Вулкан — это разрыв в коре объекта планетарной массы , такого как Земля , который позволяет горячей лаве , вулканическому пеплу и газам выходить из магматического очага под поверхностью.
На Земле вулканы чаще всего встречаются там, где тектонические плиты расходятся или сходятся , а поскольку большая часть границ земных плит находится под водой, большинство вулканов находятся под водой. Например, на срединно-океаническом хребте , таком как Срединно-Атлантический хребет , есть вулканы, вызванные расходящимися тектоническими плитами, тогда как в Тихоокеанском огненном кольце есть вулканы, вызванные сходящимися тектоническими плитами. Вулканы также могут образовываться там, где происходит растяжение и истончение плит земной коры, например, в Восточно-Африканском рифте , вулканическом поле Уэллс Грей-Клируотер и рифте Рио-Гранде в Северной Америке. Предполагается, что вулканизм вдали от границ плит возникает в результате поднимающихся диапиров от границы ядро-мантия на глубине 3000 километров (1900 миль) в глубине Земли. Это приводит к точечному вулканизму , примером которого является горячая точка на Гавайях . Вулканы обычно не образуются там, где две тектонические плиты скользят друг мимо друга.
Крупные извержения могут повлиять на температуру атмосферы, поскольку пепел и капли серной кислоты затмевают Солнце и охлаждают тропосферу Земли . Исторически сложилось так, что за крупными извержениями вулканов следовали вулканические зимы , которые вызывали катастрофический голод. [1]
На других планетах, кроме Земли, есть вулканы. Например, на Венере очень много вулканов. [2] В 2009 году была опубликована статья, предлагающая новое определение слова «вулкан», которое включает в себя такие процессы, как криовулканизм. Он предложил определить вулкан как «отверстие на поверхности планеты или луны, из которого извергается магма, определенная для этого тела, и/или магматический газ». [3]
В этой статье в основном рассматриваются вулканы на Земле. См. § Вулканы на других небесных телах и Криовулкан для получения дополнительной информации.
Слово «вулкан» происходит от названия Вулкана , вулканического острова на Эолийских островах Италии, название которого, в свою очередь, происходит от Вулкана , бога огня в римской мифологии . [4] Изучение вулканов называется вулканологией , иногда пишется как вулканология . [5]
Согласно теории тектоники плит, литосфера Земли , ее твердая внешняя оболочка, разбита на шестнадцать больших и несколько меньших плит. Они находятся в замедленном 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 сложились некоторые представления, позволившие группировать вулканы по времени, месту, строению и составу, которые в конечном итоге пришлось объяснить в теории тектоники плит. Например, некоторые вулканы являются полигенетическими и имеют более одного периода активности за свою историю; другие вулканы, которые вымирают после извержения ровно один раз, являются моногенетическими (что означает «одна жизнь»), и такие вулканы часто группируются в одном географическом регионе. [7]
На срединно-океанических хребтах две тектонические плиты расходятся друг от друга, когда горячие мантийные породы ползут вверх под истонченную океаническую кору . Уменьшение давления в поднимающихся мантийных породах приводит к адиабатическому расширению и частичному плавлению породы, вызывая вулканизм и создавая новую океаническую кору. Большинство расходящихся границ плит проходят на дне океанов, поэтому большая часть вулканической активности на Земле происходит под водой, образуя новое морское дно . Черные курильщики (также известные как глубоководные жерла) являются свидетельством такого рода вулканической активности. Там, где срединно-океанический хребет находится над уровнем моря, образуются вулканические острова, такие как Исландия . [8]
Зоны субдукции — это места, где сталкиваются две плиты, обычно океаническая и континентальная. Океаническая плита погружается под континентальную плиту, образуя глубокую океанскую впадину недалеко от берега. В процессе, называемом плавлением флюса , вода, высвобождаемая из погружающейся плиты, снижает температуру плавления вышележащего мантийного клина, создавая таким образом 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 он достигает поверхности, образуется вулкан. Таким образом, зоны субдукции окаймлены цепочками вулканов, называемыми вулканическими дугами . Типичными примерами являются вулканы Тихоокеанского огненного кольца , 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 столбы горячего материала, поднимающиеся от границы ядро-мантия. Как и срединно-океанические хребты, поднимающиеся мантийные породы испытывают декомпрессионное плавление, в результате чего образуются большие объемы магмы. Поскольку тектонические плиты движутся поперек мантийных шлейфов, каждый вулкан становится неактивным по мере того, как он дрейфует от шлейфа, и там, где плита продвигается над шлейфом, создаются новые вулканы. Считается, что Гавайские острова образовались таким же образом, как и равнина реки Снейк , при этом Йеллоустонская кальдера является частью Северо-Американской плиты, которая в настоящее время находится над горячей точкой Йеллоустона . [10] Однако гипотеза мантийного плюма была поставлена под сомнение. [11]
