Извержение вулкана

Извержение вулкана — это процесс выброса на поверхность Земли (или другого небесного тела) из недр планеты раскалённого магматического расплава, вулканических газов, твёрдых обломочных пород (пирокластического материала) и водяного пара. Извержение является финальной стадией вулканической активности, которая происходит, когда давление магмы в магматическом очаге превышает прочность перекрывающих пород. В зависимости от состава магмы, её вязкости и содержания газов, извержения могут быть спокойными (эффузивными) или взрывными (эксплозивными), а также иметь различные типы и формы проявления.

Причины и механизм извержения

Основной причиной извержения является подъём магмы к поверхности. Магма образуется в мантии или земной коре на глубинах от 50 до 200 км. Будучи менее плотной, чем окружающие твёрдые породы, она стремится вверх. Подъём магмы происходит по разломам и трещинам, которые образуют магматические каналы. В магме растворены летучие компоненты — вода, углекислый газ, диоксид серы, хлороводород и другие. При подъёме магмы давление падает, и газы переходят в газообразное состояние, образуя пузырьки. Этот процесс, называемый дегазацией, резко увеличивает объём магмы и её внутреннее давление. Когда давление газов становится достаточным, чтобы разрушить вышележащие породы, происходит извержение.

Выделяют несколько стадий вулканического процесса:

1. Активизация — сейсмические толчки, деформация земной поверхности, изменение состава фумарольных газов.
2. Эруптивная фаза — непосредственный выброс магмы, пепла, газов и обломков пород.
3. Затухание — постепенное снижение активности, выделение газов, образование лавовых потоков.

Типы извержений

Классификация извержений основана на характере извергаемого материала, его вязкости и газонасыщенности. Наиболее распространённая система названа по именам известных вулканов.

Эффузивные (спокойные) извержения

• Гавайский тип. Характеризуется излиянием жидкой, низковязкой базальтовой лавы, которая образует обширные лавовые поля и щитовые вулканы. Извержения часто сопровождаются фонтанированием лавы из трещин и центрального кратера. Взрывная активность минимальна. Пример: вулканы Килауэа и Мауна-Лоа (Гавайские острова).
• Исландский тип. Извержение происходит из длинных трещин (трещинные извержения). Лава растекается на большие площади, образуя лавовые плато. Характерен для Исландии и других регионов с рифтовым вулканизмом.

Эксплозивные (взрывные) извержения

• Стромболианский тип. Извержения происходят с периодическими взрывами, которые выбрасывают раскалённые шлаки, бомбы и вулканический пепел. Лава более вязкая, чем при гавайском типе, но не настолько, чтобы закупорить жерло. Вулкан Стромболи (Италия) является классическим примером.
• Вулканианский тип. Характеризуется более мощными взрывами, которые выбрасывают большое количество пепла и вулканических бомб. Лава очень вязкая, часто образует пробку в жерле, которая разрушается при взрыве. Пример: извержения вулкана Вулькано (Италия).
• Плинианский тип. Наиболее мощный и разрушительный тип извержений. Сопровождается выбросом огромного объёма пепла, газов и пирокластического материала на высоту до 50 км, образуя эруптивную колонну. Характеризуется образованием пирокластических потоков — раскалённых смесей газа, пепла и обломков пород, движущихся со скоростью до 700 км/ч. Назван в честь извержения Везувия в 79 году н. э., уничтожившего Помпеи. К плинианскому типу относят извержения вулканов Сент-Хеленс (1980), Пинатубо (1991), Кракатау (1883).
• Пелейский тип. Извержение, при котором очень вязкая лава выдавливается из жерла в виде купола или иглы. Взрывы могут разрушать этот купол, порождая направленные взрывы и пирокластические потоки. Пример: извержение вулкана Мон-Пеле (1902) на Мартинике.
• Фреатический (гидротермальный) тип. Извержение, вызванное контактом магмы с грунтовыми водами или поверхностными водоёмами. Вода мгновенно превращается в пар, вызывая мощный взрыв, который выбрасывает обломки пород, но не магму. Пример: извержение вулкана Кракатау (1883) частично имело фреатический характер.

Смешанные и особые типы

• Суртсейанский тип. Извержение, происходящее в мелководных морях или озёрах. Вода, попадая в жерло, вызывает сильные взрывы, формируя туфовые конусы.
• Подлёдный тип. Извержение под ледником. Таяние льда приводит к образованию паровых взрывов и формированию столовых гор (туйя).

