Пирокластический поток (также известный как пирокластический поток плотности или пирокластическое облако ) [1] представляет собой быстро движущийся поток горячего газа и вулканического вещества (совместно именуемый тефрой ), который течет по земле от вулкана со средней скоростью 100 км/ч (30 м/с; 60 миль/ч), но способен достигать скорости до 700 км/ч (190 м/с; 430 миль/ч). [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 определенных взрывных извержений ; они обычно касаются земли и устремляются вниз по склону или распространяются вбок под действием силы тяжести. Их скорость зависит от плотности течения, скорости вулканического выброса и градиента склона.
Слово пирокластический 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»); это название, в частности, использовалось для описания катастрофического извержения вулкана Мон-Пеле в 1902 году на Мартинике , французском острове в Карибском море. [6] [примечание 1]
Пирокластические потоки, которые содержат гораздо более высокую долю газа по отношению к породе, известны как «полностью разбавленные пирокластические потоки плотности» или пирокластические волны . Более низкая плотность иногда позволяет им течь по более высоким топографическим особенностям или воде, таким как хребты, холмы, реки и моря. Они также могут содержать пар, воду и породу 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 неглубоким озером или морем. Фронты некоторых пирокластических потоков плотности полностью разбавлены; например, во время извержения Мон-Пеле в 1902 году полностью разбавленный поток затопил город Сен-Пьер и убил около 30 000 человек. [7]
Пирокластический поток — это тип гравитационного течения ; в научной литературе его иногда сокращают до PDC (пирокластическое плотностное течение).
Причины
Пирокластический поток может возникнуть в результате нескольких механизмов:
Обрушение фонтана извержения колонны извержения от плинианского извержения (например, разрушение Везувием Геркуланума и Помпей в 79 г. н. э.). При таком извержении материал, с силой выбрасываемый из жерла, нагревает окружающий воздух, и турбулентная смесь поднимается посредством конвекции на многие километры. Если извергаемая струя не может достаточно нагреть окружающий воздух, конвекционные потоки не будут достаточно сильными, чтобы поднять струю вверх, и она падает, стекая по склонам вулкана. [8]
Обрушение фонтана извержения, связанного с вулканическим извержением (например, вулкан Суфриер-Хиллз на острове Монсеррат породил множество таких смертоносных пирокластических потоков и волн). Газ и снаряды создают облако, которое плотнее окружающего воздуха и становится пирокластическим потоком.
Вспенивание в устье жерла во время дегазации извергающейся лавы. Это может привести к образованию породы, называемой игнимбрит . Это произошло во время извержения Новарупты в 1912 году.
Гравитационное обрушение лавового купола или хребта с последующим сходом лавин и стеканием вниз по крутому склону (например, вулкан Суфриер-Хиллз на острове Монсеррат, в результате которого в 1997 году погибло девятнадцать человек).
Направленный взрыв (или струя), возникающий при обрушении или взрыве части вулкана (например, извержение вулкана Сент-Хеленс 18 мая 1980 г. ). По мере удаления от вулкана он быстро трансформируется в гравитационное течение.
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 были согнуты в направлении потока.Ученый изучает блоки пемзы на краю отложения пирокластического потока на горе Сент-Хеленс.Слепки некоторых жертв в так называемом «Саду беглецов» в Помпеях.