Устойчивый апвеллинг горячих мантийных пород может развиться внутри континента и привести к рифтингу. Ранние стадии рифтогенеза характеризуются паводковыми базальтами и могут прогрессировать до точки, когда тектоническая плита полностью раскалывается. [12] [13] Затем между двумя половинками разделенной пластины возникает расходящаяся граница пластины. Однако рифтингу часто не удается полностью расколоть континентальную литосферу (например, в авлакогене ) , а неудавшиеся рифты характеризуются вулканами, извергающими необычную щелочную лаву или карбонатиты . Примеры включают вулканы Восточно-Африканского разлома . [14]
Вулкану необходим резервуар с расплавленной магмой (например, магматическая камера), канал, позволяющий магме подниматься через земную кору, и вентиляционное отверстие, позволяющее магме выходить над поверхностью в виде лавы. [15] Извергнутый вулканический материал (лава и тефра), который откладывается вокруг жерла, известен как вулканическое сооружение , обычно это вулканический конус или гора. [15]
Наиболее распространенное представление о вулкане – это коническая гора, извергающая лаву и ядовитые газы из кратера на вершине; однако это описывает лишь один из многих типов вулканов. Особенности вулканов разнообразны. Строение и поведение вулканов зависят от ряда факторов. Некоторые вулканы имеют неровные вершины, образованные куполами лавы , а не кратером на вершине, в то время как другие имеют особенности ландшафта , такие как массивные плато . Источники, которые выделяют вулканический материал (включая лаву и пепел ) и газы (в основном пар и магматические газы), могут образовываться где угодно на рельефе и могут давать начало более мелким конусам, таким как Пуу Оо 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 может быть трудно распознать как таковые, и они могут быть скрыты геологическими процессами.
Другие типы вулканов включают криовулканы (или ледяные вулканы), особенно на некоторых спутниках Юпитера , Сатурна и Нептуна ; и грязевые вулканы , которые представляют собой структуры, часто не связанные с известной магматической активностью. Действующие грязевые вулканы, как правило, имеют температуру намного ниже, чем температура изверженных вулканов, за исключением случаев, когда грязевой вулкан на самом деле является жерлом изверженного вулкана.
Вулканические трещины представляют собой плоские линейные трещины, через которые выходит лава .
Щитовые вулканы, названные так из-за их широких щитовидных профилей, образуются в результате извержения лавы низкой вязкости, которая может течь на большие расстояния от жерл. Они обычно не взрываются катастрофически, но характеризуются относительно мягкими эффузивными извержениями . Поскольку магма с низкой вязкостью обычно содержит мало кремнезема, щитовые вулканы чаще встречаются в океанических, чем в континентальных условиях. Гавайская вулканическая цепь представляет собой серию щитовых конусов, они также распространены в Исландии .
Лавовые купола образуются в результате медленных извержений очень вязкой лавы. Иногда они образуются внутри кратера предыдущего извержения вулкана, как в случае с горой Сент-Хеленс , но могут формироваться и самостоятельно, как в случае с пиком Лассен . Как и стратовулканы, они могут вызывать сильные взрывные извержения, но лава обычно не течет далеко от жерла.
Криптокуполы образуются, когда вязкая лава выталкивается вверх, вызывая вздутие поверхности. Примером может служить извержение горы Сент-Хеленс в 1980 году ; лава под поверхностью горы создала восходящую выпуклость, которая позже обрушилась на северную сторону горы.
Шлаковые конусы возникают в результате извержений в основном небольших кусочков шлака и пирокластики (оба напоминают шлаки, отсюда и название этого типа вулканов), которые накапливаются вокруг жерла. Это могут быть относительно кратковременные извержения, в результате которых образуется конусообразный холм высотой от 30 до 400 метров (от 100 до 1300 футов). Большинство шлаковых конусов извергаются только один раз, а некоторые можно найти в моногенетических вулканических полях , которые могут включать в себя другие особенности, образующиеся при контакте магмы с водой, такие как кратеры взрыва маара и туфовые кольца . [16] Шлаковые конусы могут образовываться как боковые жерла на более крупных вулканах или возникать сами по себе. Парикутин в Мексике и кратер Сансет в Аризоне являются примерами шлаковых конусов. В Нью-Мексико Каха-дель-Рио представляет собой вулканическое поле , состоящее из более чем 60 шлаковых конусов.
