Пирокластический поток

Быстродвижущийся поток горячего газа и вулканического вещества, удаляющийся от вулкана.

Пирокластические потоки стекают по склонам вулкана Майон , Филиппины , 1984 год.

Пирокластический поток (также известный как поток пирокластической плотности или пирокластическое облако ) ^[1] представляет собой быстро движущийся поток горячего газа и вулканического вещества (вместе известный как тефра ), который течет по земле от вулкана со средней скоростью 100 км/ч (30 м/с; 60 миль в час), но способен развивать скорость до 700 км/ч (190 м/с; 430 миль в час). ^[2] Газы и тефра могут достигать температуры около 1000 ° C (1800 ° F).

Пирокластические потоки являются наиболее смертоносными из всех вулканических опасностей ^[3] и возникают в результате некоторых взрывных извержений ; обычно они касаются земли и несутся вниз по склону или распространяются вбок под действием силы тяжести. Их скорость зависит от плотности течения, скорости вулканической деятельности и уклона склона.

Происхождение термина

Пирокластические породы туфа Бишоп ; несжатый пемзой (слева), сжатый фиаммой (справа)

Слово пирокласт происходит от греческого πῦρ ( pýr ), что означает «огонь», и κλαστός ( klastós ), что означает «разбитый на куски». ^{[4] [5]} Название пирокластических потоков, которые светятся красным в темноте, — nuée ardente (по-французски «горящее облако»); в частности, это использовалось для описания катастрофического извержения горы Пеле в 1902 году на Мартинике , французском острове в Карибском море. ^{[6] [примечание 1]}

Пирокластические потоки, которые содержат гораздо более высокую долю газа в породе, известны как «потоки полностью разбавленной пирокластической плотности» или пирокластические волны . Более низкая плотность иногда позволяет им течь по более высоким топографическим объектам или воде, таким как хребты, холмы, реки и моря. Они также могут содержать пар, воду и камни при температуре менее 250 °C (480 °F); их называют «холодными» по сравнению с другими потоками, хотя температура все еще смертельно высока. Холодные пирокластические волны могут возникать, когда извержение происходит из жерла под мелководным озером или морем. Фронты некоторых пирокластических плотностных потоков полностью разбавлены; например, во время извержения горы Пеле в 1902 году полностью разреженное течение захлестнуло город Сен-Пьер и убило почти 30 000 человек. ^[7]

Пирокластический поток — это разновидность гравитационного течения ; в научной литературе его иногда называют PDC (ток пирокластической плотности).

Причины

Существует несколько механизмов, которые могут создавать пирокластический поток:

• Фонтанное обрушение колонны извержения в результате плинианского извержения (например, разрушение Геркуланума и Помпеи Везувием в 79 году нашей эры). При таком извержении материал, с силой выбрасываемый из жерла, нагревает окружающий воздух, и турбулентная смесь поднимается за счет конвекции на многие километры. Если извергающаяся струя не сможет достаточно нагреть окружающий воздух, конвекционные потоки не будут достаточно сильными, чтобы нести шлейф вверх, и он падает, стекая по склонам вулкана.
• Фонтанное обрушение колонны извержения, связанное с извержением Вулкана (например, вулкан Суфриер-Хиллз в Монтсеррате породил многие из этих смертоносных пирокластических потоков и волн). Газ и снаряды создают облако, которое плотнее окружающего воздуха и становится пирокластическим потоком.
• Пена в устье жерла при дегазации извергнутой лавы. Это может привести к образованию породы, называемой игнимбритом . Это произошло во время извержения Новарупты в 1912 году.
• Гравитационное обрушение лавового купола или позвоночника с последующими лавинами и потоками вниз по крутому склону (например, вулкан Суфриер-Хиллз в Монтсеррате, который стал причиной девятнадцати смертей в 1997 году).
• Направленный взрыв (или струя), когда часть вулкана обрушивается или взрывается (например, извержение горы Сент-Хеленс 18 мая 1980 г. ). По мере увеличения расстояния от вулкана это быстро трансформируется в гравитационный поток.

Размер и эффекты

Остатки здания в Франсиско-Леоне, разрушенные пирокластическими волнами и потоками во время извержения вулкана Эль-Чичон в Мексике в 1982 году. Арматурные стержни в бетоне погнулись в направлении потока.

