Типы вулканических извержений.

Вулканические извержения разнообразны. В одних случаях жидкая магма спокойно переливается через край кратера, в других - с огромной силой вырывается из жерла, в третьих - распыляется газами с образованием туфов и пеплов.

Тип извержений зависит от состава и газонасыщенности магмы. Чем больше в ней оксида кремнезема, тем магма более вязкая, густая и содержит большее количество газов. Именно такая магма и будет взрываться сильнее всего. В зависимости от характера извержений выделяют различные их типы чаще по названиям вулканов, в которых какая-либо из черт его активности выражена ярче всего.

Гавайский тип извержения - это относительно слабые выбросы очень жидкой базальтовой лавы, образующей невысокие фонтаны, большие пузыри и тонкие, обширные покровы лавовых потоков, наслаивающихся один на другой, образуя крупные, но плоские щитовые вулканы. Благодаря тому, что извержения сопровождаются фонтанированием лавы, ее разбрызгиванием, то образуются валы и пологие конусы, образованные хлопьями жидких базальтов. Наиболее характерными типами извержений такого рода обладают вулканы Гавайских островов в Тихом океане - Килауэа, Мауна-Лоа, Мауна-Кеа, Хапемаумау и другие. Извержения обычно происходят из открытых жерл спокойно, изредка сопровождаясь слабыми взрывами.

Извержения покровных базальтов или трещинного типа отличаются очень большими объемами излившихся лав и слабой взрывной деятельностью. Как правило, извержения начинаются из протяженных трещин и объем разлившихся лав может достигать десятков км³, а площадь - сотен км². Характер излияния лав спокойный, сопровождающийся слабым фонтанированием жидкой магмы, от чего над трещиной образуется как бы огненная завеса, как, например, часто бывает в Исландии. По мере развития извержений трещина постепенно закупоривается, излияния идут на убыль и

сосредотачиваются в многочисленных, а потом все более редких отдельных жерлах (рис.

15.6.1).

Рис. 15.6.1. Вулканы трещинного (А) и щитового центрального (Б) типов

Самое знаменитое извержение покровных базальтов произошло в Исландии в 1783 г. из трещины Лаки длиной около 25 км. Базальты покрыли площадь почти в 600 км², а их объем достиг 12 км³. В конце вулканической активности вдоль трещины образовалось более 100 шлаковых конусов, в первые десятки метров высотой. Надо отметить, что при этом извержении выделилось очень много сернистых газов, которые погубили урожай трав и, соответственно, стада крупного рогатого скота. На Исландию обрушился страшный голод.

Стромболианский тип извержения назван по характеру деятельности вулкана Стромболи, расположенного в юго-восточном углу Тирренского моря у побережья Италии. Извержения обладают ритмичностью и в воздух периодически выбрасываются вулканические бомбы и туфы. Высота выбросов редко превышает 100-300 м потому, что газы отделяются от сравнительно жидкой магмы у края жерла. Если магмы много, она изливается в виде лавовых потоков. Извержения стромболианского типа образуют обычно шлаковые конусы.

Извержения Вулканского типа характерны для вязкой магмы, насыщенной газами, что определяет умеренные или мощные взрывы, выбрасывающие высоко вверх обломки лав, иногда еще раскаленных, но быстро остывающих и образующих туфовые, пепловые и глыбовые вулканические конусы. Сам остров Вулькано, где по преданию находится кузница бога огня Гефеста, располагается вблизи побережья юго-западной Италии. Извержения вулканского типа обычно не сопровождаются излияниями лавовых потоков.

Пелейский тип извержений, названный так по вулкану Мон-Пеле на о. Мартиника в Карибском море, сопровождается не только мощными взрывами, наподобие вулканских, но и образованием раскаленных газово-пепловых лавин, с огромной скоростью скатывающихся со склона вулкана. Магма, как правило, вязкая, сравнительно низкой температуры, закупоривающая жерло вулкана. Когда давление газов превышает прочность этой пробки, происходят взрывы вулканского типа и выбросы лавин пелейского типа. Этот тип извержений весьма опасен и хорошо известна катастрофа 1902 г., когда из-за такой лавины погибло свыше 30 000 жителей города Сен-Пьер на Мартинике.

Плинианские извержения названы в честь древнеримского естествоиспытателя Плиния Старшего, погибшего во время извержения Везувия в 79 г.н.э., погубившего Помпеи, Геркуланум и другие города в окрестностях Неаполитанского залива.

