Вулканизм

Это самое интригующее, неистовое и завораживающее природное явление, широко распространенное на Земле (рис. 5.3). Научное изучение вулканов считается связанным с первым документальным описанием Плинием Младшим извержения Везувия 79 г. Но как же мы мало знаем о законах вулканической деятельности, несмотря на более чем 1900-летие (!) научных исследований. В 1966 г. наш соотечественник ученый-вулканолог В.И. Владовец подсчитал общую численность действующих на Земле вулканов как около 600, с числом извержений за историческое время близким к 3500, и пришел к выводу об относительном нарастании интенсивности вулканической деятельности с течением времени. И в том же 1966 г. американец Х.У. Менард, анализируя материалы предшествующих океанологических исследований, провел первый подсчет вулканических построек на дне Тихого океана - 2000 (!) и пришел к заключению, что только в этой акватории следует ожидать около 100000 вулканов высотой более 1 км. Это была научная сенсация.

Действительно, до этого считалось, что вследствие небольшого парциального давления паров воды, не превышающего 217,7 бар, на морских глубинах свыше 2000 м взрывные явления невозможны. Поэтому эксплозивная деятельность здесь должна полностью отсутствовать. Появились предположения, что в момент вулканического взрыва давление может достигать величин в несколько килобар. Тогда прежний теоретический запрет может быть снят и эксплозии становятся допустимыми на самых больших океанических глубинах.

Рис. 5.2. Тектонические единицы континентов: щиты и орогенные пояса

Области складчатости: 1 – палеоген-неогеновой; 2 – мезозойской; 3 – верхнепалеозойской; 4 – нижнепалеозойской; 5 – докембрийской (по Umbgrove., 1947)

Тепловая энергия земных недр, проявляемая при вулканических процессах, оценивалась в 3% от общих потерь тепла Землей (за последние 500 млн лет). Надо ли говорить, что с учетом новых данных о масштабах вулканизма в океанах, эта первоначальная цифра должна быть существенно скорректирована.

Энергия вулканизма может выражаться в так называемой магнитуде, характеризующей количество затраченной энергии в логарифмической шкале, или, по почину венгерского геофизика Хедервари, - в эквиваленте атомных бомб, при принятой энергии одной атомной бомбы 8,4×10¹⁴ Дж (8,4×10²¹ эрг, или 2×10¹⁴ кал), что соответствует 10-кратной энергии атомной

бомбы сброшенной на Хиросиму. Количество энергии при разовых вулканических извержениях может достигать 21547,6 эквивалентов атомных бомб, как это было при извержении Кракатау в 1883 г., и даже 171488,6 тех же единиц при эксплозиях вулкана Тамборо в 1815 г. Суммарный геоэнергетический эффект вулканической и гидротермальной деятельности оценивается в 0,17×10¹¹ Вт на платформах и в 1,7×10¹¹ Вт на островных дугах. Да в рифтовых зонах ежегодно извергается примерно 3,31-3,36 км³ ювенильного вещества и выделяется до 10×10¹¹Вт вулканогенной энергии.

Рис.5.3. Схема размещения современных вулканов на Земле

1 – континентальная кора, окружающая материки в пределах океанических акваторий; 2 – срединно-океанические спрединговые зоны растяжения (двойные линии) и трансформные разломы (одиночные линии) в осевых частях подводных горных хребтов; 3 – зоны субдукций («подныривания» океанических литосферных плит под континентальные); 4 – зоны коллизий (столкновений) литосферных плит; 5 – условные границы литосферных плит (вне зон спрединга, субдукций и коллизий); 6 – направления движений литосферных плит; 7 – континентальные и островные вулканы; 8 – подводные вулканы Тихоокеанской акватории (по Менарду)

Рост населения и распределение жизненно важных ресурсов (территорий, плодородных почв и т.п.) заставляет человечество научиться жить у вулканов. Так, например, в Индонезии отмечается прямая тесная зависимость между интенсивностью вулканической деятельности и плотностью населения. Это опасное соседство: учтенные людские потери при извержениях за период около 500 лет составили порядка 190-240 тыс. человек. А проживает сейчас в вулканических областях в опасной близости к вулканам 200 млн человек. Современные вулканогенные ландшафты и экосистемы занимают примерно 6,75 млн км² (4,5% территории суши).