Ученый исследует блоки пемзы на краю отложений пирокластического потока с горы Сент-Хеленс.

Слепки некоторых жертв в так называемом «Саде беглецов», Помпеи.

Объемы потока варьируются от нескольких сотен кубических метров до более чем 1000 кубических километров (240 кубических миль). Более крупные потоки могут распространяться на сотни километров, хотя ни одного такого масштаба не наблюдалось в течение нескольких сотен тысяч лет. Размер большинства пирокластических потоков составляет от одного до десяти кубических километров ( 1 ⁄ 4 – 2+1 ⁄ куб .  миль) и проехать несколько километров. Потоки обычно состоят из двух частей: базальный поток охватывает землю и содержит более крупные, крупные валуны и обломки горных пород, а над ним возвышается чрезвычайно горячий шлейф пепла из-за турбулентности между потоком и вышележащим воздухом, смешивая и нагревая холодный атмосферный воздух. вызывая расширение и конвекцию. ^[8]

Кинетическая энергия движущегося облака сметает деревья и здания на своем пути. Горячие газы и высокая скорость делают их особенно смертоносными, поскольку они мгновенно сжигают живые организмы или превращают их в обугленные окаменелости:

• Города Помпеи и Геркуланум в Италии, например, были охвачены пирокластическими волнами в 79 году нашей эры, что привело к гибели многих людей. ^[9]
• Извержение горы Пеле в 1902 году разрушило город Сен-Пьер на Мартинике . Несмотря на признаки надвигающегося извержения, правительство сочло Сен-Пьер безопасным из-за холмов и долин между ним и вулканом, но пирокластический поток обуглил почти весь город, убив всех, кроме трех из 30 000 его жителей. ^{[ нужна цитата ]}
• Пирокластический всплеск убил вулканологов Гарри Гликена , Катю и Мориса Краффтов и еще 40 человек на горе Унзен в Японии 3 июня 1991 года. другие стояли; он поглотил их, и трупы были покрыты пеплом толщиной около 5 мм ( 1 ⁄ дюйма  ). ^[10]
• 25 июня 1997 года пирокластический поток прошел вниз по Москито-Гаут на карибском острове Монтсеррат . Возникла большая, высокоэнергетическая пирокластическая волна. Этот поток не смог сдержать Гаут и вылился из него, в результате чего погибло 19 человек, находившихся в районе деревни Стритэм (которая была официально эвакуирована). Еще несколько человек в этом районе получили серьезные ожоги. ^{[ нужна цитата ]}

Взаимодействие с водой

Свидетельства извержения Кракатау в 1883 году , подкрепленные экспериментальными данными, ^[11] показывают, что пирокластические потоки могут пересекать значительные водоемы. Однако это может быть пирокластический всплеск , а не поток, поскольку плотность гравитационного течения означает, что он не может перемещаться по поверхности воды. ^[11] Один поток достиг побережья Суматры на расстоянии 48 километров (26 морских миль). ^[12]

Документальный фильм BBC 2006 года « Десять вещей, которые вы не знали о вулканах » ^[13] продемонстрировал испытания исследовательской группой из Кильского университета (Германия) пирокластических потоков, движущихся над водой. ^[14] Когда реконструированный пирокластический поток (поток в основном горячего пепла различной плотности) попал в воду, произошли две вещи: более тяжелый материал упал в воду, выпадая в осадок из пирокластического потока и в жидкость; температура пепла привела к испарению воды, продвигая пирокластический поток (теперь состоящий только из более легкого материала) по слою пара с еще большей скоростью, чем раньше.

Во время некоторых фаз извержения вулкана Суфриер-Хиллз на Монтсеррате пирокластические потоки были сняты на видео примерно в 1 км ( 1/2  мили) от берега. На них видно, как вода кипит, когда поток проходит через нее. Потоки в конечном итоге образовали дельту, занимавшую площадь около 1 км ² (250 акров). Другой пример наблюдался в 2019 году в Стромболи , когда пирокластический поток поднялся на несколько сотен метров над уровнем моря. ^[15]

Пирокластический поток может взаимодействовать с водоемом, образуя большое количество грязи, которая затем может продолжать стекать вниз в виде лахара . Это один из нескольких механизмов, которые могут создать лахар. ^{[ нужна цитата ]}