Извержение Везувия в 79 г. н.э. началось внезапно и продолжалось 12 часов. Верхняя часть более древнего Везувия, имевшего высоту примерно в 2,5-3 км оказалась разрушенной и от нее сохранилась лишь восточная часть, называемая соммой. Из жерла вулкана половину суток вырывался столб пемзовидных обломков, разносимых ветром к юго-востоку. Наибольшая интенсивность пемзопада пришлась как раз на Помпеи. Город,

в котором жили 40 000 жителей оказался погребенным под мощной, 5-4 м толщей вулканических обломков. Многие жители погибли и теперь мы можем видеть гипсовые слепки человеческих тел, получаемые при заполнении пустот в пемзовой толще гипсом, когда полости обнаруживают при археологических раскопках. Плиний старший, который был адмиралом и командовал галерным флотом, стоявшим у мыса Мизено, на севере Неаполитанского залива, отправился на галере к берегу около Помпеи и ночью умер. Описание извержения мы знаем со слов Плиния Младшего, племянника Плиния Старшего, который остался жив, т.к. не поехал на галере дяди, а остался в Мизено.

Плинианские извержения представляют собой, по существу, очень мощный вулканский тип. Внезапные взрывы и следующий за ними длительный пепло- или пемзопад связан с тем, что к кратеру вулкана поднимается вязкая, насыщенная газами магма. Газовые пузырьки расширяясь, разрывают магму, вспенивая ее, образуя кусочки пемзы и стекловатый пепел, разносящийся ветром на большие расстояния. Выброшенные вверх газово-пепловые облака «растекаются» на высоте нескольких км в разные стороны, напоминая крону средиземноморской сосны-пинии. В результате плинианских извержений привершинная часть вулканического конуса обрушивается и образуется чашевидное углубление - кальдера с крутыми стенками. Этот тип извержения так же представляет большую опасность для населения.

Рис. 15.6.2. Эволюция вулкана Везувий (по Аритману, с изменениями). I – формирование конуса до VIII в. до н. э.: сначала в нем образовался обширный кратер, а потом начал расти новый конус. II – в начале VIII в. до н.э. конус достиг высоты 3 000 м, вулкан стал одноглавым. III – мощные извержения разрушшили конус. На вершине вновь образовался широкий кратер с выровненным дном за счет обвалов пород со стенок. IV – после извержения 24 - 25 августа 79 г. вершинный конус исчез. На его месте образовалась обширная кальдера с более высоким северным краем (современная Монте-Сомма). V - в дальнейшшем в южной части кальдеры сформировался новый конус (современный Везувий) с небольшим кратером на вершине

Газовые извержения относятся к особому типу, когда магма практически отсутствует и в обломках, выбрасываемых при взрывах, присутствуют лишь горные породы того фундамента через которое проходит взрывное жерло. Если магма подходит близко к поверхности Земли, в отдельных местах она может соприкасаться с водой, которая, превращаясь в пар, вырывается со взрывом наверх. При этом образуются воронки, диаметром в десятки и сотни метров, называемые в Германии маарами. После взрыва, они обычно заполняются водой и превращаются в озера (рис. 15.6.2).

Рис. 15.6.2. Образование маара: 1 –вода, 2 –магма, 3 –взрыввскипевшей воды, образование воронки и раздробление пород, 4 –воронка, 5 –коренныепороды

Иногда трубки взрыва заполнены туфами или туфобрекчией. Тогда они называются диастремами.Их сечение изменяется с глубиной,но,как правило,становится уже.

Поствулканические явления.

После извержений, когда активность вулкана либо прекращается навсегда, либо он только «дремлет» в течение тысяч лет, на самом вулкане и в его окрестностях сохраняются процессы, связанные с остыванием магматического очага и называемые

поствулканическими.

Выходы вулканических газов на поверхность называются фумаролами (от лат. «фумо»-дым). Очень часто фумаролы приурочены к радиальным и кольцевым трещинам на вулканах. Фумарольные газы связаны как с первичными эманациями из магматического расплава, так и с нагреванием грунтовых вод и превращением их в пар. Фумаролы подразделяются на сухие высокотемпературные, кислые, щелочно-нашатырные, сернистые, или сероводородные ( сольфатары, итал. «сульфур» - сера), углекислые ( мофеты, от итал. «мофетта»- место зловонных испарений). Знаменитые фумаролы вулкана Сольфатара около Неаполя действуют уже тысячи лет без изменения. Мофеты, располагающиеся в котловинах, опасны для жизни, так как, газ СО₂ будучи тяжелее воздуха, скапливается в их придонной части, что служит причиной гибели людей и животных.

