Вулкан — это разрыв в коре объекта планетарной массы , например, Земли , который позволяет горячей лаве , вулканическому пеплу и газам выходить из магматической камеры под поверхностью. Процесс, который формирует вулканы, называется вулканизмом .
На Земле вулканы чаще всего встречаются там, где тектонические плиты расходятся или сходятся , и поскольку большинство границ плит Земли находятся под водой, большинство вулканов находятся под водой. Например, срединно-океанический хребет , такой как Срединно-Атлантический хребет , имеет вулканы, вызванные расходящимися тектоническими плитами, тогда как Тихоокеанское огненное кольцо имеет вулканы, вызванные сходящимися тектоническими плитами. Вулканы также могут образовываться там, где происходит растяжение и истончение плит земной коры, например, в Восточно-Африканском разломе , вулканическом поле Уэллс-Грей-Клируотер и разломе Рио-Гранде в Северной Америке. Было высказано предположение, что вулканизм вдали от границ плит возникает из-за подъема диапиров с границы ядро-мантия , находящейся на глубине 3000 километров (1900 миль) в недрах Земли. Это приводит к точечному вулканизму , примером которого является Гавайская горячая точка . Вулканы обычно не образуются там, где две тектонические плиты скользят друг мимо друга.
Крупные извержения могут влиять на температуру атмосферы, поскольку пепел и капли серной кислоты затмевают Солнце и охлаждают тропосферу Земли . Исторически крупные вулканические извержения сопровождались вулканическими зимами, которые вызывали катастрофический голод. [1]
На других планетах, помимо Земли, есть вулканы. Например, на Венере вулканов очень много. [2] В 2009 году была опубликована статья, предлагающая новое определение слова «вулкан», которое включает такие процессы, как криовулканизм . В ней предлагалось определить вулкан как «отверстие на поверхности планеты или луны, из которого извергается магма , как определено для этого тела, и/или магматический газ». [3]
В этой статье в основном рассматриваются вулканы на Земле. Для получения дополнительной информации см. § Вулканы на других небесных телах и криовулканы .
Слово «вулкан» происходит от названия Вулкано , вулканического острова на Эолийских островах в Италии, название которого, в свою очередь, происходит от Вулкана , бога огня в римской мифологии . [4] Наука о вулканах называется вулканологией , иногда пишется как вулканология . [5]
Согласно теории тектоники плит, литосфера Земли , ее жесткая внешняя оболочка, разбита на шестнадцать больших и несколько меньших плит. Они находятся в медленном движении из-за конвекции в подстилающей пластичной мантии , и большая часть вулканической активности на Земле происходит вдоль границ плит, где плиты сходятся (и литосфера разрушается) или расходятся (и создается новая литосфера). [6]
В ходе развития геологической теории были разработаны определенные концепции, которые позволили сгруппировать вулканы по времени, месту, структуре и составу, которые в конечном итоге должны были быть объяснены в теории тектоники плит. Например, некоторые вулканы являются полигенетическими с более чем одним периодом активности в течение своей истории; другие вулканы, которые потухают после извержения ровно один раз, являются моногенетическими (что означает «одна жизнь»), и такие вулканы часто группируются вместе в географическом регионе. [7]
В срединно-океанических хребтах две тектонические плиты расходятся друг от друга, поскольку горячая мантийная порода ползет вверх под истонченной океанической корой . Уменьшение давления в поднимающейся мантийной породе приводит к адиабатическому расширению и частичному плавлению породы, вызывая вулканизм и создавая новую океаническую кору. Большинство расходящихся границ плит находятся на дне океанов, и поэтому большая часть вулканической активности на Земле является подводной, образуя новое морское дно . Черные курильщики (также известные как глубоководные жерла) являются свидетельством этого вида вулканической активности. Там, где срединно-океанический хребет находится выше уровня моря, образуются вулканические острова, такие как Исландия . [8]
Зоны субдукции — это места, где сталкиваются две плиты, обычно океаническая и континентальная. Океаническая плита субдуцирует (погружается под континентальную плиту), образуя глубокую океаническую впадину недалеко от берега. В процессе, называемом плавлением потока , вода, высвобождаемая из субдуцирующей плиты, понижает температуру плавления вышележащего мантийного клина, тем самым создавая магму . Эта магма имеет тенденцию быть чрезвычайно вязкой из-за высокого содержания кремнезема , поэтому она часто не достигает поверхности, а охлаждается и затвердевает на глубине . Однако, когда она достигает поверхности, образуется вулкан. Таким образом, зоны субдукции ограничены цепями вулканов, называемыми вулканическими дугами . Типичными примерами являются вулканы в Тихоокеанском огненном кольце , такие как Каскадные вулканы или Японский архипелаг , или восточные острова Индонезии . [9]