На других небесных телах

В 1963 году астроном НАСА Уинифред Кэмерон предположила, что лунный эквивалент земных пирокластических потоков мог образовать на Луне извилистые бороздки . При лунном извержении вулкана пирокластическое облако будет следовать за местным рельефом, что часто приводит к извилистой траектории. Долина Шрётера на Луне является одним из примеров. ^{[16] [ необходим дополнительный источник ]} Некоторые вулканы на Марсе , такие как Тирренус Монс и Хадриакус Монс , образовали слоистые отложения, которые, по-видимому, легче разрушаются, чем потоки лавы, что позволяет предположить, что они были окружены пирокластическими потоками. ^[17]

Смотрите также

• Пирокластическое падение
• Пирокластическая порода
• Сварной туф

Рекомендации

1. Бранни М.Дж. и Кокелаар, BP 2002, Пирокластические потоки плотности и седиментация игнимбритов. Мемуары Лондонского геологического общества 27, 143 стр.
2. "Пирокластический поток MSH [USGS]" . pubs.usgs.gov .
3. Аукер, Мелани Роуз; Спаркс, Роберт Стивен Джон; Зиберт, Ли; Кросвеллер, Хелен Сиан; Эверт, Джон (14 февраля 2013 г.). «Статистический анализ глобальных исторических данных о погибших от вулканов». Журнал прикладной вулканологии . 2 (1): 2. Бибкод : 2013JApV....2....2A. дои : 10.1186/2191-5040-2-2 . ISSN  2191-5040. S2CID  44008872.
4. См.:
   • Джакс, Джозеф Бит (1862). Учебник по геологии для студентов (2-е изд.). Эдинбург, Шотландия, Великобритания: Адам и Чарльз Блэк . п. 68.Из стр. 68: «Слово «пепел» не очень хорошо подходит для обозначения всех механических сопутствующих субаэральных или подводных извержений, поскольку пепел, по-видимому, представляет собой мелкий порошок, остаток сгорания. Слово хочет выразить все такие сопутствующие вещества, независимо от их размера или состояния, когда они накапливаются в такой массе, что образуют пласты «камней». Мы могли бы назвать их, возможно, «пирокластическими материалами»…»
5. «Определение κλαστός» . Греческий словарь Персея . Университет Тафтса . Проверено 8 октября 2020 г.
6. Лакруа, А. (1904) La Montagne Pelée et ses Eruptions , Париж, Массон (на французском языке) Из тома. 1, с. 38: После описания на стр. 37. Извержение «плотного черного облака» ( nuée noire ) Лакруа вводит термин nuée ardente : « Peu après l'éruption de ce que j'appellerai désormais la nuée ardente , un огромного nuage de cendres couvrait l'ile tout entière, la saupoudrant d'une mince Couche de debris volcaniques. " (Вскоре после извержения того, что я буду называть впредь плотным , светящимся облаком [ nuée ardente ], огромное облако золы покрыло весь остров, присыпав его тонким слоем слой вулканических обломков.)
7. Артур Н. Стралер (1972), Планета Земля: ее физические системы в геологическом времени.
8. Майерс и Брантли (1995). Информационный бюллетень о вулканических опасностях: опасные явления в вулканах, отчет об открытом файле Геологической службы США 95-231
9. Веллер, Роджер (2005). Гора Везувий, Италия. Кафедра геологии колледжа Кочиз. Архивировано из оригинала 23 октября 2010 года . Проверено 15 октября 2010 г.
10. Сазерленд, Лин. Следопыты Reader's Digest Землетрясения и вулканы. Нью-Йорк: Издательство Weldon Owen, 2000.
11. Фройндт, Армин (2003). «Вход горячих пирокластических потоков в море: экспериментальные наблюдения». Бюллетень вулканологии . 65 (2): 144–164. Бибкод : 2002BVol...65..144F. дои : 10.1007/s00445-002-0250-1. S2CID  73620085.
12. Кэмп, Вик. «КРАКАТАУ, ИНДОНЕЗИЯ (1883 г.)». Как работают вулканы. Департамент геологических наук, Государственный университет Сан-Диего, 31 марта 2006 г. Интернет. 15 октября 2010 г. [1] Архивировано 16 декабря 2014 г. в Wayback Machine .
13. Десять вещей, которые вы не знали о вулканах (2006) на IMDb
14. Вход горячих пирокластических потоков в море: экспериментальные наблюдения, ИНИСТ .
15. де Вита, Сандро; Ди Вито, Мауро А.; Нейв, Розелла (05 сентября 2019 г.). «Quando un flusso piroclastico scorre sul mare: esempi a Stromboli e altri vulcani». INGV vulcani (на итальянском языке) . Проверено 4 октября 2021 г.
16. Кэмерон, WS (1964). «Интерпретация долины Шрётера и других лунных извилистых ручейков». Журнал геофизических исследований . 69 (12): 2423–2430. Бибкод : 1964JGR....69.2423C. дои : 10.1029/JZ069i012p02423.
17. Зимбельман, Джеймс Р.; Гарри, Уильям Брент; Бличер, Джейкоб Элвин; Краун, Дэвид А. (2015). «Вулканизм на Марсе». В Сигурдссоне, Харальдуре; Хоутон, Брюс; МакНатт, Стив; Раймер, Хейзел; Стикс, Джон (ред.). Энциклопедия вулканов (второе изд.). Амстердам: Зимбельман. стр. 717–728. ISBN 978-0-12-385938-9.

