Вулканы
Вулка́ны (от лат. vulcanus – огонь, пламя; Vulcanus – бог огня в древнеримской мифологии), собирательное название геологических образований различного типа на поверхности Земли или под водой, которые возникли в результате прорыва из недр магматического расплава и захваченных им по пути обломков горных пород. Вулканы представляют собой лишь верхнюю (надлитосферную) часть сложно построенных геологических сооружений, нижние части которых уходят в глубинные горизонты земной коры и верхнюю мантию Земли.
Схема строения стратовулкана (в разрезе).
Общая характеристика вулканов Земли
Самый высокий в мире активный вулкан Охос-дель-Саладо (6893 м) расположен в Южной Америке на границе Чили и Аргентины. В России самый высокий из наиболее активных вулканов – Ключевская Сопка (4688 м) на п-ове Камчатка. Каждый год извергаются 50–70 вулканов, каждые 10 лет – около 160. Всего в мире установлено свыше 1500 (по другим данным, 1300) вулканов, извергавшихся за последние 10 тыс. лет (в голоцене). В России – 83 вулкана, извергавшихся за последние 3,5 тыс. лет; в том числе 40 – на Камчатке (включены в список Всемирного наследия), 42 – на Курильских островах, Эльбрус – на Кавказе. В мире насчитывается около 550 исторически задокументированных извержений вулканов (не считая подводных). Всемирный каталог извергавшихся в течение последних 12 тыс. лет вулканов создан и обновляется в Смитсоновском институте. Изучением вулканов занимается вулканология.
Самый высокий в мире активный вулкан Охос-дель-Саладо. Граница Чили и Аргентины.Распределение вулканов на земной поверхности
Размещение вулканов на поверхности Земли отличается крайней неравномерностью. Подавляющее количество вулканов приурочено к островным дугам (Алеутской, Курило-Камчатской, Японской, Идзу-Бонинской, Марианской, Зондской и др.) и горным сооружениям Северной и Южной Америки, Южной Европы (Средиземноморье), Юго-Западной Азии, где они образуют вулканические пояса. Наблюдается связь между количеством действующих вулканов и тектонической активностью района. В океанах действующие вулканы главным образом сосредоточены в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов (Гекла, Лаки и др. на о. Исландия в надводной части Срединно-Атлантического хребта), а также в пределах относительно слабосейсмичных подводных и надводных хребтов (Килауэа, Мауна-Кеа, Мауна-Лоа на о. Гавайи в юго-восточной части Гавайского хребта) и на отдельных островах (Ла-Кумбре, Вулф, Дарвин, Альседо на островах Галапагос; Тейде на Канарских островах). Во внутренних частях континентов действующие вулканы локализуются преимущественно в рифтовых системах (Килиманджаро, Меру, Ньирагонго в пределах Восточно-Африканской рифтовой системы).
Вулканы островных дуг. Вулкан Алаид на острове Атласова (Курильские острова, Россия).Вулканы, извергавшиеся за последние 10 тыс. лет, сосредоточены в 20 молодых вулканических областях (см. таблицу 1).
Таблица 1. Вулканические области мира
Название области | Количество вулканов | Наиболее известные вулканы |
|---|---|---|
Аляска, Алеутские о-ва | 93 | Катмай |
Антарктида и Южные Сандвичевы о-ва | 35 | |
Атлантический океан | 30 | Тейде – Канарские о-ва |
Африка, Аравийский п-ов, Красное море | 161 | Килиманджаро, Ньирагонго, Ньямлагира |
Вест-Индия | 17 | Монтань-Пеле |
Западная Европа, Турция, Кавказ | 44 | Везувий, Этна, Стромболи, Санторин (Тира), Арарат, Эльбрус, Казбек |
Индийский океан | 20 | Питон-де-ла-Фурнез – о. Реюньон |
Индонезия и Андаманские о-ва | 142 | Кракатау, Тамбора |
Исландия и Северный Ледовитый океан | 34 | Гекла, Лаки, Эйяфьядлайёкюдль |
Камчатка и Курильские о-ва | 160 | Авачинская Cопка, Ключевская Cопка, Карымская Cопка, Шивелуч; Алаид, Эбеко, Тятя |
Канада и США | 73 | Сент-Хеленс – США |
Мексика и Центральная Америка | 120 | Колима, Попокатепетль, Парикутин, Хорульо – Мексика; Исалько |
Меланезия и Австралия | 85 | Багана – о. Бугенвиль (Соломоновы о-ва) |
Новая Зеландия и Полинезия | 57 | Руапеху – Северный остров |
Тихий океан | 48 | Килауэа, Мауна-Лоа |
Филиппины и Юго-Восточная Азия (без Индонезии) | 60 | Тааль, Пинатубо – о. Лусон |
Центральная и Восточная Азия (без Японии, Тайваня), Юго-Восток России | 26 | |