Горячие точки — это вулканические области, которые, как полагают, образованы мантийными плюмами , которые, как предполагается, представляют собой колонны горячего материала, поднимающиеся от границы ядро-мантия. Как и в случае со срединно-океаническими хребтами, поднимающаяся мантийная порода испытывает декомпрессионное плавление, которое генерирует большие объемы магмы. Поскольку тектонические плиты движутся по мантийным плюмам, каждый вулкан становится неактивным, когда он дрейфует от плюма, и новые вулканы создаются там, где плита продвигается по плюму. Гавайские острова , как полагают, были образованы таким образом, как и равнина реки Снейк , а Йеллоустонская кальдера является частью Североамериканской плиты, в настоящее время находящейся над Йеллоустонской горячей точкой . [10] Однако гипотеза о мантийном плюме была подвергнута сомнению. [11]
Устойчивый подъем горячих мантийных пород может развиваться под недрами континента и приводить к рифтингу. Ранние стадии рифтинга характеризуются потоками базальтов и могут прогрессировать до точки, где тектоническая плита полностью расколота. [12] [13] Затем между двумя половинами расколотой плиты образуется расходящаяся граница плиты. Однако рифтинг часто не может полностью расколоть континентальную литосферу (например, в авлакогене ) , а неудавшиеся рифты характеризуются вулканами, которые извергают необычную щелочную лаву или карбонатиты . Примерами служат вулканы Восточно-Африканского рифта . [14]
Вулкану нужен резервуар расплавленной магмы (например, магматическая камера), канал, позволяющий магме подниматься через кору, и жерло, чтобы магма могла выходить на поверхность в виде лавы. [15] Извергаемый вулканический материал (лава и тефра), который откладывается вокруг жерла, известен каквулканическое сооружение , обычно вулканический конус или гора.[15]
Наиболее распространенное восприятие вулкана — это коническая гора, извергающая лаву и ядовитые газы из кратера на вершине; однако это описывает лишь один из многих типов вулканов. Характеристики вулканов разнообразны. Структура и поведение вулканов зависят от нескольких факторов. Некоторые вулканы имеют изрезанные вершины, образованные куполами лавы, а не кратером на вершине, в то время как другие имеют такие особенности ландшафта , как массивные плато . Жерла, которые выбрасывают вулканический материал (включая лаву и пепел ) и газы (в основном пар и магматические газы), могут развиваться в любом месте рельефа и могут привести к образованию более мелких конусов, таких как Пуу 'О'О на склоне Килауэа на Гавайях. Вулканические кратеры не всегда находятся на вершине горы или холма и могут быть заполнены озерами, такими как озеро Таупо в Новой Зеландии. Некоторые вулканы могут представлять собой элементы рельефа с низким рельефом, которые могут быть трудно распознаваемы как таковые и могут быть скрыты геологическими процессами.
Другие типы вулканов включают криовулканы (или ледяные вулканы), особенно на некоторых лунах Юпитера , Сатурна и Нептуна ; и грязевые вулканы , которые являются структурами, часто не связанными с известной магматической активностью. Активные грязевые вулканы, как правило, включают температуры намного ниже, чем у магматических вулканов, за исключением случаев, когда грязевой вулкан на самом деле является жерлом магматического вулкана.
Вулканические трещины представляют собой плоские линейные разломы, через которые выходит лава .
Щитовые вулканы, названные так из-за их широких, похожих на щиты профилей, образуются в результате извержения маловязкой лавы, которая может течь на большое расстояние от жерла. Они, как правило, не взрываются катастрофически, но характеризуются относительно мягкими эффузивными извержениями . Поскольку маловязкая магма обычно содержит мало кремния, щитовые вулканы чаще встречаются в океанических, чем в континентальных условиях. Гавайская вулканическая цепь представляет собой ряд щитовых конусов, и они также распространены в Исландии .
Лавовые купола образуются в результате медленных извержений высоковязкой лавы. Иногда они образуются в кратере предыдущего вулканического извержения, как в случае с горой Сент-Хеленс , но могут также образовываться независимо, как в случае с Лассен-Пик . Как и стратовулканы, они могут производить сильные, взрывные извержения, но лава обычно не течет далеко от исходного жерла.
Криптокупола образуются, когда вязкая лава выталкивается вверх, вызывая вздутие поверхности. Примером может служить извержение горы Сент-Хеленс в 1980 году ; лава под поверхностью горы создала восходящий выступ, который позже обрушился вниз по северной стороне горы.
Шлаковые конусы возникают в результате извержений в основном небольших кусков шлака и пирокластики (оба напоминают шлаки, отсюда и название этого типа вулканов), которые накапливаются вокруг жерла. Это могут быть относительно кратковременные извержения, которые производят конусообразный холм высотой, возможно, от 30 до 400 метров (от 100 до 1300 футов). Большинство шлаковых конусов извергаются только один раз, а некоторые могут быть обнаружены в моногенетических вулканических полях , которые могут включать другие особенности, которые образуются при контакте магмы с водой, такие как кратеры маарового взрыва и туфовые кольца . [16] Шлаковые конусы могут образовываться как боковые отверстия на более крупных вулканах или возникать сами по себе. Примерами шлаковых конусов являются Парикутин в Мексике и кратер Сансет в Аризоне . В Нью-Мексико Каха -дель-Рио представляет собой вулканическое поле из более чем 60 шлаковых конусов.