• Сигурдсон, Харальд: Энциклопедия вулканов. Академическое издательство, 546–548. ISBN 0-12-643140-X . 

Примечания

1. Хотя введение термина nuée ardente в 1904 году приписывается французскому геологу Антуану Лакруа , согласно:
   • Хукер, Марджори (1965). «Происхождение вулканологической концепции nuée ardente ». Исида . 56 (4): 401–407. дои : 10.1086/350041. S2CID  144772310.
   этот термин был использован в 1873 году тестем Лакруа и бывшим профессором, французским геологом Фердинандом Андре Фуке в его описании извержений вулкана в 1580 и 1808 годах на острове Сан-Хорхе на Азорских островах .
   • Фуке, Фердинанд (1873). «San Jorge et ses éruptions» [Сан-Хорхе и его извержения]. Revue Scientifique de la France et de l'Étranger . 2-я серия (на французском языке). 2 (51): 1198–1201.

   • Из стр. 1199: « Un des phénomènes les plus Singuliers de Cette Grande éruption est laproduction de ce que les témoins contemporains ont appelé des nuées ardentes » . (Одним из самых странных явлений этого великого извержения является образование того, что современные свидетели называли nuées ardentes . )
   • Из стр. 1200: « Les détonations cessent dans la journée du 17, mais alors apparaissent des nuées ardents semblables à celles de l'éruption de 1580 ». (Взрывы прекращаются в день 17-го числа, но затем [там] появляются горящие облака [ nuées ardents ] аналогичные извержению 1580 года.)

   Марджори Хукер – (Хукер, 1965), с. 405 - записи о том, что отец Жуан Инасио да Силвейра (1767–1852) из ​​деревни Санту-Амару на острове Сан-Хорхе написал отчет об извержении 1808 года, в котором он описал ardente nuven («горящее облако» на португальском языке), стекшее по вулкану. склоны вулкана. Отчет Сильвейры был опубликован в 1871 году и переиздан в 1883 году.
   • Сильвейра, Жоау Инасиу да (1883). «XXVIII. Anno de 1808. Erupção na ilha de S. Jorge [XXVIII. Год 1808. Извержение на острове Сан-Хорхе.]». В Canto Эрнесто До (ред.). Archivo dos Açores [Архив Азорских островов] (на португальском языке). Понта-Делгада, Сан-Мигель, Азорские острова: Archivo dos Açores. стр. 437–441.Со стр. 439–440: « Em desassete do dito mês de Maio… de repente se levantou um tufão de Fogo или vulcão e introduzindo-se nas terras lavradias levantou todos aqueles Campos até abaixo às vinhas com todas as arvores e bardos, fazendo- se uma medonha e ardente nuvem e correndo até abaixo de igreja queimou trinta e tantas pessoas na igreja e nos Campos… » (Семнадцатого числа указанного месяца мая… внезапно из вулкана поднялся огненный тайфун и [его] вошел на сельскохозяйственные угодья, поднял все эти поля до виноградников, со всеми деревьями и живыми изгородями, образовав грозное и горящее облако [ ardente nuvem ] и сбежав к церкви, сжег более тридцати человек в церкви и на поля...)

Внешние ссылки

• Видео о пирокластических потоках