Средний Восток (Иран, Афганистан) и Пакистан | 11 | Демавенд – Иран |
Южная Америка | 193 | Руис – Колумбия, Охос-дель-Саладо |
Японские о-ва, Тайвань и Марианские о-ва | 140 | |
Классификация вулканов
Классификация вулканов проводится по разным критериям. По активности вулканы делятся на действующие (активные) – извергавшиеся или проявлявшие фумарольную активность (выделение горячего вулканического газа и водяного пара) за последние 3,5 тыс. лет исторического периода, потенциально действующие – проявлявшие активность, по геологическим данным, в течение последних 3,5–13,5 тыс. лет (по данным других исследователей, к ним относятся только голоценовые вулканы – не древнее 10 тыс. лет), и потухшие – не проявлявшие активности более 13,5 тыс. лет (по мнению других авторов, 10 тыс. лет). По составу изверженных продуктов различают вулканы базальтовые, андезитовые, дацитовые, риолитовые и т. д.; по форме подводящего канала – трещинные и центральные; по строению и облику – стратовулканы, щитовые, щитообразные, шлаковые конусы, экструзивные купола и др.; по стадийности образования – одноактные и многоактные; по месту образования – наземные, подводные, субаэральные и др.
Стратовулкан Котопахи (Эквадор).Продукты извержения. Форма вулканов
Продукты извержения вулканов в момент поступления на поверхность представлены лавой разной степени вязкости, тефрой (пирокластическим материалом) и разнообразными по составу и температуре вулканическими газами, аэрозолями, высокотемпературными (600–800 °С) газовзвесями.
Лавовый поток при извержении вулкана Толбачик (Камчатка, Россия). Дата съёмки 10 августа 2013.На ранее сформированных вулканах продукты извержения выбрасываются из вершинного и боковых кратеров; при образовании новых вулканов – из системы трещин и воронок. Основная их масса накапливается, в зависимости от типа извержения, в радиусе от десятков метров до 15–20 км от эруптивных центров (центров извержения), слагая различные по размеру и морфологии вулканические постройки: крутосклонные стратовулканы сложены переслаиванием лавы и тефры; шлаковые и пепловые конусы образуются преимущественно пирокластическим материалом при подчинённом количестве лав; пологие щитовые и щитообразные вулканы – преимущественно лавами; экструзивные и лавовые купола – только лавами; туфовые кольца, валы мааров и эксплозивных (взрывных) рвов – пирокластическим материалом.
Жидкая лава перемещается со скоростью 40–50 км/ч, формируя лавовые потоки. Наиболее мелкий пирокластический материал (вулканический пепел) при сильных и катастрофических извержениях может разноситься на расстояние свыше 1000 км, покрывая огромные площади (сотни тысяч – миллионы квадратных километров). Субмикронные вулканические частицы вместе с капельками серной, соляной и других кислот образуют вулканические аэрозоли, которые, попадая в стратосферу, разносятся по всему земному шару. Высокотемпературная газовзвесь образуется при массовом выбросе с глубины 5–10 км и более газонасыщенной магмы, способной к взрыванию в атмосферных условиях; она движется по земной поверхности на газовой подушке со скоростью 100–150 км/ч и образует пирокластические потоки длиной до 100 км. 
Подъём эруптивной колонны при извержении вулкана Кальбуко (Чили).Объём продуктов извержения, слагающих мелкие вулканические постройки (шлаковые и пепловые конусы, лавовые и экструзивные купола, туфовые кольца, валы мааров и взрывных рвов), – от менее чем 0,00001 до 0,3 км3; формирующих щитовые вулканы – от 0,1 до 1500 км3, стратовулканы – от 0,3 до 300 км3, крупнейшие подводно-надводные вулканические сооружения – до 100–150 тыс. км3 и более (о. Гавайи).
При застывании лавы и цементации пирокластического материала формируются вулканические горные породы.
Риолит. Вулканическая порода кислого состава нормальной щелочности. Образец из коллекции ФГБУ «ВСЕГЕИ».Типы вулканических извержений
Типы вулканических извержений весьма многочисленны, общепринятой их классификации нет. Наиболее общим является разделение извержений на эффузивные (излияние лавы), эксплозивные (взрывные), эффузивно-эксплозивные (смешанные) и экструзивные (выжимание лавы).
