Вулканы: неукротимая стихия огня

0

Именно вулканы рассказывают нам о том, какой была Земля до появления первых живых существ. Предполагается, что они внесли вклад в формирование земной атмосферы и гидросферы, выбросив значительное количество углекислого газа и водяного пара.

Как специалисты прогнозируют извержения? Что скрыто в жерле вулкана? Когда проснется Йеллоустоун? На эти и другие вопросы отвечает заведующий лабораторией общей гидромеханики Института механики МГУ Олег Мельник.

Вулкан под сушей

— Что такое вулкан?
— Вулкан — это место, из которого на поверхность изливается магматический расплав. Вулканы бывают разными, как по своему строению и расположению, так и по длительности существования. Некоторые вулканы находятся под водой. Если их извержение взрывное, то на поверхность воды будет выноситься пемза. Но по большей части подводные извержения мы даже не замечаем, хотя именно они ответственны за огромную часть магмы, которая поступает на поверхность Земли. Другие вулканы предстают перед нами в виде высоких гор, например, Ключевской вулкан на Камчатке, высота которого — почти 5 км. Это самый высокий вулкан Евразии. Но есть и выше, например, в Чили: Паринакота, высота которого больше 6 км.

Некоторые крупные извержения формируют так называемые кальдеры — большие провалы в земле. Перед извержением в земной коре скапливается большое количество магмы. Во время мощного извержения она выходит на поверхность и разносится на большие расстояния. При этом очаг, в котором она находилась, опустошается. Кровля вулкана трескается, прогибается и опускается. После этого в кальдерах могут начать расти новые вулканы. Например, так появилась кальдера Crater Lake в штате Орегон. Со временем кальдера заполнилась водой, образовав озеро диаметром около 9 км, в центре которого выросли новые вулканы.

— Как бы вы описали внутренние процессы, происходящие в вулкане?
— Извержения требуют расплавленной породы — магмы. Магма — это силикатный расплав, состоящий из оксидов кремния, железа, магния, натрия, кальция и других! Непрерывно происходит конвекция: порции горячего мантийного вещества поднимаются наверх, а охладившись, стремятся вглубь планеты. В срединно-океанических хребтах происходит подъем мантийного вещества, которое за счет снижения давления плавится и приводит к подводным извержениям. Новая образовавшаяся кора в срединно-океанических хребтах раздвигается, а затем уходит под континенты. Специалисты называют это зоной субдукции.

Например, Курильская или Алеутская дуги образованы как раз на том самом месте, где океаническая плита заходит под континентальную. Здесь твердая остывшая порода уходит вглубь Земли — в мантию, принося с собой много воды, за счет чего при ее нагреве происходит плавление, образование магмы и извержение вулканов континентальных окраин или островных дуг. Такие вулканы образуют знаменитое Огненное кольцо вокруг Тихого океана. Если взглянуть на карту вулканической активности, то можно заметить, что там расположено множество вулканов, которые активно извергаются. В этих вулканах много газов — тех самых паров воды, которые опускаются с океаническими плитами. Подъем газонасыщенной магмы к поверхности вызывает взрывные извержения.

Есть вулканы внутри литосферных плит. Они встречаются как на континентах (например, знаменитый Йеллоустон), так и в океанах. При извержении такие вулканы могут создавать целые вулканические острова (Гавайи, Исландия). Извержение происходит за счет всплывания нагретого мантийного вещества с границы ядро-мантия — так называемого мантийного плюма. Плюм расплавляет породы земной коры, что приводит к образованию и извержению магмы.

Слоеный пирог

— Много ли в мире действующих вулканов?
— Последний всплеск вулканизма начался после окончания ледникового периода. Мы живем в эпоху голоцена. Считается, что в голоцене извергалось порядка 1,5 тысяч разных вулканов. Именно их мы считаем действующими.

Если говорить о том, сколько вулканов извергается одновременно, то их около нескольких десятков. Существует служба на базе Смитсоновского института, которая ведёт Каталог активных вулканов. Еженедельно специалисты присылают сводку извержений вулканов, обычно на земной поверхности.
Другой вопрос связан с тем, а что вообще можно считать извержением? Бывает, что вулкан извергается, затихает, а затем вновь извергается. При этом чем крупнее извержения, тем реже они случаются, к счастью для нас.