Поражающими факторами при вулканических извержениях явля-ются тефровые (пепловые) эксплозии с палящими тучами и пепловыми потоками, лавовые эффузии, ядовитые вещества, лахары, а также тепловое и электроразрядные воздействия, загрязнение воздушных и водных масс.

Что же представляют из себя вулканические сооружения, каковы их масштабы?

Параметры вулканических построек различны. Размеры конусов в основании составляет сотни метров-километры, но могут достигать 400 км, как у Мауна-Лоа (Гавайи); высоты - сотни метров до 3,9 км, а в целом, вместе субвулканической частью, до 10 км (у него же). Кратеры имеют диаметры чаще 100-500 м, при глубинах в сотни метров и до 1,8 км (Пальма). Углы склонов пирокластических конусов достигают 30-40°, чаще составляя 10-35°; у щитовидных – менее 7-8°. Кальдеры могут достигать в диаметре 16-30 км (Исланд-Парк-Кальдера, штат Айдахо, США) - 40 км при объеме до 180 км³ (Тамборо). Подводные вулканы - гайоты имеют высоту над основанием дна в 300-3500 до 4500 м, обладая выровненной вершиной чаще на уровне 1800-1200 м от зеркала вод. В наземной экпозиции они вероятно представлены в Афари (северо-восточная Африка), где образуют горы высотой 300-400 м с диаметром в основании около 1000 м. Диаметр подобных построек вообще - несколько километров-несколько десятков километров. Углы круче чем у наземных (30-40°), но в среднем 20-22°. Промежуточную позицию в этом отношении занимают подводные извержения в зоне мелководий. Для Капелиньюша (Азорские острова) Г. Тазиев (1961) особенно подчеркивал, что хотя извержение и началось на морском дне, но оно почти сразу же превратилось в надводное. Особое место среди подводных извержений за-нимает Богослов (Алеутская дуга), который то исчезает, то появляется над поверхностью зеркала вод. Извержение сопровождается образованием куполов, растущих прямо с океанических глубин.

Есть и своеобразные подледные вулканы - резко выступающие конусо-цилиндры - star Исландии (table mountains).

Продолжительность извержений - от дней-месяцев (Кракатау – 3 месяца) - лет (Парикутина 9 лет) до тысячелетий. Ритм изменчив.

Так, для вулкана Лелхара (Япония) за 900 лет (между 634 и 1552 гг.) периоды затишья составляли от 115 до до 230 лет; с 1552 по 1938 гг. - всего 6-87 лет; с 1938 г. не превышают 10 лет.

Объем выброшенных вулканом твердых продуктов может быть огромен: по площади занимать до 827000 км² (Кракатау) и даже 4 млн км² (Косегвин, Карибское море, 1835 г.); по объему до 22-50-80 млн м³ (Галунггунг - Ява, Косигуина - Никарагуа); по мощности до 60 м. Высота выброса может составлять 30-43 км (Безымянный, Камчатка) и даже 80 км (Кракатау). При взрыве Тамборо была уничтожена гора на площади 630 км² диаметром 40 км и высотой 2850 м.

Объем лав при крупном групповом извержении Исландских вул-канов в 1783 г. достигал по площади 560 км², по мощности потоков до 35 м.

Согласно Е.К. Мархинину, объем горных пород при наиболее сильных экспозивных извержениях в период с 1800 по 1964 гг. измерялся величинами 10-28 и даже 186 (!) км³ (Тамборо, 1805 г.). По подсчетам Запера (1927), за примерно 400 лет (с 1500 по 1924 гг.) действующими вулканами поставлено около 50 км³ лав и почти 300 км³ рыхлого материала. Объем грязевого потока Электрон вулкана Рейнир (штат Вашингтон), сошедшего около 500 лет назад, составил около 150 млн м³, а более древний поток Осеола имел объем около 1,9 млрд. м³. Японский вулкан Галунггунг в 1822 г. выбросил из своего кратера поток объемом 30 млн м³.

По Х. Менарду, объем вулканических излияний только в Тихом океане составляет около 2,4×10⁷ км³. По Ферхугену (1946), объем всех известных плато-базальтов близок к 1×10⁷ км³. Средний темп накопления вулканических масс на дне Тихого океана 0,2 км³ в год.