Объемы потоков варьируются от нескольких сотен кубических метров до более чем 1000 кубических километров (240 кубических миль). Более крупные потоки могут перемещаться на сотни километров, хотя ни один из них такого масштаба не наблюдался в течение нескольких сотен тысяч лет. Большинство пирокластических потоков имеют объем от одного до десяти кубических километров ( 1 ⁄ 4 – 2+1 ⁄ 2 куб. мили) и перемещаются на несколько километров. Потоки обычно состоят из двух частей: базальный поток прижимается к земле и содержит более крупные, грубые валуны и обломки скал, в то время как чрезвычайно горячий шлейф пепла поднимается над ним из-за турбулентности между потоком и вышележащим воздухом, смешивая и нагревая холодный атмосферный воздух, вызывая расширение и конвекцию. [9] Потоки могут откладывать менее 1 метра до 200 метров в глубину рыхлых обломков скал. [10]
Кинетическая энергия движущегося облака сравняет с землей 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 ископаемые:
Извержение вулкана Мон-Пеле в 1902 году уничтожило город Сен-Пьер на Мартинике . Несмотря на признаки надвигающегося извержения, правительство посчитало Сен-Пьер безопасным из-за холмов и долин между ним и вулканом, но пирокластический поток обуглил почти весь город, убив всех, кроме троих из 30 000 его жителей. [ необходима цитата ]
Пирокластическая волна убила вулканологов Гарри Гликена , Катю и Мориса Крафт и еще 40 человек на горе Унзен в Японии 3 июня 1991 года. Волна началась как пирокластический поток, а более мощная волна поднялась по отрогу, на котором стояли Крафтс и другие; она поглотила их, а тела были покрыты слоем пепла толщиной около 5 мм ( 1 ⁄ 4 дюйма). [12]
25 июня 1997 года пирокластический поток прошел по Москито-Гауту на карибском острове Монтсеррат . Образовалась большая, высокоэнергетическая пирокластическая волна. Этот поток не смог удержаться в Гауте и вырвался из него, убив 19 человек, находившихся в районе деревни Стрэтхэм (которая была официально эвакуирована). Несколько других в этом районе получили серьезные ожоги. [ необходима цитата ]
Взаимодействие с водой
Свидетельские показания об извержении Кракатау в 1883 году , подкрепленные экспериментальными данными, [13] показывают, что пирокластические потоки могут пересекать значительные водоемы. Однако это может быть пирокластическая волна , а не поток, поскольку плотность гравитационного течения означает, что оно не может перемещаться по поверхности воды. [13] Один поток достиг побережья Суматры на расстоянии 48 километров (26 морских миль). [14]
В документальном фильме BBC 2006 года « Десять вещей, которые вы не знали о вулканах » [15] были продемонстрированы испытания пирокластических потоков, движущихся над водой, проведенные исследовательской группой из Кильского университета , Германия. [16] Когда реконструированный пирокластический поток (поток в основном горячего пепла с различной плотностью) ударился о воду, произошло два события: более тяжелый материал упал в воду, выпав из пирокластического потока и превратившись в жидкость; температура пепла заставила воду испариться, продвигая пирокластический поток (теперь состоящий только из более легкого материала) вперед на слое пара с еще большей скоростью, чем раньше.
Во время некоторых фаз вулкана Суфриер-Хиллз на Монтсеррате пирокластические потоки были сняты на расстоянии около 1 км ( 1 ⁄ 2 морских миль) от берега. Они показывают, как вода кипит, когда поток проходит над ней. Потоки в конечном итоге образовали дельту, которая покрыла около 1 км 2 (250 акров). Другой пример наблюдался в 2019 году в Стромболи , когда пирокластический поток прошел несколько сотен метров над морем. [17]
Пирокластический поток может взаимодействовать с водоемом, образуя большое количество грязи, которая затем может продолжать течь вниз по склону как лахар . Это один из нескольких механизмов, которые могут создавать лахар. [ необходима цитата ]
О других небесных телах
В 1963 году астроном НАСА Уинифред Кэмерон предположила, что лунный эквивалент земных пирокластических потоков мог образовать извилистые борозды на Луне . При извержении лунного вулкана пирокластическое облако будет следовать местному рельефу, что приведет к часто извилистому следу. Долина Шрётера на Луне является одним из примеров. [18] [ необходим непервичный источник ]
Некоторые вулканы на Марсе , такие как Тирренская гора и Хадриатическая гора , образовали слоистые отложения, которые, по-видимому, легче поддаются эрозии, чем потоки лавы, что позволяет предположить, что они были образованы пирокластическими потоками. [19]
^ Branney MJ & Kokelaar, BP 2002, Пирокластические плотностные течения и седиментация игнимбритов. Мемуары Лондонского геологического общества 27, 143 стр.