Лава, изливающаяся во время эффузивного извержения вулкана на острове Гавайи (Гавайские острова, США).Более детальной и употребимой является классификация американского учёного Г. Макдоналда (1975), учитывающая физическое состояние магмы, характер взрывов, излияний лавы, преобладающих выбросов, морфологию вулканических построек. Классификация включает 10 типов извержений.
Гавайский тип, создающий чаще всего щитовые вулканы, отличается излиянием жидкой (базальтовой) лавы, формирующей протяжённые лавовые потоки и огненно-жидкие озёра в кратерах.
Гавайский тип извержения. Извержение вулкана Килауэа, остров Гавайи (штат Гавайи, США).Газы, содержащиеся в небольшом количестве, вырываясь, образуют фонтаны из комков и капель жидкой лавы (т. н. слёзы Пеле, богини гавайских вулканов), которые, вытягиваясь в полёте, застывают в виде тонких стеклянных нитей – т. н. волос Пеле (Килауэа, Мауна-Лоа, Мауна-Кеа на о. Гавайи; Вулф, Альседо и др. на о-вах Галапагос; Ньирагонго, Ньямлагира и др. в Восточной Африке).
Слёзы Пеле (штат Гавайи, США).Извержения покровных базальтов характеризуются излиянием очень больших объёмов жидкой лавы (на начальной стадии – из трещин), сопровождающимся слабым её фонтанированием (Лаки на о. Исландия).
В стромболианском типе, формирующем обычно стратовулканы и шлаковые конусы, наряду с излияниями базальтовых и андезитобазальтовых лав преобладают небольшие взрывы, которые выбрасывают куски шлака, разнообразные витые и веретенообразные вулканические бомбы и лапилли (Стромболи в Тирренском море, Авачинская Сопка, Карымская Сопка, некоторые извержения Ключевской Сопки на п-ове Камчатка).
Стромболианский тип извержения. Извержение вулкана Стромболи (Италия).В вульканском типе, создающем глыбовые, пеплоглыбовые и пепловые конусы, большую роль играют газовые взрывы и выбросы огромных туч, переполненных обломками пород, лав и вулканическим пеплом (Вулькано на Липарских о-вах); лавы вязкие (андезитовые, дацитовые или риолитовые), изредка образующие небольшие потоки.
Пелейский тип характеризуется выжиманием из канала вулкана вязкой (андезитовой, дацитовой или риолитовой) лавы с формированием экструзивных куполов и обелисков и направленными взрывами с палящими тучами, переполненными самовзрывающимися в полёте и при скатывании по склону вулкана обломками лав (Монтань-Пеле на о. Мартиника).
Отличительной особенностью плинианского типа являются сильные внезапные взрывы, приводящие к обрушению верхней части вулканического конуса и образованию кальдеры, и следующие за ними пепло- и пемзопады (Везувий, извержение в 79 н. э.; Санторин, Тамбора, Кракатау).
Плинианский тип извержения. Извержение вулкана Кракатау (Индонезия).При газовых извержениях взрывы формируют взрывные воронки (Пульвермар, Штрон и др. в Германии), причём в составе выбросов главным образом породы основания вулкана. Также выделяют типы извержения: покровных риолитов, ультравульканский, фумарольный.
О вулканических явлениях, предваряющих, сопровождающих и завершающих извержения вулканов, см. в статье Вулканизм.
Катастрофические извержения вулканов
Вулканические извержения, особенно катастрофические, изменяют рельеф, влияют на климат, уничтожают растительность, животный мир, разрушают города и вызывают гибель людей. Катастрофические извержения известны с древних времён (см. таблицу 2).