На основании спутниковых изображений 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 (составные вулканы) представляют собой высокие конические горы, состоящие из потоков лавы и тефры в чередующихся слоях, слоях , которые и дали начало названию. Их также называют составными вулканами, поскольку они образуются из нескольких структур во время извержений разного типа. Классические примеры включают гору Фудзи в Японии, вулкан Майон на Филиппинах, а также горы Везувий и Стромболи в Италии.
Пепел , образующийся в результате взрывных извержений стратовулканов, исторически представлял наибольшую вулканическую опасность для цивилизаций. Лавы стратовулканов содержат больше кремнезема и поэтому гораздо более вязкие, чем лавы щитовых вулканов. Лавы с высоким содержанием кремнезема также имеют тенденцию содержать больше растворенного газа. Такое сочетание смертельно опасно, поскольку способствует взрывным извержениям , образующим большое количество пепла, а также пирокластическим волнам, подобным тому, что разрушил город Сен-Пьер на Мартинике в 1902 году. Они также более крутые, чем щитовые вулканы, с уклонами 30–35 градусов. ° по сравнению со склонами обычно 5–10°, а их рыхлая тефра является материалом для опасных лахаров . [21] Большие куски тефры называют вулканическими бомбами . Большие бомбы могут иметь диаметр более 4 футов (1,2 метра) и весить несколько тонн. [22]
Супервулкан — это вулкан, который испытал одно или несколько извержений, в результате которых за одно взрывное событие образовалось более 1000 кубических километров (240 кубических миль) вулканических отложений. [23] Такие извержения происходят, когда очень большой магматический очаг, полный богатой газом кремнистой магмы, опорожняется в результате катастрофического кальдерообразующего извержения. Туфы пепловых потоков , образовавшиеся в результате таких извержений, являются единственным вулканическим продуктом, объемы которого могут соперничать с объемами паводковых базальтов . [24]
Супервулкан может вызвать разрушения континентального масштаба. Такие вулканы способны сильно снизить глобальную температуру на многие годы после извержения из-за огромных объемов серы и пепла, выбрасываемых в атмосферу. Это самый опасный тип вулканов. Примеры включают Йеллоустонскую кальдеру в Йеллоустонском национальном парке и кальдеру Валлес в Нью-Мексико (оба на западе США); Озеро Таупо в Новой Зеландии; Озеро Тоба на Суматре , Индонезия; и кратер Нгоронгоро в Танзании. К счастью, извержения супервулканов являются очень редкими событиями, хотя из-за огромной площади, которую они покрывают, и последующего сокрытия под растительностью и ледниковыми отложениями, супервулканы может быть трудно идентифицировать в геологической летописи без тщательного геологического картирования . [25]
Подводные вулканы являются обычным явлением на дне океана. Вулканическая активность в эпоху голоцена была зарегистрирована только в 119 подводных вулканах, но на дне океана может находиться более миллиона геологически молодых подводных вулканов. [26] [27] На мелководье действующие вулканы раскрывают свое присутствие, выбрасывая пар и скалистые обломки высоко над поверхностью океана. В глубоких океанских котловинах огромный вес воды препятствует взрывному выделению 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 извержений подводных вулканов и характеризуется толстыми последовательностями прерывистых подушкообразных масс, образующихся под водой. Даже крупные подводные извержения могут не нарушить поверхность океана из-за эффекта быстрого охлаждения и повышенной плавучести воды (по сравнению с воздухом), что часто приводит к тому, что жерла вулканов образуют крутые столбы на дне океана. Рядом с этими вулканами часто встречаются гидротермальные жерла , а некоторые из них поддерживают своеобразные экосистемы, основанные на хемотрофах , питающихся растворенными минералами. Со временем образования, созданные подводными вулканами, могут стать настолько большими, что прорывают поверхность океана в виде новых островов или плавучих пемзовых плотов .
