Сайт учителя физической культуры Костенюк Ларисы Викторовны

Извержения вулканов

Вулкан, геологическое образование, формирующиеся над каналами и трещинами в земной коре, по которым на земную поверхность извергаются лава, пепел, горячие газы, пары воды и обломки пород. Вулканы различают по характеру деятельности – действующие (выделяющие горячие газы и воды), уснувшие (под ними происходят локальные землетрясения) и потухшие (разрушенные, размытые, без проявления вулканической деятельности); по характеру вулканической постройки – центрального типа (стратовулканы), образующие конусы, такие, как Фудзияма и Ключевская сопка; щитовые вулканы, лава из которых изливается, образуя обширные базальтовые щиты (вулканы Гавайских островов); трещинные (линейные), вулканы – лава изливается из трещины в земной коре, покрывая обширные пространства (трещины Лаки в Исландии); маары – плоскодонные впадины, образовавшиеся в результате газовых взрывов;по характеру и типу извержений – эффузивные (от лат.effusio – «разлитие»), при которых магма  спокойно изливается на поверхность, образуя лавовые потоки, эксплозивные, при которых из магмы быстро выделяются газы, и она как бы вскипает и разрывается, и экструзивные при которых относительно холодная и вязкая магма выдавливается на поверхность.

Строение вулкана:

• магматический источник – находится в верхней части мантии или земной коре;
• жерло – вулканический канал, по которому магма выходит на поверхность;
• конус – возвышенность на поверхности Земли, образованная из продуктов извержения;
• кратер – чашеобразная впадина, расположенная на вершине сооружения.

Извержение вулкана — это процесс выброса вулканом на земную поверхность раскалённых обломков (вулканические бомбы и лапилли), пепла, излияние лавы. В то время как бо́льшая часть вулканических извержений представляет опасность только для окружающих вулкан районов, крупнейшие извержения на Земле приводили к серьёзным региональным и даже глобальным последствиям, влияя на климат и способствуя массовым вымираниям. В целом вулканические извержения можно разделить на взрывные извержения, для которых характерен внезапный выброс породы и пепла, и лавовые извержения, выброс рыхлых пирокластических продуктов при которых практически отсутствует.

Вулканизм – явления, связанные с перемещением магмы в земной коре и на её поверхности.

Вулканоло́гия (от лат. Vulcanus — Вулкан, бог огня у древних римлян + др.-греч. λόγος — «слово, учение») — наука, изучающая процессы и причины образования вулканов, их развитие, строение и состав продуктов извержения, изменение характера их деятельности, а также закономерности размещения вулканов на поверхности Земли.

Практическая цель вулканологии — разработка методов предсказания извержений и использование вулканического тепла горячих вод и пара для нужд народного хозяйства.

Показатель вулканической эксплозивности (VEI — англ. VolcanicExplosivityIndex) — показатель силы извержения вулкана, основанный на оценке объёма извергнутых продуктов (тефра) и высоте столба пепла. Предложен К. Ньюхоллом (C.A.Newhall) и С. Селфом (S. Self) в 1982 году для оценки воздействия извержений на земную атмосферу.

Диапазон изменения: от нуля — для извержений, с объёмом выбросов менее 10 тыс. м³, до восьми — для извержений, выбрасывающих в атмосферу более 1000 км³ пепла и высотой столба пепла более 25 км.

Извержения с показателем VEI 6 баллов и более могут вызывать эффект вулканической зимы — заметного похолодания в планетарном масштабе.

Продукты извержения вулканов

Вулканические продукты при извержениях бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Газообразные продукты или летучие, заключенные в расплаве, служат тем «движителем», который вызывает извержениеи играют решающую роль при вулканических извержениях, состав их весьма сложен и изучен далеко не полностью из-за трудностей с определением состава газовой фазы в магме, находящейся глубоко под поверхностью Земли. По данным прямых измерений, в различных действующих вулканах среди летучих содержатся водяной пар, диоксид углерода (СО₂), оксид углерода (СО), азот (N₂), диоксид серы (SO₂), оксид серы (III) (SO₃), газообразная сера (S), водород (H₂), аммиак (NH₃), хлористый водород (HCL), фтористый водород (HF), сероводород (H₂S), метан (CH₄), борная кислота (Н₃ВО₂), хлор (Cl), аргон и другие, хотя преобладают Н₂О и СО₂. Присутствуют хлориды щелочных металлов, а также железа. Состав газов и их концентрация очень сильно меняются в пределах одного вулкана от места к месту и во времени, зависят они и от температуры и в самом общем виде от степени дегазации мантии, т.е. от типа земной коры.

Жидкие вулканические продукты представлены лавой – магмой, вышедшей на поверхность и уже сильно дегазированной.Главные свойства лавы – химический состав, вязкость, температура, содержание летучих – определяют характер извержений, форму и протяженность лавовых потоков. Шире всего распространены основные - базальтовые лавы и в настоящее время наиболее крупные объемы единовременно излившихся лав также принадлежат базальтам.Базальтовые лавы при выходе на поверхность имеют высокую до 1100-1200ºС температуру и малую вязкость. Такие жидкие, подвижные лавы текут со скоростью до 60 км/ч при небольших уклонах, образуя лавовые «реки». Если рельеф слабо расчлененный, то жидкие базальты образуют обширные покровы.Остывающие базальтовые лавы, первоначально нагретые до +1100º С, еще могут течь даже при температуре +700º С.

Более кислые, вязкие и низкотемпературные лавы - андезиты, дациты, риолиты - образуют сравнительно короткие и мощные потоки, обладающие вполне закономерным строением. Лавовый поток, быстро остывая с поверхности, покрывается коркой с глыбами. Эта корка, достигая фронтальной части потока, обрушивается вниз, формируя раскаленную осыпь.

Твердые и частично первоначально жидкие вулканические продукты, имеющие различную форму и размеры, образуются во время взрывных извержений. В зависимости от силы газовых взрывов и состояния вулканического материала – жидкого или твердого – происходит либо разбрызгивание расплава, либо его разрыв и распыление на значительном пространстве.Они подразделяются на:

• вулканические блоки и бомбы – куски застывшей лавы, выброшенные при извержении вулкана. Масса блоков может достигать 30 тонн. Бомбы могут иметь объём более 1 м. куб., но чаще всего с человеческую голову;
• шлаки – фрагменты пенистой лавы размером около 10 см.;
• скория – фрагменты пористой лавы величиной с грецкий орех, застывшей на воздухе;
• лапилли (итал. камешек) – округлые и угловатые вулканические выбросы размером от горошины до ореха, состоящие из раздробленной лавы;
• вулканический песок – мелкозернистый материал;
• туф – сцементированный вулканический пепел, осевший на сушу;
• туффит – вулканический пепел, осевший на воду;
• пемза – пористая порода, образующаяся в результате вспучивания и быстрого застывания лавы;
• пирокластические породы – обломочные породы, образовавшиеся в результате накопления обломочного материала, выброшенного при извержении вулкана.

Распределение вулканов по земной поверхности

На земле существует около 1350 вулканов. Большинство из них расположено вдоль побережья Тихого океана. Этот «Тихоокеанский огненный пояс» начинается на южной оконечности Южной Америки – Огненной земле, проходит по Андам до Центральной Америки и по Каскадным горам Северной Америки до Аляски. Далее этот пояс идёт по Алеутским островам, полуострову Камчатка и Курильским островам до Японии. К югу от Филиппин на Молуккских островах он делится на две ветви. Одна ветвь идёт дальше по краю Тихого океана через Новую Гвинею и острова Океании, а другие вдоль Индонезии на Суматру.

Имеется также несколько характерных концентраций вулканов в Восточной Африке между Танзанией и Красным морем, на острове Исландия и в бассейне Средиземного моря, а также на Гавайях и Карибских островах.

Положительные аспекты существования вулканов

Мелкий вулканический пепел, богатый соединениями фосфора, калия, кальция и магния, служит прекрасным минеральным удобрением. Плодородные земли вокруг вулканов охотно используются фермерами. На Индонезийских островах Ява и Бали жители три раза в год снимают урожай риса. На восточной Яве у подножия вулканического массива находятся плантации сахарного тростника. Из газа, выделяющегося из яванского вулкана Кавах-Идьен, добывается сера высокой чистоты в количествах, достаточных для промышленной эксплуатации и производства серной кислоты. Неудивительно, что окрестности вулканов имеют высокую плотность населения.

Жерла старых потухших вулканов не без основания интересовали горняков. Они богаты рудами железа, цинка, меди, олова, вольфрама, молибдена, ртути, мышьяка, а также золота и серебра, которые попали туда из недр земной коры, часто в количествах, пригодных для эксплуатации. Некоторые полезные ископаемые имеют большое значение как строительные материалы. Твёрдый базальт идёт на дорожное покрытие, лёгкая пемза используется для полировки, шлифовки, мытья, либо как наполнитель в производстве лёгкого бетона.

Последствия извержения вулканов

Чем гуще лава, тем опасней и непредсказуемей извержения вулканов, когда жерло вулкана «закупорено». Такие извержения сопровождаются большим количеством вулканических бомб, ярким заревом,оглушительными взрывами.

Как у любой чрезвычайной ситуации извержения вулканов имеют свои опасные явления, прямо или косвенно связанные с извержениями. К ним относятся:

• раскалённые лавовые потоки – жидкие обычно имеют толщину менее 5-ти м., средняя скорость течения – 40 км/ч., могут проходить путь до десятков километров и покрывать площадь до сотен квадратных километров; толщина вязких потоков достигает десятков метров, скорость распространения значительно ниже жидких, иногда лишь несколько метров в сутки;
• палящие лавины (пирокластические потоки) – состоят из глыб песка, пепла, и вулканических газов с температурой до +700º С распространяются со скоростью до 150 – 200 км/ч и проходят путь длиной до 10 – 20 км.;
• тучи пепла и газов – выбрасываются в атмосферу в среднем на высоту 15 – 20 км (до 100 км.), толщина слоя пепла откладывающегося вблизи вулкана может быть выше 10 м., а на расстоянии 100 – 200 км. – 1м.; вулканические газы ядовиты сами по себе, а вступая в реакцию с атмосферной водой приводят к образованию кислотных осадков;
• взрывная волна и разброс обломков – при взрыве, направленном в сторону, ударная волна с температурой до нескольких сотен градусов может сохранять свою разрушительную силу на расстоянии до 20 км., вулканические бомбы при этом могут отлетать на расстояние до 25 км. при вертикальном выбросе до 5 км.;
• водяные и грязекаменные потоки – скорость движения может достигать 100 км/ч. и проходить путь до 300 км.покрывая при этом площадь до сотен квадратных километров. Источниками воды могут служить сама магма, кратерные озёра, снежно-ледяной покров вулканов, а также грозовые ливни, вызываемые извержениями;
• резкие колебания климата – обусловлены изменением теплофизических свойств атмосферы из-за её загрязнения вулканическими газами и аэрозолями. Примесь диоксида углерода и силикатных частиц может создавать парниковый эффект, ведущий к потеплению климата.

Признаками приближающегося извержения являются:

• подземный гул;
• изменение магнитного поля вблизи вулкана;
• вулканические землетрясения;
• повышение температуры воды в близ лежащих водоёмах и сильный запах серы исходящий из них;
• пыль из мельчайших частиц пемзы, висящая в воздухе а также газы и пепел, которые вулкан выбрасывает время от времени.

Защита людей и народного хозяйства от губительных последствий катастрофических извержений может быть пассивной и активной.

Пассивная защита заключается в проведении вулканического районирования, чтобы принять меры по охране людей и уменьшить бедствия, приносимые извержениями, а также в предсказании места и времени начала извержения.

Главная задача вулканического районирования – выявить и определить опасные для жизни людей и народного хозяйства зоны, ознакомить с ними население и дать рекомендации соответствующим учреждениям, ведающим размещением населённых пунктов и строительством. На картах выделяются и оконтуриваются опасные и относительно опасные зоны. Указываются возможные пути движения лавовых и грязевых потоков, раскалённых туч и горячих лавин, если такие отмечались при более ранних извержениях. Если в опасных и относительно опасных зонах существуют населённые пункты, на карте фиксируют и пути эвакуации их жителей.

В настоящее время в результате всесторонних комплексных наблюдений за состоянием вулканов довольно успешно решается вопрос прогнозирования вулканических извержений. Вулканологи заметно продвинулись вперёд в предсказывании возможных извержений. Почти на всех известных вулканах появились специальные станции, оборудованные современными приборами, где круглосуточно ведётся наблюдение за состоянием вулкана: замеряется температура пород, проводится химический анализ газов, прослушивается кратер вулкана – с помощью чутких слуховых аппаратов анализируют доходящие из недр Земли звуки.

Температура, состав и эти шумы дают разнообразную информацию, предупреждающую о возможном извержении.

