Стратовулкан , также известный как составной вулкан , представляет собой конический вулкан, образованный множеством чередующихся слоев ( страт ) затвердевшей лавы и тефры . [1] В отличие от щитовых вулканов , стратовулканы характеризуются крутым профилем с вершинным кратером и взрывными извержениями. [2] Некоторые из них имеют обрушившиеся вершинные кратеры, называемые кальдерами . [3] Лава , вытекающая из стратовулканов, обычно остывает и затвердевает, прежде чем распространиться далеко, из-за высокой вязкости . Магма, образующая эту лаву, часто является фельзитовой , имеющей высокие или средние уровни кремнезема (как в риолите , даците или андезите ), с меньшим количеством менее вязкой мафической магмы . [4] Обширные фельзитовые потоки лавы встречаются редко, но могут распространяться на расстояние до 8 км (5 миль). [5]
Термин «составной вулкан» используется потому, что слои обычно смешанные и неровные, а не аккуратные слои. [6] Они являются одними из самых распространенных типов вулканов; [7] более 700 стратовулканов извергали лаву в эпоху голоцена (последние 11 700 лет), [8] и многие более старые, ныне потухшие, стратовулканы извергали лаву еще в архейские времена. [9] [10] Стратовулканы обычно встречаются в зонах субдукции и крупных вулканически активных регионах. Два примера стратовулканов, известных катастрофическими извержениями, — это Кракатау в Индонезии (который извергался в 1883 году , унеся жизни 36 000 человек) [11] и Везувий в Италии (который извергался в 79 году нашей эры, убив, по оценкам, 2 000 человек). [12] В наше время катастрофические извержения вулкана Сент-Хеленс (1980) в штате Вашингтон , США, и вулкана Пинатубо (1991) на Филиппинах привели к меньшему количеству смертей. [7]
Стратовулканы распространены в зонах субдукции , образуя цепи и скопления вдоль границ тектонических плит , где океаническая коровая плита затягивается под континентальную коровую плиту (континентальный дуговой вулканизм, например, Каскадный хребет , Анды , Кампания ) или другую океаническую коровую плиту ( островной дуговой вулканизм, например, Япония , Филиппины , Алеутские острова ). [13] Вулканы зоны субдукции образуются, когда водные минералы затягиваются вниз в мантию на плите. Эти водные минералы, такие как хлорит и серпентин , выделяют свою воду в мантию , что снижает ее температуру плавления на 60-100 °C. Высвобождение воды из гидратированных минералов называется « обезвоживанием » и происходит при определенных давлениях и температурах для каждого минерала, поскольку плита опускается на большие глубины. [14] Это позволяет мантии частично расплавиться и образовать магму . Это называется плавлением потока . Затем магма поднимается через кору , включая богатые кремнием коровые породы, что приводит к окончательному промежуточному составу . Когда магма приближается к верхней поверхности, она собирается в магматической камере внутри коры под стратовулканом. [15]
Процессы, которые вызывают окончательное извержение, остаются вопросом для дальнейшего исследования. Возможные механизмы включают: [16]
Эти внутренние триггеры могут быть изменены внешними триггерами, такими как обрушение сектора , землетрясения или взаимодействие с грунтовыми водами . Некоторые из этих триггеров действуют только при ограниченных условиях. Например, обрушение сектора (когда часть склона вулкана обрушается в результате массивного оползня) может вызвать извержение только очень неглубокого магматического очага . Дифференциация магмы и тепловое расширение также неэффективны в качестве триггеров для извержений из глубоких магматических очагов . [16]
В зарегистрированной истории взрывные извержения в зонах субдукции ( конвергентно-граничных ) вулканов представляли наибольшую опасность для цивилизаций. [21] Стратовулканы в зонах субдукции , такие как гора Сент-Хеленс , гора Этна и гора Пинатубо , обычно извергаются с взрывной силой, потому что магма слишком вязкая , чтобы позволить вулканическим газам легко выходить . [22] Как следствие, огромное внутреннее давление захваченных вулканических газов остается и смешивается с пастообразной магмой . После прорыва жерла и открытия кратера магма дегазирует взрывным образом. Магма и газы вырываются с высокой скоростью и полной силой. [21]
С 1600 года н. э . в результате вулканических извержений погибло около 300 000 человек . Большинство смертей было вызвано пирокластическими потоками и лахарами , смертельно опасными явлениями, которые часто сопровождают взрывные извержения стратовулканов зоны субдукции . [21] Пирокластические потоки представляют собой быстрые, лавинообразные, сметающие землю, раскаленные смеси горячих вулканических обломков, мелкого пепла , фрагментированной лавы и перегретых газов, которые могут перемещаться со скоростью более 150 км/ч (90 миль/ч). [21] Около 30 000 человек погибли в результате пирокластических потоков во время извержения вулкана Мон-Пеле на острове Мартиника в Карибском море в 1902 году . [21] В марте и апреле 1982 года Эль-Чичон в штате Чьяпас на юго-востоке Мексики извергался 3 раза, вызвав самую страшную вулканическую катастрофу в истории этой страны и унеся жизни более 2000 человек в пирокластических потоках . [21]