На основе спутниковых снимков было высказано предположение, что шлаковые конусы могут встречаться и на других земных телах Солнечной системы: на поверхности Марса и Луны. [17] [18] [19] [20]
Стратовулканы (композитные вулканы) — это высокие конические горы, состоящие из потоков лавы и тефры в чередующихся слоях, слоях , которые и дали название. Их также называют композитными вулканами, поскольку они созданы из нескольких структур во время разных видов извержений. Классическими примерами являются гора Фудзи в Японии, вулкан Майон на Филиппинах, а также горы Везувий и Стромболи в Италии.
Пепел , образующийся при взрывном извержении стратовулканов, исторически представлял наибольшую вулканическую опасность для цивилизаций. Лавы стратовулканов содержат больше кремния и, следовательно, гораздо более вязкие, чем лавы щитовых вулканов. Высококремнистые лавы также, как правило, содержат больше растворенного газа. Такое сочетание смертельно опасно, способствуя взрывным извержениям , которые производят большое количество пепла, а также пирокластические волны, подобные той, которая разрушила город Сен-Пьер на Мартинике в 1902 году. Они также круче, чем щитовые вулканы, с уклонами 30–35° по сравнению с уклонами в 5–10°, и их рыхлая тефра является материалом для опасных лахаров . [21] Большие куски тефры называются вулканическими бомбами . Большие бомбы могут иметь размер более 1,2 метра (4 фута) в поперечнике и весить несколько тонн. [22]
Супервулкан определяется как вулкан, который испытал одно или несколько извержений, которые произвели более 1000 кубических километров (240 кубических миль) вулканических отложений за одно взрывное событие. [23] Такие извержения происходят, когда очень большая магматическая камера, полная богатой газом кремниевой магмы, опустошается в катастрофическом извержении, формирующем кальдеру . Туфы пепловых потоков, выброшенные такими извержениями, являются единственным вулканическим продуктом с объемами, соперничающими с объемами базальтовых потоков . [24]
Извержения супервулканов, хотя и являются наиболее опасным типом, встречаются очень редко; четыре из них известны за последний миллион лет , и около 60 исторических извержений VEI 8 были идентифицированы в геологической летописи за миллионы лет. Супервулкан может вызвать опустошение в континентальном масштабе и сильно понизить глобальные температуры на многие годы после извержения из-за огромных объемов серы и пепла, выброшенных в атмосферу.
Из-за огромной площади, которую они занимают, и последующего сокрытия под растительностью и ледниковыми отложениями, супервулканы может быть трудно идентифицировать в геологической летописи без тщательного геологического картирования . [25] Известные примеры включают Йеллоустонскую кальдеру в Йеллоустонском национальном парке и кальдеру Валлес в Нью-Мексико (обе на западе США); озеро Таупо в Новой Зеландии; озеро Тоба на Суматре , Индонезия; и кратер Нгоронгоро в Танзании.
Вулканы, которые, хотя и большие, но недостаточно большие, чтобы называться супервулканами, также могут образовывать кальдеры таким же образом; их часто называют «кальдерными вулканами». [26]
Подводные вулканы являются обычными чертами океанского дна. Вулканическая активность в эпоху голоцена была задокументирована только для 119 подводных вулканов, но на дне океана может быть более миллиона геологически молодых подводных вулканов. [27] [28] На мелководье активные вулканы обнаруживают свое присутствие, выбрасывая пар и каменистые обломки высоко над поверхностью океана. В глубоких океанических впадинах огромный вес воды предотвращает взрывной выброс пара и газов; однако подводные извержения можно обнаружить с помощью гидрофонов и по изменению цвета воды из-за вулканических газов . Подушечная лава является обычным продуктом извержения подводных вулканов и характеризуется толстыми последовательностями прерывистых подушеобразных масс, которые образуются под водой. Даже крупные подводные извержения могут не нарушать поверхность океана из-за быстрого охлаждающего эффекта и повышенной плавучести в воде (по сравнению с воздухом), что часто приводит к тому, что вулканические жерла образуют крутые столбы на дне океана. Гидротермальные источники обычны вблизи этих вулканов, и некоторые из них поддерживают своеобразные экосистемы , основанные на хемотрофах, питающихся растворенными минералами. Со временем образования, созданные подводными вулканами, могут стать настолько большими, что они прорвутся на поверхность океана в виде новых островов или плавающих пемзовых плотов .
В мае и июне 2018 года агентства по мониторингу землетрясений по всему миру зафиксировали множество сейсмических сигналов. Они имели форму необычных гудящих звуков, а некоторые из сигналов, обнаруженных в ноябре того же года, имели продолжительность до 20 минут. Океанографическая исследовательская кампания в мае 2019 года показала, что ранее загадочные гудящие шумы были вызваны образованием подводного вулкана у побережья Майотты . [29]
Подледниковые вулканы развиваются под ледяными шапками . Они состоят из лавовых плато, покрывающих обширные подушечные лавы и палагонит . Эти вулканы также называются столовыми горами, туями [ 30] или (в Исландии) мобергами. [31] Очень хорошие примеры этого типа вулканов можно увидеть в Исландии и Британской Колумбии . Происхождение термина происходит от Туйя-Бьютт , который является одним из нескольких туй в районе реки Туйя и хребта Туйя на севере Британской Колумбии. Туйя-Бьютт был первым подобным проанализированным рельефом , и поэтому его название вошло в геологическую литературу для этого типа вулканического образования. [32] Недавно был создан провинциальный парк Туйя-Маунтинс для защиты этого необычного ландшафта, который лежит к северу от озера Туйя и к югу от реки Дженнингс недалеко от границы с территорией Юкон .
Грязевые вулканы (грязевые купола) представляют собой образования, созданные гео-выделяющимися жидкостями и газами, хотя несколько процессов могут вызывать такую активность. [33] Самые большие структуры имеют диаметр 10 километров и достигают 700 метров в высоту. [34]
.jpg/1280px-Aerial_image_of_Stromboli_(view_from_the_northeast).jpg)
Материал, выбрасываемый при извержении вулкана, можно разделить на три типа:
Концентрации различных вулканических газов могут значительно различаться от одного вулкана к другому. Водяной пар, как правило, является наиболее распространенным вулканическим газом, за которым следуют углекислый газ [38] и диоксид серы . Другие основные вулканические газы включают сероводород , хлористый водород и фтористый водород . Большое количество второстепенных и следовых газов также обнаружено в вулканических выбросах, например , водород , оксид углерода , галогенуглероды , органические соединения и летучие хлориды металлов.
Форма и стиль извержения вулкана во многом определяются составом извергаемой им лавы. Вязкость (насколько текучая лава) и количество растворенного газа являются важнейшими характеристиками магмы, и обе они во многом определяются количеством кремнезема в магме. Магма, богатая кремнеземом, гораздо более вязкая, чем бедная кремнеземом магма, а богатая кремнеземом магма также имеет тенденцию содержать больше растворенных газов.
Лаву можно условно разделить на четыре различных состава: [39]
Мафические потоки лавы демонстрируют две разновидности текстуры поверхности: ʻAʻa (произносится [ˈʔaʔa] ) и pāhoehoe ( [paːˈho.eˈho.e] ), оба слова гавайского происхождения . ʻAʻa характеризуется грубой, шероховатой поверхностью и является типичной текстурой более холодных базальтовых потоков лавы. Pāhoehoe характеризуется своей гладкой и часто тягучей или морщинистой поверхностью и обычно формируется из более жидких потоков лавы. Иногда наблюдается переход потоков Pāhoehoe в потоки ʻaʻa по мере удаления от жерла, но никогда не происходит наоборот. [53]
Более кремниевые потоки лавы принимают форму блочной лавы, где поток покрыт угловатыми, бедными пузырьками блоками. Риолитовые потоки обычно состоят в основном из обсидиана . [54]
Тефра образуется, когда магма внутри вулкана разлетается на части из-за быстрого расширения горячих вулканических газов. Магма обычно взрывается, когда растворенный в ней газ выходит из раствора, когда давление падает, когда он течет к поверхности . Эти сильные взрывы производят частицы материала, которые затем могут вылететь из вулкана. Твердые частицы диаметром менее 2 мм ( размером с песчинку или меньше) называются вулканическим пеплом. [36] [37]
Тефра и другие вулканокластики (раздробленные вулканические материалы) составляют большую часть объема многих вулканов, чем потоки лавы. Вулканокластики могли внести до трети всего осадконакопления в геологической летописи. Производство больших объемов тефры характерно для эксплозивного вулканизма. [55]
В результате естественных процессов, в основном эрозии , может быть смыто так много затвердевшего извергнутого материала, который составляет мантию вулкана, что его внутренняя анатомия становится очевидной. Используя метафору биологической анатомии , такой процесс называется «рассечением». [56] Cinder Hill , особенность горы Берд на острове Росса , Антарктида , является ярким примером рассеченного вулкана. Вулканы, которые были, в геологической шкале времени, недавно активны, такие как, например, гора Каймон на юге Кюсю , Япония , как правило, не рассечены.
Стили извержений в целом делятся на магматические, фреатомагматические и фреатические извержения. [57] Интенсивность эксплозивного вулканизма выражается с помощью индекса вулканической эксплозивности (VEI), который варьируется от 0 для извержений гавайского типа до 8 для супервулканических извержений. [58]
По состоянию на декабрь 2022 года в базе данных Глобальной программы по вулканизму Смитсоновского [обновлять]института по вулканическим извержениям в эпоху голоцена (последние 11 700 лет) содержится 9 901 подтвержденное извержение 859 вулканов. В базе данных также содержится 1 113 неопределенных извержений и 168 дискредитированных извержений за тот же временной интервал. [59] [60]
Вулканы сильно различаются по уровню активности, при этом отдельные вулканические системы имеют повторяемость извержений от нескольких раз в год до одного раза в десятки тысяч лет. [61] Вулканы неформально описываются как извергающиеся , активные , спящие или потухшие , но определения этих терминов не совсем единообразны среди вулканологов. Уровень активности большинства вулканов попадает в градуированный спектр, с большим перекрытием между категориями, и не всегда точно вписывается только в одну из этих трех отдельных категорий. [62]
Геологическая служба США определяет вулкан как «извергающийся» всякий раз, когда виден выброс магмы из любой точки вулкана, включая видимую магму, все еще содержащуюся в стенках вершинного кратера.
Хотя среди вулканологов нет международного консенсуса относительно того, как определить активный вулкан, Геологическая служба США определяет вулкан как активный , если присутствуют подземные индикаторы, такие как рои землетрясений , раздувание почвы или необычно высокие уровни углекислого газа или диоксида серы. [63] [64]
Геологическая служба США определяет спящий вулкан как любой вулкан, который не проявляет никаких признаков активности, таких как сейсмические толчки, вздутие почвы или чрезмерные выбросы вредных газов, но который показывает признаки того, что он все еще может снова стать активным. [64] Многие спящие вулканы не извергались в течение тысяч лет, но все еще показывают признаки того, что они, вероятно, снова извергнутся в будущем. [65] [66]
В статье, обосновывающей переклассификацию вулкана Маунт-Эджкумб на Аляске из «спящего» в «действующий», вулканологи из Аляскинской вулканологической обсерватории отметили, что термин «спящий» в отношении вулканов устарел за последние несколько десятилетий и что «термин «спящий вулкан» настолько мало используется и не имеет определения в современной вулканологии, что в Энциклопедии вулканов (2000) он не содержится в глоссариях или индексе» [67] , однако Геологическая служба США по-прежнему широко использует этот термин.
Раньше вулкан часто считался потухшим, если не было никаких письменных записей о его активности. Такое обобщение не соответствует наблюдениям и более глубокому изучению, как это произошло недавно с неожиданным извержением вулкана Чайтен в 2008 году. [68] Современные методы мониторинга вулканической активности и усовершенствования в моделировании факторов, вызывающих извержения, помогли понять, почему вулканы могут оставаться бездействующими в течение длительного времени, а затем неожиданно снова становиться активными. Потенциал извержений и их стиль зависят в основном от состояния системы хранения магмы под вулканом, механизма запуска извержения и его временных рамок. [69] : 95 Например, у вулкана Йеллоустоун период покоя/подпитки составляет около 700 000 лет, а у вулкана Тоба — около 380 000 лет. [70] Римские авторы описывали Везувий как покрытый садами и виноградниками до его неожиданного извержения в 79 г. н. э. , которое уничтожило города Геркуланум и Помпеи .
Соответственно, иногда бывает трудно отличить потухший вулкан от спящего (неактивного). Известно, что длительное бездействие вулкана снижает осведомленность. [69] : 96 Пинатубо был неприметным вулканом, неизвестным большинству людей в близлежащих районах, и изначально не контролировался сейсмически до его неожиданного и катастрофического извержения в 1991 году. Двумя другими примерами вулканов, которые когда-то считались потухшими, прежде чем снова начать извергаться, были долго спящий вулкан Суфриер-Хиллз на острове Монтсеррат , считавшийся потухшим до возобновления активности в 1995 году (превративший его столицу Плимут в город-призрак ), и гора Форпикед на Аляске, которая до извержения в сентябре 2006 года не извергалась с 8000 года до нашей эры.
Потухшие вулканы — это те, которые ученые считают маловероятными для повторного извержения, поскольку у вулкана больше нет источника магмы. Примерами потухших вулканов являются многие вулканы на подводной горной цепи Гавайско-Император в Тихом океане (хотя некоторые вулканы на восточном конце цепи являются активными), Хоэнтвиль в Германии , Шипрок в Нью-Мексико , США , Капулин в Нью-Мексико, США, вулкан Зёйдвал в Нидерландах и многие вулканы в Италии , такие как Монте-Вультуре . Эдинбургский замок в Шотландии расположен на вершине потухшего вулкана, который образует Касл-Рок . Часто бывает трудно определить, действительно ли вулкан потух. Поскольку кальдеры «супервулканов» могут иметь продолжительность извержения, иногда измеряемую миллионами лет, кальдеру, которая не производила извержений в течение десятков тысяч лет, можно считать спящей, а не потухшей. Отдельный вулкан в моногенетическом вулканическом поле может быть потухшим, но это не значит, что совершенно новый вулкан не может начать извергаться поблизости без всякого предупреждения, поскольку его поле может иметь активный источник магмы.