В мае и июне 2018 года агентствами по мониторингу землетрясений по всему миру было обнаружено множество сейсмических сигналов. Они приняли форму необычных гудящих звуков, а некоторые сигналы, обнаруженные в ноябре того же года, имели продолжительность до 20 минут. Кампания океанографических исследований в мае 2019 года показала, что ранее загадочные гудящие звуки были вызваны образованием подводного вулкана у побережья Майотты . [28]
Подледниковые вулканы развиваются под ледяными шапками . Они состоят из лавовых плато, покрывающих обширные подушечки лавы и палагонита . Эти вулканы еще называют столовыми горами, туями , [29] или (в Исландии) мобергами. [30] Очень хорошие примеры вулканов этого типа можно увидеть в Исландии и Британской Колумбии . Происхождение термина происходит от Туя-Бьютт , одной из нескольких туй в районе реки Туя и хребта Туя на севере Британской Колумбии. Туя-Бьютт была первой проанализированной такой формой рельефа , и поэтому ее название вошло в геологическую литературу для этого типа вулканического образования. [31] Провинциальный парк гор Туя был недавно создан для защиты этого необычного ландшафта, который расположен к северу от озера Туя и к югу от реки Дженнингс , недалеко от границы с территорией Юкон .
Грязевые вулканы (грязевые купола) представляют собой образования, созданные выделившимися из земной поверхности жидкостями и газами, хотя существует несколько процессов, которые могут вызвать такую активность. [32] Крупнейшие сооружения имеют диаметр 10 километров и высоту 700 метров. [33]
.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 обычно является наиболее распространенным вулканическим газом, за ним следуют углекислый газ [37] и диоксид серы . Другие основные вулканические газы включают сероводород , хлористый водород и фторид водорода . В вулканических выбросах также содержится большое количество второстепенных и следовых газов, например, водород , окись углерода , галогенуглероды , органические соединения и летучие хлориды металлов.
Форма и стиль извержения вулкана во многом определяются составом извергаемой им лавы. Вязкость (насколько жидка лава) и количество растворенного газа являются наиболее важными характеристиками магмы, и обе они в значительной степени определяются количеством кремнезема в магме. Магма, богатая кремнеземом, гораздо более вязкая, чем магма с низким содержанием кремнезема, а магма, богатая кремнеземом, также имеет тенденцию содержать больше растворенных газов.
Лаву можно разделить на четыре различных состава: [38]
Потоки основной лавы демонстрируют две разновидности текстуры поверхности: ʻAʻa (произносится [ˈʔaʔa] ) и pāhoehoe ( [paːˈho.eˈho.e] ), оба гавайских слова. `A`a характеризуется шероховатой клинкерной поверхностью и представляет собой типичную текстуру более холодных потоков базальтовой лавы. Пахоехо отличается гладкой, часто рыхлой или морщинистой поверхностью и обычно образуется из более жидких потоков лавы. Иногда наблюдают, как потоки Пахохо переходят в потоки аа по мере удаления от жерла, но никогда не наоборот. [52]
Более кислые потоки лавы имеют форму глыбовой лавы, где поток покрыт угловатыми, бедными пузырьками глыбами. Риолитовые потоки обычно состоят в основном из обсидиана . [53]
Тефра образуется, когда магма внутри вулкана разрывается в результате быстрого расширения горячих вулканических газов. Магма обычно взрывается, когда растворенный в ней газ выходит из раствора, когда давление уменьшается, 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 песок или меньше) называются вулканическим пеплом. [35] [36]
Тефра и другая вулканокластика (расколовшийся вулканический материал) составляют большую часть объема многих вулканов, чем потоки лавы. Вулканокластика могла составлять до трети всех отложений в геологической летописи. Производство больших объемов тефры характерно для эксплозивного вулканизма. [54]
Стили извержений в целом делятся на магматические, фреатомагматические и фреатические извержения. [55] Интенсивность эксплозивного вулканизма выражается с помощью индекса вулканической эксплозивности (VEI), который колеблется от 0 для извержений гавайского типа до 8 для извержений супервулканов. [56]
По состоянию на декабрь 2022 года в базе данных извержений вулканов в эпоху голоцена (последние 11700 лет) Смитсоновского института «Глобальная программа вулканизма» насчитывается 9901 подтвержденное [update]извержение 859 вулканов . В базе данных также перечислены 1113 неопределенных извержений и 168 дискредитированных извержений за тот же период времени. [57] [58]
Вулканы сильно различаются по уровню активности: отдельные вулканические системы имеют повторяемость извержений от нескольких раз в год до одного раза в десятки тысяч лет. [59] Вулканы неофициально описываются как извергающиеся , активные , спящие или потухшие , но определения этих терминов не совсем единообразны среди вулканологов. Уровень активности большинства вулканов подпадает под градуированный спектр, во многом пересекающийся между категориями, и не всегда полностью вписывается только в одну из этих трех отдельных категорий. [60]
Геологическая служба США определяет вулкан как «извергающийся» всякий раз, когда виден выброс магмы из любой точки вулкана, включая видимую магму, все еще содержащуюся в стенах кратера на вершине.
Хотя среди вулканологов нет международного консенсуса относительно того, как определить «активный» вулкан, Геологическая служба США определяет вулкан как «активный» всякий раз, когда подземные индикаторы, такие как рои землетрясений, наземная инфляция или необычно высокие уровни углекислого газа и / или серы, присутствует диоксид. [61] [62]
Геологическая служба США определяет спящий вулкан как любой вулкан, который не проявляет никаких признаков беспорядков, таких как рои землетрясений, вздутие земли или чрезмерные выбросы вредных газов, но который показывает признаки того, что он может снова стать активным. [62] Многие спящие вулканы не извергались в течение тысяч лет, но все еще проявляют признаки того, что они могут извергаться снова в будущем. [63] [64]
В статье, обосновывающей реклассификацию вулкана Эджкамбе на Аляске из «спящего» в «активный», вулканологи из Вулканической обсерватории Аляски отметили, что термин «спящие» в отношении вулканов устарел за последние несколько десятилетий и что «Термин «спящий вулкан» настолько мало используется и не определен в современной вулканологии, что Энциклопедия вулканов (2000) не содержит его в глоссариях или указателях», [65] однако Геологическая служба США по-прежнему широко использует этот термин.
Раньше вулкан часто считали потухшим, если не было письменных свидетельств о его деятельности. Такое обобщение несовместимо с наблюдениями и более глубокими исследованиями, как это произошло недавно с неожиданным извержением вулкана Чайтен в 2008 году . [66] Современные методы мониторинга вулканической активности и усовершенствования в моделировании факторов, вызывающих извержения, помогли понимание того, почему вулканы могут оставаться в спячке в течение длительного периода времени, а затем неожиданно снова становиться активными. Потенциал извержений и их стиль зависят главным образом от состояния системы хранения магмы под вулканом, механизма запуска извержения и его временных рамок. [67] : 95 Например, у вулкана Йеллоустоун период покоя/подзарядки составляет около 700 000 лет, а у вулкана Тоба — около 380 000 лет. [68] Римские писатели описывали Везувий как покрытый садами и виноградниками до его неожиданного извержения 79 г. н. э. , разрушившего города Геркуланум и Помпеи .
Соответственно, иногда бывает сложно отличить потухший вулкан от спящего (недействующего). Известно, что длительное бездействие вулкана снижает осведомленность. [67] : 96 Пинатубо был неприметным вулканом, неизвестным большинству людей в прилегающих районах и первоначально не подвергавшимся сейсмическому мониторингу до его непредвиденного и катастрофического извержения в 1991 году. Два других примера вулканов, которые когда-то считались потухшими, прежде чем вновь прыгнуть В результате извержений были давно спящий вулкан Суфриер-Хиллз на острове Монтсеррат , который считался потухшим, пока активность не возобновилась в 1995 году (превратив его столицу Плимут в город-призрак ), а также гору Четырехконечную гору на Аляске, которая до своего извержения в сентябре 2006 года не извергался с 8000 г. до н.э.
Потухшие вулканы — это те вулканы, извержение которых, по мнению ученых, маловероятно, поскольку у вулкана больше нет запаса магмы. Примерами потухших вулканов являются многие вулканы на цепи подводных гор Гавайи-Император в Тихом океане (хотя некоторые вулканы на восточном конце цепи активны), Хоэнтвиль в Германии , Шипрок в Нью-Мексико , США , Капулин в Нью-Мексико, США. , вулкан Зюдвал в Нидерландах и многие вулканы в Италии , такие как Монте-Вулчер . Эдинбургский замок в Шотландии расположен на вершине потухшего вулкана, образующего Касл-Рок . Часто бывает трудно определить, действительно ли вулкан потух. Поскольку продолжительность жизни кальдер «супервулкана» может измеряться иногда миллионами лет, кальдеру, которая не вызывала извержений в течение десятков тысяч лет, можно считать спящей, а не потухшей.
Три распространенные популярные классификации вулканов могут быть субъективными, и некоторые вулканы, которые считались потухшими, извергались снова. Чтобы помочь людям не ошибочно полагать, что они не подвергаются риску, живя на вулкане или рядом с ним, страны приняли новые классификации для описания различных уровней и стадий вулканической активности. [69] Некоторые системы оповещения используют разные цифры или цвета для обозначения разных этапов. Другие системы используют цвета и слова. Некоторые системы используют комбинацию обоих.