Два Десятилетних вулкана , извергавшихся в 1991 году, являются примерами опасностей стратовулканов. 15 июня произошло извержение горы Пинатубо , в результате чего облако пепла взлетело на 40 км (25 миль) в воздух. Оно вызвало крупные пирокластические выбросы и лахаровые потоки, которые нанесли большой ущерб окружающей местности. [21] Пинатубо , расположенный в Центральном Лусоне всего в 90 км (56 миль) к западу-северо-западу от Манилы , бездействовал в течение шести столетий до извержения 1991 года. Это извержение было одним из 2-х крупнейших в 20 веке. [23] Оно вызвало большое облако вулканического пепла , которое повлияло на глобальные температуры, понизив их в некоторых районах на 0,5 °C. [23] Облако вулканического пепла состояло из 22 миллионов тонн SO2 , который в сочетании с каплями воды создал серную кислоту . [21] В 1991 году также произошло извержение вулкана Унзен в Японии после 200 лет бездействия. Он расположен на острове Кюсю примерно в 40 км (25 миль) к востоку от Нагасаки . [21] Начиная с июня, недавно сформированный купол лавы неоднократно обрушался. Это вызвало пирокластический поток , который стекал по склонам горы со скоростью до 200 км/ч (120 миль в час). [21] Извержение горы Унзен в 1991 году стало одной из самых страшных вулканических катастроф в истории Японии, в результате которой в 1792 году погибло более 15 000 человек. [24]
Извержение Везувия в 79 году нашей эры является самым известным примером опасного извержения стратовулкана. Оно полностью засыпало близлежащие древние города Помпеи и Геркуланум толстыми отложениями пирокластических волн и пемзы глубиной от 6 до 7 метров. На момент извержения в Помпеях проживало 10 000–20 000 человек. [25] Везувий признан одним из самых опасных вулканов мира из-за его способности к мощным взрывным извержениям в сочетании с высокой плотностью населения в окрестностях Неаполя (всего около 3,6 млн жителей). [26]
Помимо потенциального влияния на климат, облака вулканического пепла от взрывных извержений представляют серьезную опасность для авиации . [21] Облака вулканического пепла состоят из пепла , который состоит из кусков породы, минерала, вулканического стекла размером с ил или песок . Зерна пепла зазубренные, абразивные и не растворяются в воде. [27] Например, во время извержения Галунгунга на Яве в 1982 году рейс 9 British Airways влетел в облако пепла , что привело к временному отказу двигателя и повреждению конструкции. [28] Хотя из-за пепла не произошло ни одной катастрофы, более 60 самолетов, в основном коммерческих , были повреждены. Некоторые из этих инцидентов привели к аварийным посадкам. [29] [21] Выпадения пепла представляют угрозу для здоровья при вдыхании, а также представляют угрозу для имущества. Квадратный ярд слоя пепла толщиной 4 дюйма может весить 120-200 фунтов и может стать вдвое тяжелее при намокании. Мокрый пепел также представляет опасность для электроники из-за своей проводящей природы. [27] Плотные облака горячего вулканического пепла могут быть выброшены из-за обрушения эруптивной колонны или вбок из-за частичного обрушения вулканического сооружения или купола лавы во время взрывных извержений . Эти облака известны как пирокластические волны и в дополнение к пеплу они содержат горячую лаву , пемзу , камни и вулканический газ . Пирокластические волны текут со скоростью более 50 миль в час и имеют температуру от 200 °C до 700 °C. Эти волны могут нанести серьезный ущерб имуществу и людям на своем пути. [30]
Потоки лавы из стратовулканов, как правило, не представляют значительной угрозы для людей или животных, поскольку высоковязкая лава движется достаточно медленно, чтобы все могли эвакуироваться. Большинство смертей, приписываемых лаве, вызваны связанными с ней причинами, такими как взрывы и удушье от токсичного газа . [31] Потоки лавы могут погребать дома и фермы под толстой вулканической породой , что значительно снижает стоимость недвижимости. [31] Однако не все стратовулканы извергают вязкую и липкую лаву . Ньирагонго , недалеко от озера Киву в Центральной Африке , очень опасен, поскольку его магма имеет необычно низкое содержание кремнезема , что делает ее гораздо менее вязкой, чем другие стратовулканы. Лава с низкой вязкостью может образовывать огромные лавовые фонтаны , в то время как лава с более высокой вязкостью может затвердевать внутри жерла, создавая вулканическую пробку . Вулканические пробки могут удерживать газ и создавать давление в магматической камере, что приводит к сильным извержениям. [32] Температура лавы обычно составляет от 700 до 1200 °C (1300-2200 °F). [33]