Продукты извержения

Извержение вулкана производит три основных типа продуктов:

1. Лава — магма, излившаяся на поверхность. В зависимости от состава и вязкости образует различные формы: аа-лава (шероховатая, глыбовая), пахоэхоэ (гладкая, волнистая), подушечная лава (образуется при подводных извержениях).
2. Пирокластический материал — обломки пород и застывшей магмы, выбрасываемые в воздух. Классифицируется по размеру:

• Вулканический пепел (менее 2 мм) — мельчайшие частицы, способные распространяться на тысячи километров.
• Лапилли (2–64 мм) — округлые или угловатые обломки.
• Вулканические бомбы (более 64 мм) — застывшие в воздухе куски лавы, часто имеющие веретенообразную форму.
• Вулканические глыбы — угловатые обломки твёрдых пород.

1. Вулканические газы — главным образом водяной пар (70–90%), углекислый газ, диоксид серы, сероводород, хлороводород, фтороводород. Выделяются как во время извержения, так и в периоды покоя (фумаролы).

Вулканическая опасность и последствия

Извержения вулканов представляют серьёзную угрозу для жизни и инфраструктуры. Основные опасные явления:

• Пирокластические потоки — наиболее смертоносное явление. Они движутся с огромной скоростью, уничтожая всё на своём пути.
• Лахары — грязевые потоки, образующиеся при смешивании вулканического пепла с водой (от таяния ледников, ливней или прорыва кратерных озёр). Могут двигаться на десятки километров.
• Пепел и тефра — выпадение пепла приводит к разрушению зданий (особенно под тяжестью мокрого пепла), загрязнению воды, уничтожению посевов, нарушению работы авиации (пепел вызывает отказ двигателей самолётов).
• Вулканические газы — токсичные газы (особенно диоксид серы и фтороводород) могут вызывать отравление людей и животных, а также кислотные дожди.
• Цунами — подводные извержения или обрушение склонов вулкана могут порождать цунами.
• Изменение климата — крупные извержения (например, Тамбора в 1815 году, Пинатубо в 1991 году) выбрасывают в стратосферу огромное количество диоксида серы, который образует аэрозольный слой, отражающий солнечный свет и приводящий к глобальному похолоданию на 1–2 года.

Известные извержения в истории

• Извержение Везувия (79 год н. э.) — плинианское извержение, уничтожившее города Помпеи, Геркуланум и Стабии. Погибло около 16 000 человек.
• Извержение Кракатау (1883) — катастрофическое извержение вулкана в Индонезии, вызвавшее цунами высотой до 40 м. Погибло около 36 000 человек. Взрыв был слышен на расстоянии 3500 км.
• Извержение вулкана Мон-Пеле (1902) — пелейское извержение, уничтожившее город Сен-Пьер на Мартинике. Погибло около 30 000 человек.
• Извержение вулкана Сент-Хеленс (1980) — крупное извержение в США, приведшее к обрушению северного склона вулкана и образованию мощного бокового взрыва.
• Извержение вулкана Пинатубо (1991) — одно из крупнейших извержений XX века, выбросившее в атмосферу 20 млн тонн диоксида серы, что привело к глобальному похолоданию на 0,5 °C.
• Извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль (2010) — извержение в Исландии, вызвавшее крупнейший с 1945 года сбой в авиасообщении Европы из-за облака вулканического пепла.

Мониторинг и прогнозирование

Современная вулканология использует комплекс методов для прогнозирования извержений:

• Сейсмический мониторинг — регистрация землетрясений, связанных с движением магмы.
• Геодезический мониторинг — измерение деформаций земной поверхности (наклон, поднятие) с помощью GPS и спутниковой радарной интерферометрии.
• Газовый мониторинг — анализ состава фумарольных газов, увеличение содержания диоксида серы и углекислого газа часто предшествует извержению.
• Термальный мониторинг — измерение температуры кратера и склонов вулкана с помощью спутников и тепловизоров.
• Гидрологический мониторинг — наблюдение за уровнем и химическим составом кратерных озёр и грунтовых вод.

Несмотря на успехи, точное прогнозирование времени и силы извержения остаётся сложной задачей. Вулканы, находящиеся в состоянии покоя, могут неожиданно активизироваться.

Источники

1. Вулканология / под ред. В. А. Апродова. — М.: Наука, 1982.
2. Сигурдссон, Х. (ред.). Энциклопедия вулканов. — Academic Press, 2015.
3. Котляков, В. М. (ред.). Гляциологический словарь. — Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
4. Данные Геологической службы США (USGS) по вулканической опасности.
5. Данные Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН.