Типы вулканических извержений

Рассмотренные жидкие, твердые и газообразные вулканические продукты, а также формы вулканических построек образуются в результате извержений различного типа, обусловленных химическим составом магмы, ее газонасыщенностью, температурой и вязкостью. Существуют различные классификации вулканических извержений, среди которых выделяются общие для всех типы.

Гавайский тип извержений характеризуется выбросами очень жидкой, высокоподвижной базальтовой лавы, формирующей огромные плоские щитовые вулканы. Пирокластический материал практически отсутствует, часто образуются лавовые озера, которые, фонтанируя на высоту в сотни метров, выбрасывают жидкие куски лавы типа "лепешек", создающие валы и конусы разбрызгивания. Лавовые потоки небольшой мощности растекаются на десятки километров.

Стромболианский тип (от вулкана Стромболи на Липарских островах к северу от Сицилии) извержений связан с более вязкой основной лавой, которая выбрасывается разными по силе взрывами из жерла, образуя сравнительно короткие и более мощные потоки. При взрывах формируются шлаковые конусы и шлейфы крученых вулканических бомб. Вулкан Стромболи регулярно выбрасывает в воздух "заряд" бомб и кусков раскаленного шлака.

Плинианский тип (вулканический, везувианский) извержений получил свое название по имени римского ученого Плиния Старшего, погибшего при извержении Везувия в 79 г. н. э., уничтожившего три больших города - Геркуланум, Стабию и Помпеи. Характерной особенностью извержений этого типа являются мощные, нередко внезапные взрывы, сопровождающиеся выбросами огромного количества тефры, образующей пепловые и пемзовые потоки. Именно под высокотемпературной тефрой были погребены Помпеи и Стабия, а Геркуланум завален грязекаменными потоками – лахарами. В результате мощных взрывов близоповерхностная магматическая камера опустела, вершинная часть Везувия обрушилась и образовалась кальдера, в которой через сто лет вырос новый вулканический конус - современный Везувий. Плинианские извержения весьма опасны и происходят внезапно, часто без всякой предварительной подготовки. К этому же типу относится грандиозный взрыв в 1883 г. вулкана Кракатау в Зондском проливе между о-вами Суматра и Ява, звук, от которого был слышен на расстоянии до 5000 км, а вулканический пепел достиг почти стокилометровой высоты. Извержение сопровождалось возникновением огромных (25–40 м) волн в океане - цунами, в которых в прибрежных районах погибло около 40 000 человек. На месте группы островов Кракатау образовалась гигантская кальдера.

Рис.10.4. Схема, показывающая различия при извержении пеплового потока (А) и обычного эксплозивного (пеплового) извержения (Б) (по А. Риттману)

Пелейский тип извержений характеризуется образованием грандиозных раскаленных лавин или палящих туч, а также ростом экструзивных куполов чрезвычайно вязкой лавы. Свое название этот тип получил от вулкана Мон-Пеле на острове Мартиника в группе Малых Антильских островов, где 8 мая 1902 г. взрывом была уничтожена вершина дремавшего до этого вулкана и вырвавшаяся из жерла тяжелая раскаленная туча гигантских размеров в мгновение ока уничтожила город Сен-Пьер с 40000 жителей. Палящая туча состояла из взвеси в горячем воздухе раскаленных обломков пепла, пемзы, кристаллов, вулканических пород. Обладая высокой плотностью, эта масса, как лавина, с огромной скоростью устремилась вниз по склону вулкана. После извержения из жерла начала выдвигаться экструзивная "игла" вязкой магмы, которая, достигнув высоты в. 300 м, скоро разрушилась.

Извержение такого же типа произошло 30 марта 1956 г. на Камчатке, где грандиозным взрывом была уничтожена вершина вулкана Безымянного. Пепловая туча поднялась на высоту 40 км, а по склонам вулкана сошли раскаленные лавины, оставив после себя плащи пепла и пемзовые лапилли, которые, растопив обильные снега, дали начало мощным грязевым потокам. Высокая подвижность палящих туч достигается за счет выделения газов из раскаленных частиц, которые поддерживаются давлением газа, подобно кораблю на воздушной подушке.

Газовый тип извержений, при котором выбрасываются в воздух лишь обломки уже твердых, более древних пород, обусловлен либо магматическими газами, либо связан с перегретыми грунтовыми водами. В последнем случае извержения называются фреатическими.

Извержения пепловых потоков были широко распространены в недавнем геологическом прошлом, но в классическом виде не наблюдались человеком. В какой-то мере такие извержения должны напоминать палящие тучи или раскаленные лавины (рис. 10.4). В любом случае на поверхность поступает магматический расплав, который, вскипая, подобно молоку, разрывается и раскаленные лапилли пемзы, обломочки стекла, минералов, окруженные раскаленной газовой оболочкой, с огромной скоростью движутся по минимальным уклонам. По существу, это своеобразный высокотемпературный "аэрозоль". Возможным примером подобных извержений могло быть извержение в 1912 г. в районе вулкана Катмай на Аляске, когда из многочисленных трещинных жерл излился пепловый поток, распространившийся примерно на 25 км вниз по долине, имея мощность около 30 м. В центральной части потока частицы оказались слабо сваренными, а из потока долгое время поднимался пар, за что долина и получила название "Десяти тысяч дымов". Важно подчеркнуть, что объем пепловых потоков, может достигать десятков и сотен км³, что говорит о быстром опорожнении очагов с кислым расплавом.

Нередко извержения разного типа происходят в мелководных условиях - в океанах и морях. Тогда их отличает образование огромного количества пара, возникающего от соприкосновения горячей магмы с водой. Такие извержения называются гидроэксплозивными.

Поствулканические явления

После извержений, когда активность вулкана либо прекращается навсегда, либо он только "дремлет" в течение тысяч лет, на самом вулкане и в его окрестностях сохраняются процессы, связанные с остыванием магматического очага и называемые поствулканическими.

Выходы вулканических газов на поверхность называются фумаролами (от лат. "фумо" – дым). Очень часто фумаролы приурочены к радиальным и кольцевым трещинам на вулканах. Фумарольные газы связаны как с первичными эманациями из магматического расплава, так и с нагреванием грунтовых вод и превращением их в пар. Фумаролы подразделяются на сухие высокотемпературные, кислые, щелочно-нашатырные, сернистые, или сероводородные (сольфатары, итал. "сульфур" - сера), углекислые (мофеты, от итал. "мофетта" - место зловонных испарений). Знаменитые фумаролы вулкана Сольфатара около Неаполя действуют уже тысячи лет без изменения. Мофеты, располагающиеся в котловинах, опасны для жизни, так как, будучи тяжелее воздуха, СО₂ скапливается в их придонной части, что служит причиной гибели людей и животных.

Горячие источники, или термы, широко распространены в областях современного и новейшего (плиоцен-четвертичного) вулканизма. Однако не все термы связаны с вулканами, так как с глубиной температура увеличивается и в районах с повышенным геотермическим градиентом циркулирующая атмосферная вода нагревается до высоких температур. Горячие источники вулканических областей, например в Йеллоустонском парке США, в Италии, Новой Зеландии, на Камчатке, на Кавказе, обладают изменчивым составом воды и разной температурой, поскольку грунтовые воды смешиваются в разной пропорции с вулканическими газами и по-разному реагируют с вмещающими породами, через которые они просачиваются на глубину. Воды бывают натриево-хлоридными, кислыми сульфатно-хлоридными, кислыми сульфатными, натриево- и кальциево-бикарбонатными и др. Нередко в термальных водах содержится много радиоактивных веществ, в частности радона. Горячие воды изменяют окружающие породы, откладывая в них окислы и сульфиды железа и изменяя их до глины, превращающейся в кипящую грязь, как, например, в районе Паужетки на Камчатке, где известны многочисленные булькающие "котлы" с красноватой грязью температурой около +100^oС. Часто вокруг источников накапливаются отложения кремниевой накипи или туфа, а если воды содержат карбонат кальция, то откладывается известковый туф.

Гейзеры – это горячие источники, вода которых периодически фонтанирует и выбрасывается вверх на десятки метров. Свое название такие источники получили от Великого Гейзера в Исландии, струя которого 200 лет назад била вверх на 60 м каждые полчаса. Ряд гейзеров, несомненно, связан с вулканическими районами, например, в Исландии, на Камчатке, в Индонезии, Кордильерах Северной Америки, Японии и других местах. Высота фонтана у гейзеров, так же как и температура воды на выходе, сильно различается, но последняя обычно колеблется в пределах от +75 до +100^oС. Характерной чертой гейзеров является их короткая жизнь, часто они "умирают" за счет обвалов стенок канала, понижения уровня грунтовых вод и т. д. Наиболее грандиозным гейзером был Уаймангу (что значит "Крылатая вода") в Новой Зеландии, существовавший всего 5 лет и выбрасывавший мощный фонтан почти на полкилометра вверх. Интервалы между извержениями у гейзеров варьируют от первых минут до многих часов и дней. Большое количество растворенных веществ в горячей воде гейзеров откладывается вокруг их устья, образуя скопления гейзеритов.

Каким образом действует гейзер? Наиболее удовлетворительный механизм его функционирования, предложенный еще в прошлом веке, заключается в том, что в трубообразном канале, заполненном водой, нижняя часть ее столба нагревается выше точки кипения. Однако вес столба воды предотвращает вскипание. Наконец, кипение все же начнется в каком-то месте и ряд расширяющихся пузырей вытолкнет часть воды из столба, что сразу же вызовет падение давления внизу столба воды, и мгновенно начнется бурное кипение. Процесс идет лавинообразно, пока вся вода не превратится в пар и он не вытолкнет вверх всю горячую воду. Затем канал вновь наполнится водой, она нагреется и процесс начнется сначала.

Геотермальная энергия – это важная сторона использования вулканического тепла. Электростанции, работающие на естественном перегретом паре, действуют в Италии (Лардерелло в Тоскане), Исландии (около Рейкьявика), Калифорнии, на Северном острове Новой Зеландии, в районе Паужетки на Южной Камчатке и в ряде других мест. Сочетание благоприятных для выработки электроэнергии условий – высокое давление пара, температура выше точки кипения воды, большой ее приток – встречается не так уж часто. Проблемы возникают и из-за очень быстрой коррозии металлических труб агрессивными горячими водами, которые к тому же откладывают на стенках труб карбонат кальция и кремнезем, закупоривая их. Горячие воды используются для обогрева жилищ, парников и теплиц.