Есть у геологов и ещё одно оружие в борьбе с опасностью: метр за метром, сантиметр за сантиметром исследуют они поверхность горы. Установлено, что перед тем, как проснуться, конус расширяется, словно вбирает в себя воздух под воздействием газов, выделяющихся при охлаждении поднимающейся из недр магмы. С помощью лазерного луча, регистрирующего отклонение до 0,03 мм, учёные определяют, не изменил ли своего положения хотя бы один камушек. Если замечена перемена, значит, готовится новое извержение. Воспрепятствовать ему пока, разумеется, невозможно, но предупреждение вулканологов может спасти жизнь многим людям.

Активная защита особенно необходима в тех местах, где уже существуют города, крупные селения или какие-либо жизненно важные сооружения.

К мерам активной защиты относятся следующие:

1.  Бомбардировка авиацией, артиллерией или ракетами стен кратеров, бортов лавовых потоков и долинок или ложбинок.

2.      Создание дамб и других искусственных сооружений.

3.      Проведение туннелей к кратеру для спуска накапливающейся в нём воды. Могут быть предложены и другие меры. В каждом конкретном случае необходимо решать, какие меры защиты лучше всего принять в данный момент.

Вулканы, в кратерах которых между извержениями накапливаются десятки миллионов кубических метров воды, весьма опасны образованием мощных грязевых потоков. Чтобы воспрепятствовать этому, нужно не давать воде накапливаться в кратере. Необходимо её дренировать. С этой целью в Индонезии на вулкане Келуд выстроено семь горизонтальных туннелей от кратера до специально проделанной шахты. Самый верхний туннель идёт через вершину шахты к наружному склону вулкана. Остальные туннели проведены только до шахты. В этой системе есть ещё один горизонтальный туннель от самой нижней части шахты до склона вулкана. Таким образом, по мере накопления воды в кратерном озере она должна постепенно стекать по туннелям и шахте на склон вулкана.

Большую опасность представляет вулканический пепел накапливающийся на крышах домов и надводной части судов. В силу своей тяжести он способен, в первом случае, привести к обрушению зданий, а во втором к опрокидыванию судна (оверкиль) вследствие значительного смещения центра тяжести судна вверх. В связи с этим необходимо постоянно сбрасывать пепел с крыш домов и поверхности судов.

«Примерные правила защиты от вулканических извержений» учитывают:

·во-первых, последовательность изменений характера извержения, зависящих от эволюции вулканической активности данного вулкана;

·во-вторых, обязанности вулканологической службы и административных властей, в чьё ведение входят территории, подвергающиеся опасности в случае извержения.

Функции вулканологической службы и административных властей разделяются. Первая в случае предстоящего извержения занимается в начальную стадию наблюдениями и всесторонним изучением вулкана и его окрестностей с помощью разнообразных геофизических и химических аппаратов на постоянной центральной и временных подвижных вулканологических станциях; проводит демаркационные линии опасных зон, определяет наиболее удобные маршруты эвакуации, разрабатывает план проведения работ по активной защите.

Административная властьустанавливает сигнал тревоги и вместе с вулканологической службой готовит план эвакуации; производит защитные и предупредительные меры, предложенные вулканологической службой. Такая предварительная стадия подготовки к принятию мер по защите населения весьма важна, потому что ни пассивная, ни активная защита не могут быть осуществлены без полного познания «врага», его привычек и ритма извержений. В таких случаях административная власть является «командующим фронтом», а вулканологическая служба – его «тайной разведкой». Поэтому задолго до непосредственной опасности вулканологи и административная власть должны работать в тесной связи и об этом нужно извещать местное население.

Алгоритм действия при извержении вулкана:

·  получив предупреждение о возможном извержении вулкана, не паниковать и своевременно покинуть опасную территорию. Если это невозможно, запаситесь источниками освещения и тепла с автономным питанием, водой, продуктами питания на 3–5 суток;

·  закройте все окна, двери и дымовые заслонки. Переведите животных в закрытые помещения. Для защиты дыхательных путей от пепла используйте марлевую повязку;

·  наденьте защитные очки и одежду, чтобы защитить тело и голову от камней, пепла, ожогов;

·  избегайте берегов рек и долин вблизи вулканов, старайтесь держаться возвышенных мест, так как возможно затопление и сход селевых потоков.

Поскольку перед извержением вулканов происходят землетрясения, то все правила поведения людей во время его актуальны и в случае извержения вулкана.