— Как ученые это объясняют?
— Все зависит от особенностей самого вулкана, например, от его расположения. Скажем, мы видим гору. Под ней находится система каналов, по которым магма поступает к поверхности, скапливаясь в больших резервуарах — магматических очагах. И таких очагов может быть несколько. Если вулкан расположен на континентальной окраине, то в магму может попасть достаточно много растворенной воды, что повлияет на подъем магмы и интенсивность извержения. Историю каждого вулкана нужно восстанавливать по крупицам, изучая, в том числе истории конкретных государств и городов.

— Насколько сложным может быть процесс восстановления истории вулканов?
— Этот процесс, безусловно, сложный, поскольку человеческая история насчитывает лишь тысячи лет. В Японии, например, письменность существует давно. Благодаря древним рукописям мы можем проследить историю конкретного вулкана, вплоть до нескольких тысяч лет. Существуют и другие методы, связанные с анализом изверженных пород. Если в их составе есть углерод или другие нестабильные элементы, то изотопный анализ подскажет возраст пород, и когда произошло последнее извержение.
А специалисты в области тефрохронологии могут реконструировать историю извержений вулканов благодаря тефре — продукту взрывных извержений вулканов. Тефра, как слоеный пирог, формируется на склонах вулкана. Определяя возраст каждого слоя, можно понять, насколько сильно и как часто извергался тот или иной вулкан.

Нельзя предсказать извержение

— Чем занимаются современные вулканологи?
— Вулканологи бывают разные. Некоторые работают непосредственно на извержениях и собирают первичный материал. Сейчас они оснащены большим количеством приборов, фиксирующих сейсмические сигналы, газовыми анализаторами, приборами для дистанционного измерения температуры. Большая группа специалистов в лабораториях анализируют продукты вулканических извержений: минералы, газы и др. Поэтому для них важно собрать магму, желательно извергшуюся только что.

Есть люди, которые занимаются моделированием вулканических извержений, в том числе компьютерным. В вулканологии также применяется анализ спутниковых данных. Спутниковые наблюдения могут многое рассказать о вулканах и извержениях. Например, как распространяется пепловый выброс, насколько опасны конкретные вулканы для авиации, готовится ли вулкан к извержению.

— Можно ли предсказать извержение вулкана?
— Сказать однозначно, что вулкан начнет извергаться, например, в следующий четверг, очень сложно. Особенно важно правильно оценить время в случае необходимости эвакуации людей. Между тем мы можем наблюдать за самим вулканом. Перед извержением начинают выделяться вулканические газы, происходит землетрясение и деформация поверхности вулкана. Сложность в том, что все это может также быстро закончиться, так и не вызвав извержения. Вулкан может выдать несколько ложных тревог. И понять, в какой момент действительно будет извержение, крайне сложно.

Часто в нашем распоряжении лишь исторические факты об извержениях и сигналы, описанные выше. При этом часто бывает так, что на памяти людей вулкан ни разу не извергался. Как, например, вулкан Суфриер Хиллс на острове Монтсеррат в Карибском море. Последнее извержение случилось порядка 400 лет назад, а европейцы появились на этой территории около 300 лет назад. Все считали, что этот вулкан потухший. Вулкан возобновил активность в 1995 г. и продолжает с тех пор извергаться. Его извержение уничтожило столицу, город Плимут, и вызвало массовые эвакуации — остров покинуло 2/3 населения.

Огромные охладители

— Выполняют ли вулканы какую-то функцию для планеты?
— Во время извержения никакой пользы от вулкана точно нет. Сплошной вред — выброс большого количества вулканических газов, лавовые потоки, разрушающие инфраструктуру, пепел, опасный и для прилегающих территорий, и для авиасообщений. Тем не менее, известно, что вулканические почвы очень плодородные и показывают высокую урожайность. Помимо этого, вулкан — это место, где горячая магма находится близко к поверхности. Поэтому ее активно используют для получения геотермальной энергии. Например, в Исландии 90 процентов домов обогреваются за счет горячих вод, поступающих из геотермальных источников.