Три общепринятые популярные классификации вулканов могут быть субъективными, и некоторые вулканы, которые считались потухшими, снова извергались. Чтобы помочь людям не верить в то, что они не подвергаются риску, живя на вулкане или рядом с ним, страны приняли новые классификации для описания различных уровней и стадий вулканической активности. [71] Некоторые системы оповещения используют разные числа или цвета для обозначения различных стадий. Другие системы используют цвета и слова. Некоторые системы используют комбинацию того и другого.
Вулканы Десятилетия — это 16 вулканов, определенных Международной ассоциацией вулканологии и химии недр Земли (IAVCEI) как заслуживающие особого изучения в свете их истории крупных разрушительных извержений и близости к населенным пунктам. Они названы Вулканами Десятилетия, поскольку проект был инициирован в рамках спонсируемого ООН Международного десятилетия по уменьшению стихийных бедствий (1990-е годы). 16 текущих вулканов Десятилетия:
Проект Deep Earth Carbon Degassing Project , инициатива Deep Carbon Observatory , отслеживает девять вулканов, два из которых являются вулканами Decade. Целью проекта Deep Earth Carbon Degassing Project является использование инструментов Multi-Component Gas Analyzer System для измерения соотношений CO 2 /SO 2 в режиме реального времени и с высоким разрешением, чтобы обеспечить обнаружение предизверженной дегазации поднимающихся магм, улучшая прогнозирование вулканической активности . [72]
Извержения вулканов представляют значительную угрозу для человеческой цивилизации. Однако вулканическая активность также предоставила людям важные ресурсы.
Существует множество различных типов вулканических извержений и связанной с ними активности: фреатические извержения (извержения, генерируемые паром), взрывные извержения лавы с высоким содержанием кремния (например, риолита ), эффузивные извержения лавы с низким содержанием кремния (например, базальта ), обрушения секторов , пирокластические потоки , лахары (потоки обломков) и выбросы вулканического газа . Они могут представлять опасность для людей. Землетрясения, горячие источники , фумаролы , грязевые котлы и гейзеры часто сопровождают вулканическую активность.
Вулканические газы могут достигать стратосферы, где они образуют аэрозоли серной кислоты , которые могут отражать солнечное излучение и значительно понижать температуру поверхности. [73] Диоксид серы от извержения Уайнапутины мог стать причиной русского голода 1601–1603 годов . [74] Химические реакции сульфатных аэрозолей в стратосфере также могут повреждать озоновый слой , а кислоты, такие как хлористый водород (HCl) и фтористый водород (HF), могут выпадать на землю в виде кислотных дождей . Избыточные фтористые соли от извержений неоднократно отравляли скот в Исландии. [75] : 39–58 Взрывные вулканические извержения высвобождают парниковый газ диоксид углерода и, таким образом, обеспечивают глубокий источник углерода для биогеохимических циклов . [76]
Пепел, выбрасываемый в воздух извержениями, может представлять опасность для самолетов, особенно реактивных , где частицы могут расплавиться под воздействием высокой рабочей температуры; расплавленные частицы затем прилипают к лопаткам турбины и изменяют их форму, нарушая работу турбины. Это может привести к серьезным сбоям в авиаперевозках.
Считается, что вулканическая зима произошла около 70 000 лет назад после суперизвержения озера Тоба на острове Суматра в Индонезии. [77] Это могло создать популяционный барьер , который повлиял на генетическую наследственность всех людей сегодня. [78] Вулканические извержения могли способствовать крупным вымираниям, таким как массовые вымирания в конце ордовика , пермо-триасе и позднем девоне . [79]
Извержение вулкана Тамбора в 1815 году создало глобальные климатические аномалии, которые стали известны как « Год без лета » из-за влияния на погоду в Северной Америке и Европе. [80] Морозная зима 1740–1741 годов, которая привела к повсеместному голоду в Северной Европе, также могла быть связана с извержением вулкана. [81]
Хотя вулканические извержения представляют значительную опасность для людей, прошлая вулканическая активность создала важные экономические ресурсы. Туф, образованный из вулканического пепла, является относительно мягкой породой, и он использовался для строительства с древних времен. [82] [83] Римляне часто использовали туф, который в изобилии встречается в Италии, для строительства. [84] Люди Рапа-Нуи использовали туф для изготовления большинства статуй моаи на острове Пасхи . [85]
Вулканический пепел и выветренный базальт образуют одну из самых плодородных почв в мире, богатую питательными веществами, такими как железо, магний, калий, кальций и фосфор. [86] Вулканическая активность ответственна за размещение ценных минеральных ресурсов, таких как металлические руды. [86] Она сопровождается высокими скоростями теплового потока из недр Земли. Их можно использовать в качестве геотермальной энергии . [86]
Туризм, связанный с вулканами, также является всемирной индустрией. [87]
Многие вулканы вблизи человеческих поселений тщательно контролируются с целью предоставления адекватных заблаговременных предупреждений о надвигающихся извержениях близлежащему населению. Кроме того, лучшее современное понимание вулканологии привело к некоторым более информированным правительственным и общественным реакциям на непредвиденную вулканическую активность. Хотя наука вулканологии пока еще не может предсказать точное время и дату извержений в далеком будущем, на вулканах, которые соответствующим образом контролируются, мониторинг текущих вулканических индикаторов часто способен предсказывать надвигающиеся извержения с заблаговременными предупреждениями минимум за часы, а обычно за дни до любого извержения. [88] Разнообразие вулканов и их сложность означают, что прогнозы извержений на обозримое будущее будут основаны на вероятности и применении управления рисками . Даже в этом случае некоторые извержения не будут иметь полезного предупреждения. Примером этого стал случай в марте 2017 года, когда туристическая группа стала свидетелем предположительно предсказуемого извержения вулкана Этна, и текущая лава соприкоснулась со скоплением снега, вызвав ситуативный фреатический взрыв, в результате которого пострадали десять человек. [87] Известно, что другие типы значительных извержений дают полезные предупреждения максимум за несколько часов с помощью сейсмического мониторинга. [68] Недавняя демонстрация магматической камеры со временем покоя в десятки тысяч лет, с потенциалом для быстрой подпитки, что потенциально сокращает время предупреждения, под самым молодым вулканом в Центральной Европе, [69] не говорит нам, будет ли полезен более тщательный мониторинг.