^ Окер, Мелани Роуз; Спаркс, Роберт Стивен Джон; Сиберт, Ли; Кросвеллер, Хелен Сиан; Эверт, Джон (14.02.2013). "Статистический анализ глобальной исторической записи о гибели людей в результате вулканических извержений". Журнал прикладной вулканологии . 2 (1): 2. Bibcode : 2013JApV....2....2A. doi : 10.1186/2191-5040-2-2 . ISSN 2191-5040. S2CID 44008872.
^ См.:
Джукс, Джозеф Бит (1862). Учебное пособие по геологии (2-е изд.). Эдинбург, Шотландия, Великобритания: Адам и Чарльз Блэк . стр. 68.Со стр. 68: «Слово «пепел» не очень подходит для обозначения всех механических сопутствующих веществ субаэрального или подводного извержения, поскольку пепел, по-видимому, ограничен тонким порошком, остатком сгорания. Не хватает слова для выражения всех таких сопутствующих веществ, независимо от их размера или состояния, когда они накапливаются в такой массе, что образуют слои «горных пород». Мы могли бы назвать их, возможно, «пирокластическими материалами»…»
^ "Определение κλαστός". Perseus Greek Dictionary . Tufts University . Получено 8 октября 2020 г.
^ 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.)
^ Артур Н. Стралер (1972), Планета Земля: ее физические системы сквозь геологическое время
^ Майерс и Брэнтли (1995). Информационный листок об опасностях вулканов: Опасные явления на вулканах, USGS Open File Report 95-231
^ "Пирокластические потоки движутся быстро и уничтожают все на своем пути | Геологическая служба США". www.usgs.gov . Получено 12 сентября 2024 г.
^ Weller, Roger (2005). Гора Везувий, Италия. Кафедра геологии колледжа Кочизе. Архивировано из оригинала 23 октября 2010 года . Получено 15 октября 2010 года .
^ ab Freundt, Armin (2003). «Вход горячих пирокластических потоков в море: экспериментальные наблюдения». Bulletin of Volcanology . 65 (2): 144–164. Bibcode :2002BVol...65..144F. doi :10.1007/s00445-002-0250-1. S2CID 73620085.
^ Кэмп, Вик. "КРАКАТАУ, ИНДОНЕЗИЯ (1883)". Как работают вулканы. Кафедра геологических наук, Государственный университет Сан-Диего, 31 марта 2006 г. Интернет. 15 октября 2010 г. [1] Архивировано 16 декабря 2014 г. на Wayback Machine .
↑ Десять фактов о вулканах, которые вы не знали (2006) на IMDb
^ 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.
^ Cameron, WS (1964). «Интерпретация долины Шрётера и других лунных извилистых борозд». Журнал геофизических исследований . 69 (12): 2423–2430. Bibcode : 1964JGR....69.2423C. doi : 10.1029/JZ069i012p02423.
^ Zimbelman, James R.; Garry, William Brent; Bleacher, Jacob Elvin; Crown, David A. (2015). «Вулканизм на Марсе». В Sigurdsson, Haraldur; Houghton, Bruce; McNutt, Steve; Rymer, Hazel; Stix, John (ред.). Энциклопедия вулканов (второе изд.). Амстердам: Zimbelman. стр. 717–728. ISBN978-0-12-385938-9.
Сигурдсон, Харалдур: Энциклопедия вулканов. Academic Press, 546–548. ISBN 0-12-643140-X .
Примечания
↑ Хотя введение термина nuée ardente в 1904 году приписывается французскому геологу Антуану Лакруа , согласно:
Хукер, Марджори (1965). «Происхождение вулканологической концепции nuée ardente ». Isis . 56 (4): 401–407. doi :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 1580 и 1808 годов на острове Сан-Жоржи 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 ] аналогичны извержению 1580 года.)
Марджори Хукер (Hooker, 1965), стр. 405, пишет, что отец Жуан Инасиу да Силвейра (1767–1852) из деревни Санту-Амару на острове Сан-Жоржи написал отчет об извержении 1808 года, в котором он описал ardente nuven («пылающее облако» на португальском языке), которое стекало по склонам вулкана. Отчет Силвейры 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, образуя (Ужасное и жгучее облако [ ardente nuvem ] и устремившись к церкви, сожгло более тридцати человек в церкви и на полях…)
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме Пирокластический поток.