Горячие источники, или термы, широко распространены в областях современного

и новейшего (плиоцен-четвертичного) вулканизма. Однако не все термы связаны с вулканами, так как с глубиной температура увеличивается и в районах с повышенным геотермическим градиентом циркулирующая атмосферная вода нагревается до высоких температур. Горячие источники вулканических областей, например в Йеллоустонском парке США, в Италии, Новой Зеландии, на Камчатке, на Кавказе, обладают изменчивым составом воды и разной температурой, поскольку грунтовые воды смешиваются в разной пропорции с вулканическими газами и по-разному реагируют с вмещающими породами, через которые они просачиваются на глубину. Воды бывают натриево-хлоридными, кислыми сульфатно - .хлоридными, кислыми сульфатными, натриево- и кальциево-бикарбонатными и др. Нередко в термальных водах содержится много радиоактивных веществ, в частности радона. Горячие воды изменяют окружающие породы, откладывая в них окислы и сульфиды железа и изменяя их до глины, превращающейся в кипящую грязь, как, например, в районе Паужетки на Камчатке, где известны многочисленные

булькающие “котлы” с красноватой грязью температурой около +100^ОС (рис. 15.7.1, 15.7.2, 15.7.3). Часто вокруг источников накапливаются отложения кремниевой накипи - травертина, а если воды содержат карбонат кальция, то откладывается известковый туф.

Рис. 15.7.1. Грязевые котлы в кальдере Узон

Рис. 15.7.2. Кальдера Узон на Камчатке. Кипящий

грязевой котел (В.Ю.Гипенрейтер)

Гейзеры -это горячие источники,вода которых периодически фонтанирует ивыбрасывается вверх на десятки метров. Свое название такие источники получили от Великого Гейзера в Исландии, струя которого 200 лет назад била вверх на 60 м каждые полчаса. Ряд гейзеров несомненно связан с вулканическими районами, например, в Исландии, на Камчатке, в Индонезии, Кордильерах Северной Америки, Японии и других местах. Высота фонтана у гейзеров, так же как и температура воды на выходе, сильно различается, но последняя обычно колеблется в пределах от +75 до +100^ОС. Характерной чертой гейзеров является их короткая жизнь, часто они “умирают” за счет обвалов стенок канала, понижения уровня грунтовых вод и т.д. Наиболее грандиозным гейзером был

Уаймангу ( что значит «Крылатая вода») в Новой Зеландии, существовавшей всего 5 лет

и выбрасывавший мощный фонтан почти на полкилометра вверх. Интервалы между извержениями у гейзеров варьируют от первых минут до многих часов и дней. Большое количество растворенных веществ в горячей воде гейзеров откладывается вокруг их устья, образуя скопления гейзеритов.

Рис. 15.7.3. Гидрогеологическая и гидрохимическая модель гидротермальной системы кальдеры Узон: зоны: 1 – растворов сульфатно-хлоридно-натриевого состава, 2 - сульфатных вод, 3 – растворов сульфатно- хлоридно-бикарбонатного состава, 4 – хлоридно-сульфатных растворов, 5 – пресных инфильтрационных вод, 6 – ртутно-сурьмяно-мышьякового оруденения; 7 – граница зоны разных гидрохимических типов вод, 8 – уровень грунтовых вод, 9 – разломы, 10 – пути миграции глубинных флюидов, 11 –пути инфильтрации вадозовых вод, 12 –источники: а –газирующие«холодные»углекислые; б – термальные

Каким образом действует гейзер? Наиболее удовлетворительный механизм его функционирования, предложенный еще в прошлом веке, заключается в том, что в трубообразном канале, заполненном водой, нижняя часть ее столба нагревается выше точки кипения (рис. 15.7.4). Однако вес столба воды предотвращает вскипание. Наконец, кипение все же начинается в каком-то месте и ряд расширяющихся пузырей вытолкнет

часть воды из столба, что сразу же вызовет падение давления внизу столба воды и мгновенно начнется бурное кипение. Процесс идет лавинообразно, пока вся вода не превратится в пар и он не вытолкнет вверх всю горячую воду. Затем канал вновь наполнится водой, она нагреется и процесс начнется сначала.

Рис. 15.7.4. Механизм действия гейзера. Нагретая вода превращается в пар на уровне 1. Пар выталкивает вверх воду с уровня 2 и, когда гидростатическое давление на уровне 2 уменьшается хотя бы немного, вода вскипает при меньшей Т и устремляется вверх в виде столба пара и воды

Геотермальная энергия - это важная сторона использования вулканического тепла. Электростанции, работающие на естественном перегретом паре, действуют в Италии (Лардерелло в Тоскане), Исландии (около Рейкьявика), Калифорнии, на Северном острове Новой Зеландии, в районе Паужетки на Южной Камчатке и в ряде других мест. Сочетание благоприятных для выработки электроэнергии условий - высокое давление пара, температура выше точки кипения воды, большой ее приток - встречается не так уж часто. Проблемы возникают и из-за очень быстрой коррозии металлических труб агрессивными горячими водами, которые к тому же откладывают на стенках труб карбонат кальция и кремнезем, закупоривая их. Горячие воды используются для обогрева жилищ, парников и теплиц.