Таблица 2. Катастрофические извержения вулканов
Дата извержения | Название вулкана | Географическое положение | Характеристика извержения, разрушительные последствия и жертвы |
|---|---|---|---|
15 в. до н. э. | Санторин (Тира) | Эгейское море, Греция | Объём извергнутой магмы 39–60 км3, пепел поднимался на высоту 30–35 км. Извержение сопровождалось цунами в Средиземном море, которое, предположительно, уничтожило минойскую культуру |
79 н. э. | Апеннинский п-ов, Италия | Объём извергнутой магмы около 4 км3. Является эталоном извержений плинианского типа. Были разрушены города Геркуланум, Помпеи, Оплонтис и Стабии. Количество жертв оценивается в 2 тыс. человек | |
1631 | Везувий | Апеннинский п-ов, Италия | Общий объём магмы 0,55 км3, из которого лавовые потоки составляют только 0,08 км3. Известно большим количеством пирокластических потоков и палящих туч, погубивших 3–6 тыс. человек |
1783–1784 | Южная часть Исландии | Самое мощное в историческое время трещинное извержение – 12 км3 лавы и 0,3 км3 тефры. Вулканический пепел осел на площади около 6 тыс. км2, что вызвало разрушения и гибель крупного рогатого скота, лошадей, овец; последовавший голод привёл к гибели свыше 10 тыс. человек (около ⅕ населения острова) | |
1815 | О. Сумбава, Индонезия | Крупнейшее историческое извержение – 160 км3 магмы. Привело к глобальному похолоданию на 0,4–0,7 °C и погодным катаклизмам на различных континентах в 1816 г. Более 11 тыс. человек погибли непосредственно во время извержения и более 49 тыс. человек – от последовавшего голода и эпидемий на близлежащих островах | |
1883 | Зондский пролив, между о-вами Ява и Суматра, Индонезия | Извержение плинианского типа, объём магмы около 11 км3. Более 36 тыс. погибших от пеплопадов, пирокластических потоков и вызванного извержением цунами | |
1902 | О. Мартиника, центральная часть архипелага Малые Антильские о-ва | Является эталонным извержением пелейского типа. Палящая туча накрыла город Сен-Пьер; погибли около 28 тыс. человек | |
1912 | П-ов Аляска, в северной части Алеутского хребта, США | Крупнейшее извержение 20 в. – 13 км3 магмы. Извержение плинианского типа; продолжалось 60 ч и сформировало долину Десяти тысяч дымов. Жертв не было | |
1980 | Каскадные горы, США | Извержение плинианского типа с объёмом магмы около 1 км3, сопровождавшееся обрушением постройки вулкана. Колонна пепла достигала высоты 25 км. 35 человек погибли и 23 пропали без вести | |
1985 | Северные Анды, Колумбия | Плинианское извержение (объём магмы около 1 км3, высота пепловой колонны до 31 км). Вызвало таяние снеговой шапки вулкана и катастрофический лахар, уничтоживший город Армеро с населением 23 тыс. человек | |
1991 | О. Лусон, Филиппины | Крупное извержение. Объём магмы 4,5 км3 | |
2010 | Исландия | Выброс облака пепла прервал авиасообщение над Западной Европой и некоторыми регионами Северной Америки |
Катастрофическое извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль (Исландия). 2010.
Причины деятельности вулканов
В процессе вулканизма, тесно связанного с магматизмом, Земля «сбрасывает» свои «критические» запасы энергии, а вулканы служат своеобразными естественными «предохранительными клапанами» планеты. Причины деятельности вулканов зависят от геодинамических обстановок. В зонах перехода океан – континент, где происходит поддвиг океанических литосферных плит под континентальные (субдукция), вулканические извержения происходят в результате подъёма свежего мантийного вещества, продуктов избирательного плавления пород погружающихся плит и вторично активизированных магматических очагов, которые ранее питали действовавшие вулканы.
В активных рифтовых зонах срединно-океанических хребтов вулканическая деятельность связана с многократным подъёмом порций расплавов базальтов из верхней мантии Земли, после застывания которых возникают полосы новообразованного океанического дна. Вулканизм внутри океанических плит (вулканизм горячих точек), приводящий к формированию подводных вулканов и вулканов-островов, возникает при наличии восходящих потоков мантийного вещества (мантийных плюмов, или струй) и вихревых структур, способствующих подъёму магматического расплава. В континентальных рифтах деятельность вулканов обусловлена плавлением вещества мантии Земли (в условиях декомпрессии в связи с расколом земной коры) или подъёмом мантийного диапира (формированием выступа астеносферы). Подъём магмы на больших глубинах, вероятнее всего, происходит под действием гидростатических сил; в верхних горизонтах земной коры – в результате интенсивной дегазации магмы, в некоторых случаях – взаимодействия её с подземными водами, приводящего к газово-взрывным извержениям.
Практическое значение вулканов. Мониторинг
Вулканы служат источником тепла (см. в статье Геотермальные ресурсы), однако представляют потенциальную опасность, поэтому проводятся систематические наблюдения, позволяющие предсказать будущие извержения. Комплекс прогнозных работ включает регистрацию и анализ движений земной коры, землетрясений, электромагнитных аномалий, акустических явлений, изменений состава и интенсивности выделения фумарольных газов.