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», потому что проект был инициирован в рамках спонсируемого Организацией Объединенных Наций Международного десятилетия по уменьшению опасности стихийных бедствий (1990-е годы). 16 вулканов текущего десятилетия:
Проект глубокой углеродной дегазации Земли , инициатива Deep Carbon Observatory , контролирует девять вулканов, два из которых являются вулканами Десятилетия. Целью проекта глубокой дегазации углерода является использование инструментов системы многокомпонентного газоанализатора для измерения соотношений CO 2 /SO 2 в режиме реального времени и с высоким разрешением, что позволит обнаружить предэруптивную дегазацию поднимающихся магм, улучшая прогноз вулканической активности . [70]
Извержения вулканов представляют значительную угрозу человеческой цивилизации. Однако вулканическая активность также предоставила людям важные ресурсы.
Существует множество различных типов извержений вулканов и связанной с ними активности: фреатические извержения (паровые извержения), эксплозивное извержение высококремнеземистой лавы (например, риолита ), эффузивное извержение низкокремнеземистой лавы (например, базальта ), обвалы секторов , пирокластические потоки , лахары (селевые потоки) и выбросы углекислого газа . Все эти действия могут представлять опасность для человека. Землетрясения, горячие источники , фумаролы , грязевые котлы и гейзеры часто сопровождают вулканическую активность.
Вулканические газы могут достигать стратосферы, где образуют аэрозоли серной кислоты , способные отражать солнечную радиацию и значительно снижать температуру поверхности. [71] Диоксид серы, образовавшийся в результате извержения Уайнапутины, возможно, стал причиной голода в России 1601–1603 годов . [72] Химические реакции сульфатных аэрозолей в стратосфере также могут повредить озоновый слой , а такие кислоты, как хлористый водород (HCl) и фтористый водород (HF), могут выпадать на землю в виде кислотных дождей . Чрезмерное количество солей фтора в результате извержений неоднократно приводило к отравлению домашнего скота в Исландии. [73] : 39–58 Взрывные извержения вулканов выделяют углекислый газ, вызывающий парниковый эффект, и, таким образом, обеспечивают глубокий источник углерода для биогеохимических циклов . [74]
Пепел, выбрасываемый в воздух в результате извержений, может представлять опасность для самолетов, особенно реактивных самолетов , частицы которых могут расплавиться из-за высокой рабочей температуры; расплавленные частицы затем прилипают к лопаткам турбины и меняют свою форму, нарушая работу турбины. Это может привести к серьезным перебоям в авиаперевозках.
Считается, что вулканическая зима произошла около 70 000 лет назад после суперизвержения озера Тоба на острове Суматра в Индонезии. [75] Возможно, это создало узкое место в популяции , которое повлияло на генетическую наследственность всех современных людей. [76] Извержения вулканов, возможно, способствовали крупным событиям вымирания, таким как массовое вымирание в конце ордовика , пермо-триаса и позднего девона . [77]
Извержение вулкана Тамбора в 1815 году создало глобальные климатические аномалии, которые стали известны как « Год без лета » из-за воздействия на погоду в Северной Америке и Европе. [78] Морозная зима 1740–1741 годов, которая привела к массовому голоду в Северной Европе, также может быть обязана своим происхождением извержению вулкана. [79]
Хотя извержения вулканов представляют значительную опасность для людей, прошлая вулканическая деятельность создала важные экономические ресурсы. Туф, образовавшийся из вулканического пепла, является относительно мягкой породой и с древних времен используется в строительстве. [80] [81] Римляне часто использовали туф, которого много в Италии, для строительства. [82] Люди Рапа -Нуи использовали туф для изготовления большинства статуй моаи на острове Пасхи . [83]
Вулканический пепел и выветрившийся базальт создают одни из самых плодородных почв в мире, богатых питательными веществами, такими как железо, магний, калий, кальций и фосфор. [84] Вулканическая активность ответственна за размещение ценных минеральных ресурсов, таких как металлические руды. [84] Это сопровождается высокими скоростями теплового потока из недр Земли. Их можно использовать в качестве геотермальной энергии . [84]
Туризм, связанный с вулканами, также является мировой индустрией. [85]
За многими вулканами вблизи населенных пунктов ведется тщательное наблюдение с целью заблаговременного предупреждения близлежащего населения о неизбежных извержениях. Кроме того, лучшее современное понимание вулканологии привело к более информированной реакции правительства и общественности на непредвиденную вулканическую активность. Хотя наука вулканология, возможно, еще не способна предсказать точное время и дату извержений в далеком будущем, на вулканах, за которыми ведется надлежащий мониторинг, мониторинг текущих вулканических индикаторов часто способен предсказать неминуемые извержения с предварительным предупреждением минимум за несколько часов, а обычно дней до извержений. [86] 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 никакого полезного предупреждения. Пример этого произошел в марте 2017 года, когда туристическая группа стала свидетелем очевидно предсказуемого извержения Этны, и текущая лава столкнулась со скоплением снега, вызвав ситуационный фреатический взрыв, в результате которого пострадали десять человек. [85] Но известно, что другие типы значительных извержений дают полезные предупреждения максимум за несколько часов с помощью сейсмического мониторинга. [66] Недавняя демонстрация магматического очага со временем покоя в десятки тысяч лет, с потенциалом для быстрой перезарядки, что потенциально сокращает время предупреждения, под самым молодым вулканом в Центральной Европе, [67] не говорит нам, требуется ли более тщательный мониторинг будет полезно.