Известно, что ученые воспринимают риск с его социальными элементами иначе, чем местное население и те, кто проводит оценку социального риска от его имени, поэтому и деструктивные ложные тревоги, и ретроспективные обвинения, когда происходят катастрофы, будут продолжаться. [89] : 1–3
Таким образом, во многих случаях, хотя вулканические извержения все еще могут вызывать крупные разрушения имущества, периодические крупномасштабные потери человеческих жизней, которые когда-то были связаны со многими вулканическими извержениями, в последнее время значительно сократились в районах, где вулканы надлежащим образом контролируются. Эта способность спасения жизней выводится через такие программы мониторинга вулканической активности, через большие возможности местных властей по содействию своевременной эвакуации на основе более обширных современных знаний о вулканизме, которые теперь доступны, и на усовершенствованных технологиях связи, таких как мобильные телефоны. Такие операции, как правило, предоставляют достаточно времени для того, чтобы люди могли спастись, по крайней мере, сохранив свои жизни до надвигающегося извержения. Одним из примеров такой недавней успешной вулканической эвакуации была эвакуация с горы Пинатубо в 1991 году. Считается, что эта эвакуация спасла 20 000 жизней. [90] В случае с Этной обзор 2021 года выявил 77 смертей из-за извержений с 1536 года, но ни одного с 1987 года. [87]
Граждане, которые могут быть обеспокоены собственной подверженностью риску, связанному с близлежащей вулканической активностью, должны ознакомиться с типами и качеством мониторинга вулканов и процедурами оповещения общественности, применяемыми государственными органами в их регионах. [91]
На Луне нет крупных вулканов и текущей вулканической активности, хотя последние данные свидетельствуют о том, что она все еще может обладать частично расплавленным ядром. [92] Однако на Луне есть много вулканических особенностей, таких как моря [93] (темные пятна, видимые на Луне), борозды [94] и купола . [95]
Поверхность планеты Венера на 90% состоит из базальта , что указывает на то, что вулканизм сыграл важную роль в формировании ее поверхности. На планете могло произойти крупное глобальное событие по обновлению поверхности около 500 миллионов лет назад [96] , судя по тому, что ученые могут сказать по плотности ударных кратеров на поверхности. Потоки лавы широко распространены, а также встречаются формы вулканизма, не присутствующие на Земле. Изменения в атмосфере планеты и наблюдения за молниями были приписаны продолжающимся извержениям вулканов, хотя нет подтверждения того, является ли Венера все еще вулканически активной. Однако радиолокационное зондирование зондом Magellan выявило доказательства сравнительно недавней вулканической активности на самом высоком вулкане Венеры Маат Монс в виде потоков пепла около вершины и на северном фланге. [97] Однако интерпретация потоков как потоков пепла была поставлена под сомнение. [98]
На Марсе есть несколько потухших вулканов , четыре из которых являются огромными щитовыми вулканами, намного больше, чем любой на Земле. Они включают Arsia Mons , Ascraeus Mons , Hecates Tholus , Olympus Mons и Pavonis Mons . Эти вулканы потухли много миллионов лет назад, [99] но европейский космический аппарат Mars Express обнаружил доказательства того, что вулканическая активность могла иметь место на Марсе и в недавнем прошлом. [99]
Спутник Юпитера Ио является самым вулканически активным объектом в Солнечной системе из-за приливного взаимодействия с Юпитером. Он покрыт вулканами, которые извергают серу , диоксид серы и силикатные породы, и в результате Ио постоянно обновляется. Его лавы являются самыми горячими из известных в Солнечной системе, с температурами, превышающими 1800 К (1500 °C). В феврале 2001 года на Ио произошло самое большое зарегистрированное вулканическое извержение в Солнечной системе. [100] Европа , самый маленький из галилеевых спутников Юпитера , также, по-видимому, имеет активную вулканическую систему, за исключением того, что ее вулканическая активность полностью осуществляется в форме воды, которая замерзает в лед на холодной поверхности. Этот процесс известен как криовулканизм и, по-видимому, наиболее распространен на спутниках внешних планет Солнечной системы . [101]
В 1989 году космический аппарат Voyager 2 наблюдал криовулканы (ледяные вулканы) на Тритоне , спутнике Нептуна , а в 2005 году зонд Cassini-Huygens сфотографировал фонтаны замороженных частиц, извергающихся из Энцелада , спутника Сатурна . [102] [103] Выбросы могут состоять из воды, жидкого азота , аммиака , пыли или метановых соединений. Cassini-Huygens также обнаружил доказательства наличия криовулкана, извергающего метан, на спутнике Сатурна Титане , который, как полагают, является значительным источником метана, обнаруженного в его атмосфере. [104] Предполагается, что криовулканизм может также присутствовать на объекте пояса Койпера Кваваре .