Кроме того, многие вулканы ассоциируются с крупными месторождениями медных, цинковых и никелевых руд. Металлы транспортируются магмой и магматическими газами, концентрируются в районе вулканизма, образовывая богатые месторождения.

— А влияют ли вулканы на климат?
— Безусловно. Вулканы — это настоящие охладители! Они выбрасывают огромное количество пепла и газов в атмосферу при сильных извержениях. Известно, что в 1816 г. человечество столкнулось с годом без лета. Тогда в Индонезии произошло крупное извержение вулкана Тамбора. Он выбросил порядка 50 куб. км магмы. Многие жители Индонезии погибли. И, конечно, другие страны тоже пострадали из-за неурожая и последующего за ним голода. По историческим оценкам, среднегодовая температура в северном полушарии упала на несколько градусов.

Вулканы были ответственны и за глобальные катастрофы. Так, по мнению ученых, около 75 тысяч лет назад извергался вулкан Тоба, расположенный также на территории современной Индонезии. Извержение сопровождалось мощным выбросом пепла, что привело к длительному похолоданию, а численность всего живого на планете сократилась катастрофически.

К счастью для нас, в наше время подобных сильных извержений не было. Важно объяснять, что мы живем на одной планете. Крупные извержения могут стать катастрофой не только для территории, на которой они произошли, а для всей планеты.

— Кстати, о Йеллоустойне. Стоит ли ожидать крупного извержения? Какие могут быть последствия?
— Крупные извержения этого вулкана происходили раз в 600-700 тысяч лет. Каждое такое извержение выносит порядка 1000 куб. км магмы. Некоторые журналисты говорят о том, что уже в 2075 г. произойдет очередное извержение Йеллоустоуна. Но верить в это не нужно. Не существует моделей, которые бы предсказывали ближайшее извержение этого вулкана. Между тем за ним постоянно наблюдают специалисты. Пока Йеллоустоун не проявляет признаков, которые указывали бы на скорое извержение.

— Существуют ли методы сдерживания вулкана?
– Как мне кажется, пока не существует способов сдержать извержение вулкана. Дело в том, что многие наблюдаемые явления показывают, что над вулканом, над магмой находится большая геотермальная система, где циркулирует горячая вода. Мы видим гейзеры, активные участки выброса пара. Но это не значит, что вулкан готовится к извержению.

Стромболи: любимец ученых

— Стоит ли ждать в ближайшее время очередного крупного извержения вулкана? Если да, то, в каком регионе?
— В каком конкретно регионе, сказать трудно. Многие регионы всегда достаточно активны. Очень не повезло в этом смысле Индонезии, где много активных вулканов. Так, в конце октября 2010 г. в стадию активного извержения перешел один из вулканов Индонезии Мерапи. Вулкан входит в число наиболее опасных: в 1994 г. облака из вулканических газов, пепла и обломков пород унесли жизни почти 70 человек, а самое мощное за современный период извержение в 1930 г. погубило 1400 человек. В таких странах, как Индонезия, Япония, Италия и Филиппины, безусловно, нужно ждать крупных извержений. При этом не в каждой стране есть необходимые возможности для мониторинга и эвакуации населения.

— Есть ли вулканы, которые особенно активно изучаются учеными?
— У ученых есть так называемые любимые вулканы. Например, Стромболи в Италии извергается уже многие сотни лет с постоянной интенсивностью. Этот вулкан также популярен среди туристов. Помимо Стромболи, хорошо изучен вулкан в Гватемале — Санта-Мария, который также извергается около сотни лет. Можно наблюдать за ним с соседней горы, проследить, как начинается вулканический выброс, как распространяется гриб. Я сам был на вершине этого вулкана, и зрелище, конечно, незабываемое.
К сожалению, многие вулканы остаются недоступными для исследования, в связи с большой удаленностью или с политической ситуацией, как, например, в странах Африки.

Анастасия Пензина, scientificrussia.ru

Share.

Comments are closed.