Известно, что учёные воспринимают риск с его социальными элементами иначе, чем местное население и те, кто проводит оценку социального риска от его имени, так что как разрушительные ложные тревоги, так и ретроспективное обвинение в случае возникновения бедствий будут продолжать происходить. [87] : 1–3
Таким образом, во многих случаях, хотя извержения вулканов по-прежнему могут вызывать крупные разрушения собственности, периодические крупномасштабные человеческие жертвы, которые когда-то были связаны со многими извержениями вулканов, в последнее время значительно сократились в районах, где вулканы контролируются должным образом. Эта способность спасать жизни достигается с помощью таких программ мониторинга вулканической активности, благодаря более широким возможностям местных властей по обеспечению своевременной эвакуации на основе более обширных современных знаний о вулканизме, которые теперь доступны, а также благодаря усовершенствованным коммуникационным технологиям, таким как сотовые телефоны. . Такие операции, как правило, дают людям достаточно времени, чтобы спастись, по крайней мере, 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. [88] В случае с Этной обзор 2021 года выявил 77 смертей в результате извержений с 1536 года, но ни одного с 1987 года. [85]
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 районах. [89]
На Луне Земли нет крупных вулканов и текущей вулканической активности, хотя недавние данные свидетельствуют о том, что она все еще может иметь частично расплавленное ядро. [90] Однако на Луне есть много вулканических особенностей, таких как моря [91] (более темные пятна, видимые на Луне), бороздки [92] и купола . [93]
Поверхность планеты Венера на 90% состоит из базальта , что указывает на то, что вулканизм сыграл важную роль в формировании ее поверхности. На планете, возможно, произошло крупное глобальное событие обновления поверхности около 500 миллионов лет назад, [94] судя по тому, что ученые могут сказать по плотности ударных кратеров на поверхности. Потоки лавы широко распространены, а также встречаются формы вулканизма, которых нет на Земле. Изменения в атмосфере планеты и наблюдения за молниями связывают с продолжающимися извержениями вулканов, хотя нет подтверждения того, является ли Венера все еще вулканически активной. Однако радиолокационное зондирование зондом «Магеллан» выявило доказательства сравнительно недавней вулканической активности самого высокого вулкана Венеры Маат Монс в виде потоков пепла вблизи вершины и на северном склоне. [95] Однако интерпретация потоков как потоков пепла была подвергнута сомнению. [96]
На Марсе есть несколько потухших вулканов , четыре из которых представляют собой огромные щитовые вулканы, намного большие, чем любой другой на Земле. К ним относятся Арсия Монс , Аскрей Монс , Гекатес Толус , Олимп Монс и Павонис Монс . Эти вулканы потухли уже много миллионов лет, [97] но европейский космический корабль «Марс-Экспресс» нашел доказательства того, что вулканическая активность могла происходить на Марсе и в недавнем прошлом. [97]
Спутник Юпитера Ио — самый вулканически активный объект в Солнечной системе из-за приливного взаимодействия с Юпитером. Он покрыт вулканами, извергающими серу , диоксид серы и силикатные породы, в результате чего Ио постоянно выходит на поверхность. Его лавы являются самыми горячими из известных в Солнечной системе: температура превышает 1800 К (1500 °C). В феврале 2001 года на Ио произошло крупнейшее зарегистрированное извержение вулкана в Солнечной системе. [98] Европа , самый маленький из галилеевых спутников Юпитера , также, по-видимому, имеет активную вулканическую систему, за исключением того, что ее вулканическая активность полностью проявляется в форме воды, которая замерзает в лед на холодной поверхности. Этот процесс известен как криовулканизм и, очевидно, наиболее распространен на спутниках внешних планет Солнечной системы . [99]
В 1989 году космический корабль «Вояджер-2» наблюдал криовулканы (ледяные вулканы) на Тритоне , спутнике Нептуна , а в 2005 году зонд « Кассини-Гюйгенс» сфотографировал фонтаны замороженных частиц, извергающихся с Энцелада , спутника Сатурна . [100] [101] Выбросы могут состоять из воды, жидкого азота , аммиака , пыли или соединений метана . Кассини-Гюйгенс также нашел свидетельства существования криовулкана, извергающего метан, на спутнике Сатурна Титане , который, как полагают, является важным источником метана, содержащегося в его атмосфере. [102] Предполагается, что криовулканизм может также присутствовать на объекте Квавар в поясе Койпера .
