Вулкан

Вулкан(отлат.Vulcanus) —эффузивноегеологическоеобразование, имеющее выводное отверстие (жерло,кратер,кальдера) или трещины, из которых горячаялаваивулканические газыпоступают на поверхность из недр планеты, или поступали ранее. Возвышенность, сложеннаяэффузивными горными породами.
Вулканы возникают наземной кореи другихпланетах, гдемагмавыходит на поверхность, выделяя различные продукты вулканизма, которые образуютхолмыигоры.
Слово «вулкан» происходит от именидревнеримскогобогаогня—Вулкана(лат.VulcanusилиVolcanus). Его мастерская была на островеВулькано(Италия).
Вулканология— наука, изучающая вулканы.Вулканолог— учёный, изучающий вулканы.
Производные понятия:
Наиболее интенсивно вулканизм проявлен в следующих геологических обстановках:
Вулканы на Земле делятся на два типа:
На суше насчитывается около 900 активных вулканов (см. список крупнейших вулканов ниже), в морях и океанах их число уточняется.
Период извержения вулкана может продолжаться от нескольких дней до нескольких миллионов лет.
Астрофизики, в историческом аспекте, считают, что вулканическая активность, вызванная, в свою очередь,приливным воздействиемдругих небесных тел, может способствоватьпоявлению жизни. В частности, именно вулканы внесли вклад в формированиеземной атмосферыигидросферы, выбросив значительное количествоуглекислого газаиводяного пара. Так, например, в1963 годув результатеизверженияподводного вулканау югаИсландиивозник островСюртсей, который в настоящее время является площадкой для научных исследований по наблюдению зарождения жизни.
Учёные также отмечают, что слишком активный вулканизм, как например, на спутникеЮпитераИо, может сделать поверхность планеты непригодной для жизни. В то же время слишком слабаятектоническая активностьведёт к исчезновениюуглекислого газаи стерилизации планеты. «Эти два случая представляют собой потенциальные границы обитаемости планет и существуют наряду с традиционными параметрами зон жизни для систем маломассивных звёздглавной последовательности».
В общем виде вулканы подразделяются налинейныеицентральные, однако это деление условно, так как большинство вулканов приурочены к линейным тектоническим нарушениям (разломам) вземной коре.
Формы вулканов центрального типа зависят от состава и вязкости магмы. Горячие и легкоподвижныебазальтовыемагмы создают обширные и плоскиещитовыевулканы (Мауна-Лоа,Мауна-Кеа,Килауэа). Если вулкан периодически извергает то лаву, топирокластический материал, возникает конусовидная слоистая постройка, стратовулкан. Склоны такого вулкана обычно покрыты глубокими радиальнымиоврагами— барранкосами. Вулканы центрального типа могут быть чисто лавовыми, либо образованными только вулканическими продуктами — вулканическими шлаками,туфамии т. п. образованиями, либо быть смешанными — стратовулканами.
Различают такжемоногенныеиполигенныевулканы. Первые возникли в результате однократного извержения, вторые — многократных извержений. Вязкая, кислая по составу, низкотемпературная магма, выдавливаясь из жерла, образует экструзивные купола (иглаМонтань-Пеле,1902 год).
Отрицательные формы рельефа, связанные с вулканами центрального типа, представленыкальдерами— крупными провалами округлой формы, диаметром в несколько километров. Кроме кальдер, существуют и крупныеотрицательные формы рельефа, связанные с прогибом под воздействием веса извергнувшегося вулканического материала и дефицитом давления на глубине, возникшим при разгрузке магматического очага. Такие структуры называютсявулканотектоническими впадинами,депрессиями. Вулканотектонические депрессии распространены очень широко и часто сопровождают образование мощных толщигнимбритов— вулканических пород кислого состава, имеющих различныйгенезис. Они бывают лавовыми или образованными спёкшимися или сваренными туфами. Для них характерны линзовидные обособления вулканического стекла, пемзы, лавы, называемыхфьяммеи туфовая или тофовиднаяструктураосновной массы. Как правило, крупные объёмы игнимбритов связаны с неглубоко залегающими магматическими очагами, сформировавшимися за счёт плавления и замещения вмещающих пород.
Форма вулкана зависит от состава извергаемой им лавы; обычно рассматривают пять типов вулканов:
Извержения вулканов относятся к геологическимчрезвычайным ситуациям, которые нередко приводят кстихийным бедствиям. Процесс извержения может длиться от нескольких часов до многих лет.
Под извержением понимается процесс поступления из недр на поверхность значительного количества раскалённых и горячих вулканических продуктов в газообразном, жидком и твёрдом состоянии. При извержениях формируются вулканические постройки — характерной формы возвышенности, приуроченные к каналам и трещинам, по которым из магматических очагов поступают на поверхность продукты извержения. Обычно они имеют форму конуса с углублением —кратеромна вершине. В случае её проседания и обрушения образуетсякальдера— обширная циркообразная котловина с крутыми стенками и относительно ровным дном.
Общепринятая оценка силы извержения, или его эксплозивности, без учёта индивидуальных особенностей вулкана производится по шкалеVolcanic Explosivity Index (VEI). Она предложена в 1982 году американскими учёными К. Ньюхоллом (C. A. Newhall) и С. Селфом (S. Self) позволяя дать общую оценку извержения по воздействию на земную атмосферу. Показателем силы извержения вулкана, независимо от его объёма и местоположения, в шкале VEI является объём извергнутых продуктов — тефры и высота столба пепла — эруптивной колонны.
