформациями поверхности (точность устройств позволяет выявить наклон в 1 мм на полкилометра). Данные об конфигурациях высоты, расстояния и наклонов употребляются для выявления центра вспучивания, предыдущего извержению, либо прогибания поверхности после него. Перед извержением увеличиваются температуры фумарол — вулканических газов, время от времени меняется их состав и интенсивность выделения.
Но же точно предсказать, когда конкретно начнется извержение, никто не может. Относительно практически неизученная область, связанная с вулканическими извержениями — это акустические сигналы в атмосфере. Как и извержения вулканов, отличающиеся по нраву и интенсивности, волновые возмущения в атмосфере тоже отличаются: по диапазону. Акустические возмущения при извержении подразделяют на несколько классов.
Это аэродинамический шум (20–1000 Гц), появляющийся в итоге аэродинамического воздействия потока; воздушные ударные волны (1–10 Гц), происходящие в кратере во время дегазации магмы при её выходе на дневную поверхность. Инфразвук (0,003–1 Гц) появляется при возникновении пирокластических (пепловых) потоков, а длинноволновые возмущения (0,003 Гц) возникают при формировании эруптивного столба (выбросов при извержении), поднимающегося время от времени на несколько км и даже достигающего тропопаузы.
Для мониторинга эксплозивной (взрывной) активности вулкана важнее 2-ая группа сигналов: импульсные либо воздушные ударные волны, которые появляются при выносе магмы наружу и её дегазации. Акустические исследования стали вероятны при возникновении микробарографов, и на данный момент интенсивно употребляются в исследовании вулканов.
Вулканические землетрясения числятся одним из самых надежных предвестников извержений. Сам процесс извержения также сопровождается сейсмическим явлениями. Вулканические землетрясения разделяются на два вида по природе происхождения — эта систематизация была разработана не так давно избранным академиком Евгением Ильичем Гордеевым в 1998 году.
К первой группе относят вулкано-тектонические землетрясения, происходящие на глубинах 20–25 км и связанные с реализацией напряжений, происходящих от конфигурации напряженно-деформированного состояния среды под вулканическими сооружениями.
2-ая группа — это низкочастотные землетрясения, эксплозивные (другими словами вызванные взрывами в кратере) землетрясения и вулканическое дрожание (тремор). Связаны они с процессами дегазации магмы.
Среды, которые зависимо от событий могут проявлять себя и как вязкие, и как хрупкие, именуются реологическими. Исследования реологических параметров магмы возможно окажется очень перспективным направлением в прогнозировании извержений магмой. А именно, конкретно переход от вязкого течения к хрупкому состоянию определяет, по воззрению неких профессионалов тип извержения.
Распространение микротрещин и разрывов снутри лавового конуса вулкана Калима в Мексике сопровождается сейсмической активностью, регистрируемой самописцами. Фото: Yan Lavallée
В майском номере журнальчика Nature размещен отчет группы германских ученых из 2-ух мюнхенских институтов (Ludwig-Maximilians Universität и Technische Universität München) об полевых исследовательских работах, которые они проводили вместе с сотрудниками из Английского царского института. В лабораторных критериях они наблюдали за переменами упругих параметров образцов лавы из вулканов Калима (Мексика) и Безымянный (Наша родина) при больших температуре и давлении, соответственных давлению и температуре снутри вулкана во время извержения.
При неизменной температуре и увеличивающемся давлении они увидели, что при переходе от вязкого состояния к хрупкому есть и промежная зона, в какой лава обнаруживает и те и другие характеристики. А уровень её сейсмичности два раза изменяется скачкообразно. Совместно с ростом сейсмичности шло образование трещинок, сопровождаемое регистрируемым датчиками треском. Руководители опыта считают, что эти сведения могут быть применены в комплексе для прогноза извержений в районах вулканической угрозы.
Погода над вулканом
Мониторинг вулканической деятельности осуществляется особые вулканологические обсерватории. Самая древняя была базирована в 1841–1845 годах на Везувии в Италии, с 1912 года начала действовать обсерватория на вулкане Килауэа Гавайских островов, и приблизительно в то же время были открыты несколько обсерваторий в Стране восходящего солнца. В текущее время мониторинг вулканов проводится в США (в том числе на вулкане Сент-Хеленс), Индонезии в обсерватории у вулкана Мерапи на полуострове Ява, в Исландии, Рф (Институтом вулканологии и сейсмологии ДВО РАН на Камчатке), Рабауле (Папуа-Новая Гвинея), на островах Гваделупа и Мартиника в Вест-Индии. Есть свои программки мониторинга у Коста-Рики и Колумбии. Арсенал способов, применяемых для оценки вулканической угрозы, всегда расширяется.
Очень разнятся и способы, при помощи которых можно противостоять стихии, если извержение все таки началось. Здесь могут быть и сложные инженерные сооружения, и совершенно обыкновенные методы. К примеру, при извержении вулкана Миякедзима в Стране восходящего солнца в 1985 году удачно применялось остывание фронта лавового потока морской водой. Лавовые потоки принуждают поменять направление, делая искусственные бреши в застывшей лаве на склонах вулканов. В местах выпадения товаров извержения сооружают различные навесы и неопасные укрытия.
Гавайские острова именуют время от времени «заповедником вулканов». В июне этого года здесь началось извержение нового вулкана Вайкупанаха на полуострове Пуна — поглядеть, как рождается вулкан, уже собралось огромное количество исследователей и просто любознательных. Фото: USGS Hawaiian Volcano Observatory
Но даже самые жуткие извержения не стращают любителей покрасоваться величавым зрелищем. Они стараются подобраться к «разогревающемся» вулкану как можно поближе, чтоб восполнить свою коллекцию удачным снимком либо роликом, который не постыдно будет выложить на YouTube. Остается возлагать, что с течением времени осознание природы извержений станет полным и позволит не только лишь предвещать, да и направлять эту грозную силу в необходимое для нас русло.
Светлана Волошина