Исследование экзопланеты COROT -7b в 2010 году , которая была обнаружена транзитом в 2009 году, показало, что приливное нагревание от родительской звезды, очень близкой к планете и соседним планетам, может генерировать интенсивную вулканическую активность, подобную той, что наблюдается на Ио. [103]
Вулканы не распределены равномерно по поверхности Земли, но активные, оказывающие значительное воздействие, встречались в начале истории человечества, о чем свидетельствуют следы гоминид , найденные в вулканическом пепле Восточной Африки, возраст которых составляет 3,66 миллиона лет. [104] : 104 Ассоциация вулканов с огнем и катастрофами встречается во многих устных традициях и имела религиозное и, следовательно, социальное значение до появления первых письменных записей о концепциях, связанных с вулканами. Примеры: (1) истории атабаскских субкультур о людях, живущих внутри гор, и женщине, которая использует огонь, чтобы сбежать с горы, [105] : 135 (2) Миграция Пеле через цепь гаварских островов, способность разрушать леса и проявления нрава бога, [106] и (3) ассоциация в яванском фольклоре короля, проживающего на вулкане Мерапи , и королевы, проживающей на пляже в 50 км (31 миле) от того, что теперь известно как землетрясение, которое взаимодействует с этим вулканом. [107]
Многие древние источники приписывают извержения вулканов сверхъестественным причинам, таким как действия богов или полубогов . Самый ранний известный пример — неолитическая богиня в Чатал-Хююке . [108] : 203 Древнегреческий бог Гефест и представления о подземном мире связаны с вулканами в этой греческой культуре. [85]
Однако другие предлагали более естественные (но все же неверные) причины вулканической активности. В пятом веке до нашей эры Анаксагор предположил, что извержения были вызваны сильным ветром. [109] К 65 году нашей эры Сенека Младший предположил, что причиной является возгорание, [109] эту идею также принял иезуит Афанасий Кирхер (1602–1680), который был свидетелем извержений Этны и Стромболи , затем посетил кратер Везувия и опубликовал свой взгляд на Землю в Mundus Subterraneus с центральным огнем, связанным с многочисленными другими, изображающими вулканы как своего рода предохранительный клапан. [110] Эдвард Джорден в своей работе о минеральных водах оспорил эту точку зрения; в 1632 году он предложил «брожение» серы в качестве источника тепла на Земле. [109] Астроном Иоганн Кеплер (1571–1630) считал, что вулканы являются каналами для слез Земли. [111] В 1650 году Рене Декарт предположил, что ядро Земли раскалено, а к 1785 году работы Декарта и других были синтезированы в геологию Джеймсом Хаттоном в его трудах об изверженных вторжениях магмы. [109] Лаццаро Спалланцани продемонстрировал в 1794 году, 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 сухое эксплозивное извержение, как оказалось, базальтовой дайки . [112] : 16–18 [113] : 4 Альфред Лакруа опирался на другие свои знания в своих исследованиях извержения горы Пеле в 1902 году , [109] и к 1928 году работа Артура Холмса объединила концепции радиоактивного выделения тепла, Строение мантии Земли , частичное декомпрессионное плавление магмы и конвекция магмы. [109] В конечном итоге это привело к признанию тектоники плит. [114]
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)
Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : МакГи, Кеннет А.; Дукас, Майкл П.; Кесслер, Ричард; Герлах, Терренс М. (май 1997 г.). «Воздействие вулканических газов на климат, окружающую среду и людей». Геологическая служба США . Проверено 9 августа 2014 г.