Исследование экзопланеты COROT -7b , проведенное в 2010 году и обнаруженное транзитом в 2009 году, показало, что приливное нагревание от звезды-хозяина, расположенной очень близко к планете, и соседних планет может вызывать интенсивную вулканическую активность, подобную той, что обнаружена на Ио. [105]
Вулканы неравномерно распределены по поверхности Земли, но активные вулканы со значительным воздействием встречались на ранних этапах человеческой истории, о чем свидетельствуют следы гоминидов, найденные в вулканическом пепле Восточной Африки, возраст которых составляет 3,66 миллиона лет. [106] : 104 Связь вулканов с огнем и катастрофами обнаруживается во многих устных преданиях и имела религиозное, а значит, и социальное значение еще до первых письменных упоминаний о понятиях, связанных с вулканами. Примерами являются: (1) истории в субкультурах атабасков о людях, живущих в горах, и о женщине, которая использует огонь, чтобы сбежать с горы, [107] : 135 (2) миграция Пеле через цепь островов Хавариан, способность уничтожать леса и проявления гнева бога, [108] и (3) ассоциация в яванском фольклоре царя, проживающего на вулкане Мерапи , и царицы, проживающей на пляже в 50 км (31 миле) от того, что сейчас известно как сейсмический разлом, взаимодействующий с этим вулканом. [109]
Многие древние источники приписывают извержения вулканов сверхъестественным причинам, таким как действия богов или полубогов . Самый ранний известный пример — неолитическая богиня в Чатал-Хююке . [110] : 203 Древнегреческий бог Гефест и концепции подземного мира связаны с вулканами в этой греческой культуре. [87]
Однако другие предложили более естественные (но все еще неверные) причины вулканической активности. В пятом веке до нашей эры Анаксагор предположил, что извержения были вызваны сильным ветром. [111] К 65 году н. э. Сенека Младший предложил в качестве причины возгорание, [111] идею также принял иезуит Афанасий Кирхер (1602–1680), который был свидетелем извержений вулкана Этна и Стромболи , затем посетил кратер Везувия и опубликовал свой взгляд на Землю в Mundus Subterraneus с центральным огнем, соединенным с многочисленными другими, изображающими вулканы как тип предохранительного клапана. [112] Эдвард Йорден в своей работе о минеральных водах оспорил эту точку зрения; в 1632 году он предложил серную «ферментацию» как источник тепла внутри Земли, [111] Астроном Иоганн Кеплер (1571–1630) считал, что вулканы были каналами для слез Земли. [113] [ нужен лучший источник ] В 1650 году Рене Декарт предположил, что ядро Земли раскалено, а к 1785 году работы Декарта и других были обобщены в геологии Джеймсом Хаттоном в его трудах о магматических интрузиях магмы. [111] Ладзаро Спалланцани к 1794 году продемонстрировал, что паровые взрывы могут вызывать взрывные извержения, и многие геологи считали это универсальной причиной взрывных извержений вплоть до извержения горы Таравера в 1886 году , которое позволило в одном случае дифференцировать одновременные фреатомагматические и гидротермальные извержения от сухого взрывного извержения, как оказалось, базальтовой дайки . [114] : 16–18 [115] : 4 Альфред Лакруа опирался на свои другие знания, изучая извержение вулкана Мон-Пеле в 1902 году , [111] а к 1928 году работа Артура Холмса объединила концепции радиоактивного выделения тепла, структуры мантии Земли , частичного декомпрессионного плавления магмы и конвекции магмы. [111] Это в конечном итоге привело к принятию тектоники плит. [116]
В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : McGee, Kenneth A.; Doukas, Michael P.; Kessler, Richard; Gerlach, Terrence M. (май 1997 г.). «Воздействие вулканических газов на климат, окружающую среду и людей». Геологическая служба США . Получено 9 августа 2014 г.