На материках, по Куену (1950), за последние несколько сотен лет он составил около 1 км³. Однако, вулканические породы Тихого океана на площади 2×10⁷ км² накапливались в течении 10⁸ лет, тогда как на материках на площади 15×10⁷ км² - в течении 40×10⁸ лет. Таким образом, по мнению Х. Менарда, средняя интенсивность вулканизма на юго-западе Тихого океана была, по крайней мере, в несколько сот раз выше средней интенсивности вулканизма на материках.

Только на суше в биосферу ежегодно в среднем поступает примерно 0,65 км³ ювенильного вещества (0,18 км³/год на континентах и 0,47 км³/год в островодужных орогенах).

Скорость растекания лав изменяется от нескольких метров в сутки до 60 км/ч, продвижение палящих туч и пепловых потоков до более 160 км/ч. Температура лав 700-1300° С, палящих туч 700-1000° С, пепловых потоков - свыше 535° С. Скорость грязевых вулканических потоков - лахаров - до 100 км/ч при перемещениях до 300 км.

Максимальная доза газов, выделяемых вулканами, приходится на водяной пар, но в разных соотношениях содержатся и другие летучие соединения.

Значительна роль газоаэрозолей. При чисто эффузивных извержениях в атмосферу поступает от 2-3 до 5-7 вес. % магматических газов, из которых до 97 об. % приходится на пары воды. И примерно столько же составляют фумаролы, сульфатары и парогидротермы. Эксплозивная деятельность дает до 4×10⁶т пылевидного аэрозоля или в несколько раз больше после особенно катастрофических извержений.

Из этого вклада тепломассопереноса (примерно треть изменения радиационного баланса атмосферы), 2/3 приходятся в основном на сернокислотный аэрозоль - поступление с газово-пепловыми выбросами SO₂, H₂S, CS₂ (сероуглерод), OCS (карбонилсульфида) и мелких частиц серы. Совокупный их объем составляет примерно 2,8×10⁶ г/т и возрастает при самых катастрофических извержениях.

Таблица 5.2

Состав вулканических газов, объемные %%

(по G. A. Makdonald, 1972)

Компо-ненты
СО2	21,4	46,2	40,9	4,6	10,1	2,1	15,3	10,4	25,9
CO	0,8	0,7	2,4	0,3	2,0	0,6	1,4	8,3
H2	0,9	0,03	0,8	2,8	0,2	0,4	4,4	1,1
SO2	11,5	14,3	4,4	4,1		0,01			0,0
S2	0,7	0,0		0,6	0,5	0,9	0,2	1,3
CO3	1,8	38,8
Cl2	1,1	0,0			0,4	0,3	0,2	0,4
F2	0,0	0,0			0,3	1,5	0,0	0,0
HCl	-	-	-	-	-	-	-	-	-
N+редкие газы	10,1	16,6	8,3	4,5	4,5	0,6	5,2	7,1	11,1
H2O	52,7	71,4	43,2	83,1	82,5	93,7	73,2	71,3	63,3

1 - Килауэа, 2 - Мауна-Лоа, 3 - Нираонго (Заир), 4 – Cуртэй (Исландия), 5 - Мон-Пеле (из андезита), 6 - Лассен-Пик (из дацита), 7 - Мауна-Лоа (из базальтовой пемзы), 8 - Нинафоу (из базальтовой магмы), 9 - Козу-Сима (Япония - из риолита)

Воздействие вулканических газов при направленных ветрах может выражаться в наличии вытравленных полос шириной 5-8 км на площади примерно 150 км² (Масая-Ниндири, Никарагуа). Кислотность самого пепла при извержении Ирасу (Коста-Рика) в 1963-1965 гг. составляла около 4 рН. При извержении Катмаи в 1912 г. в Сьюарде и Кордове (400 и 575 км от вулкана соответственно) выпадал кислотный дождь. Даже на удалении 1100 км у мыса Спенсер от воздействия газов тускнели медные предметы.

Воздействием мофетт объясняются появления "ущелий смерти" и "газовых озер", приводившие не раз к массовой гибели животных и людей. Так, например, 21 августа 1986 г. на берегах оз. Ниос (кратер вулкана Камерун) произошла катастрофа. Площадь этого озера 1,48 км², глубина 208 м. Произошел выброс газового облака с углекислым газом. Оно перевалило через стенки кратера, сползло к подножью и накрыло деревни. Из-за удушья погибло 1700 человек и тысячи голов крупного рогатого скота.

Наиболее крупные вулканические катастрофы с большим количеством людских жертв приведены в табл. 5.3

Таблица 5.3

Дата добавления: 2014-12-26