Среди различных классификаций выделяются общие типы извержений:
По оценкам вулканологов, на поверхность Земли ежегодно выносится около9⋅1015{\displaystyle 9\cdot 10^{15}}граммов магмы, вулканического пепла, газов и различных паров. В предположении, что вулканизм Земли за всю её геологическую историю имел одинаковую интенсивность, то за 5 миллиардов лет на её поверхность было вынесено около4.5⋅1025{\displaystyle 4.5\cdot 10^{25}}граммов вулканических материалов с плотностью около2.6/г3.{\displaystyle 2.6/{\text{г}}^{3}.}Если всю эту массу равномерно распределить по поверхности Земли, то получится слой в 34 километра. Таким образом, современная кора Земли — результат длительной переработки вещества верхней мантии путем выветривания, переосаждения и окисления пород атмосферой и гидросферой Земли, а также преобразования пород жизнедеятельностью организмов.
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 называемыепоствулканическими. К ним относят:
Во время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованиемкальдеры— крупной впадины диаметром до 16кми глубиной до 1000м. При подъёмемагмывнешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность, и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносится не магма, а древние горные породы, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называютфреатическим.
Поднявшаяся к земной поверхности лава не всегда на эту поверхность выходит. Она лишь поднимает слои осадочных пород и застывает в виде компактного тела (лакколита), образуя своеобразную систему невысоких гор. В Германии к таким системам относятся областиРёниЭйфель. На последней наблюдается и другое поствулканическое явление в виде озёр, заполняющих кратеры бывших вулканов, которым не удалось сформировать характерный вулканический конус (так называемыемаары).
Гейзеры встречаются в районах с вулканической деятельностью, там, где горячие породы расположены близко к поверхности земли. В таких местах подземные воды нагреваются до температуры кипения, и в воздух периодически выбрасывается фонтан горячей воды и пара. В Новой Зеландии и Исландии энергия гейзеров и горячих источников используется для выработки электричества. Один из самых знаменитых гейзеров в мире — гейзерСтарый служакав Йеллоустонском национальном парке (США), который каждые 70минутвыстреливает струю воды и пара на высоту 45м.
Грязевые вулканы — небольшие вулканы, через которые на поверхность выходит не магма, а жидкая грязь и газы из земной коры. Грязевые вулканы намного меньше по размерам, чем обыкновенные. Грязь, как правило, выходит на поверхность холодной, но газы, извергаемые грязевыми вулканами, часто содержат метан и могут загореться во время извержения, создавая картину, похожую на извержение обыкновенного вулкана в миниатюре.
ВРоссиигрязевые вулканы распространены наТаманском полуострове; они встречаются также наКрымском полуострове, вСибири, околоКаспийского моря, наБайкалеи наКамчатке. На территорииЕвразиигрязевые вулканы часто встречаются вАзербайджане,Грузии,Исландии,Туркменистане,Индонезии.
Одной из нерешённых 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 твёрдом состоянии. Более того, тепловой энергии должно быть достаточно для плавления огромных объёмов твёрдого материала. Например, вСШАв бассейне рекиКолумбия(штатыВашингтониОрегон) объём базальтов более 820 тыс. км³; такие же крупные толщи базальтов встречаются в Аргентине (Патагония), Индии (плато Декан) иЮАР(возвышенностьБольшое Кару). В настоящее время существуют тригипотезы. 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 другая точка зрения, согласно которой верхняя мантия в условиях высоких давлений находится в твёрдом состоянии, а когда вследствие трещинообразования давление падает, происходит так называемый фазовый переход, — твёрдые породы горной мантии плавятся и по трещинам происходит излияние жидкой лавы на поверхность Земли.
Вулканы имеются не только наЗемле, но и на других планетах и их спутниках.Первой по высоте горойСолнечной системы являетсямарсианскийвулканОлимпвысотой 21,2км.
ВСолнечной системенаибольшей вулканической активностью обладаетспутникЮпитераИо. Длина шлейфов вещества, извергаемого вулканами Ио, достигает высоты 330кми радиуса 700км(патеры Тваштара), лавовые потоки — длины в 330км(вулканыАмиранииМасуби).
На некоторых спутниках планет (ЭнцеладиТритон) в условиях низких температур извергаемая «магма» состоит не из расплавленных скальных пород, а из воды и лёгких веществ. Такой тип извержений отнести к обычному вулканизму нельзя, потому данное явление получило названиекриовулканизм.
Учёные наблюдали извержения на 560 вулканах. Последние крупнейшие из них представлены в списке:
Крупнейшие районы вулканической активности —Южная Америка,Центральная Америка,Ява,Меланезия,Японские острова,Курильские острова,Камчатка, северо-западная частьСША,Аляска,Гавайские острова,Алеутские острова,Исландияи др.
Список крупнейших извержений в истории Земли постоянно пополняется по мере исследования вопроса.
Вфумарольных газахи магме вулканов содержится большое количестворения,индия,висмутаи других редких элементов. Имеются проекты использования фумарольных газов и вулканической магмы для извлечения из них редких элементов.
Из вулканических продуктов изготавливается так называемыйримский бетон(opus caementicium), знаменитый своей долговечностью.