Вулканические бомбы — это массы рыхлой породы и лавы, которые выбрасываются во время извержения. Вулканические бомбы классифицируются как более крупные, чем 64 мм (2,5 дюйма). Все, что меньше 64 мм, классифицируется как вулканический блок . [34] При извержении бомбы все еще расплавлены и частично остывают и затвердевают при падении. Они могут образовывать ленточные или овальные формы, которые также могут сплющиваться при ударе о землю. [35] Вулканические бомбы связаны со стромболианскими и вулканскими извержениями и базальтовой лавой . Были зарегистрированы скорости выброса от 200 до 400 м/с, из-за которых вулканические бомбы были разрушительными. [34]
Лахары (от яванского термина для вулканических грязевых потоков) представляют собой смесь вулканического мусора и воды. Лахары могут быть результатом сильных дождей во время или до извержения или взаимодействия со льдом и снегом. Талая вода смешивается с вулканическим мусором, вызывая быстро движущийся грязевой поток . Лахары обычно состоят примерно на 60% из осадка и на 40% из воды. [36] В зависимости от обилия вулканического мусора лахар может быть жидким или густым, как бетон. [37] Лахары обладают силой и скоростью, чтобы сравнять с землей сооружения и нанести большой телесный ущерб, набирая скорость до десятков километров в час. [36] Во время извержения Невадо-дель-Руис в Колумбии в 1985 году пирокластические волны растопили снег и лед на вершине андийского вулкана высотой 5321 м (17 457 футов). Последовавший за этим лахар унес жизни 25 000 человек и затопил город Армеро и близлежащие поселения. [37]
При образовании вулкана несколько различных газов смешиваются с магмой в вулканической камере. Во время извержения газы затем выбрасываются в атмосферу , что может привести к токсическому воздействию на человека. Наиболее распространенным из этих газов является H 2 O ( вода ), за которым следуют CO 2 ( углекислый газ ), SO 2 ( диоксид серы ), H 2 S ( сероводород ) и HF ( фтористый водород ). [36] Если концентрация CO 2 в воздухе превышает 3%, при вдыхании он может вызвать головокружение и затрудненное дыхание. При концентрации более 15% CO 2 вызывает смерть. CO 2 может оседать в углублениях на земле, что приводит к образованию смертоносных газовых карманов без запаха. [38] SO 2 классифицируется как раздражитель дыхательных путей, кожи и глаз при контакте с ним. Он известен своим резким запахом яиц и ролью в истощении озонового слоя и может вызвать кислотный дождь по ветру от извержения. [38] H 2 S имеет еще более сильный запах, чем SO 2 , а также он еще более токсичен. Воздействие в течение менее часа при концентрации более 500 ppm приводит к смерти. [38] HF и подобные виды могут покрывать частицы пепла и после осаждения могут отравлять почву и воду. [38] Газы также выделяются во время вулканической дегазации, которая представляет собой пассивное выделение газа в периоды покоя. [38]
Как следует из приведенных выше примеров, в то время как извержения, подобные извержению горы Унзен , привели к гибели людей и локальному ущербу, последствия извержения горы Пинатубо в июне 1991 года были видны во всем мире. [29] Эруптивные колонны достигли высоты 40 км и выбросили 17 мегатонн SO 2 в нижнюю стратосферу . [39] Аэрозоли , образовавшиеся из диоксида серы (SO 2 ), диоксида углерода (CO 2 ) и других газов , рассеялись по всему миру. SO 2 в этом облаке соединился с водой (как вулканического, так и атмосферного происхождения) и образовал серную кислоту , заблокировав часть солнечного света от достижения тропосферы . [29] Это привело к снижению глобальной температуры примерно на 0,4 °C (0,72 °F) с 1992 по 1993 год. Эти аэрозоли привели к тому, что озоновый слой достиг самых низких концентраций, зарегистрированных в то время. [39] Извержение размером с вулкан Пинатубо повлияло на погоду на несколько лет: наблюдались более теплые зимы и более прохладное лето. [39]
Аналогичное явление произошло в апреле 1815 года, когда произошло извержение вулкана Тамбора на острове Сумбава в Индонезии . Извержение вулкана Тамбора признано самым мощным извержением в истории. [29] Его облако извержения понизило глобальную температуру на 0,4–0,7 °C. [40] В течение года после извержения большая часть Северного полушария испытала более низкие температуры летом. В Северном полушарии 1816 год был известен как « Год без лета ». Извержение вызвало неурожаи, нехватку продовольствия и наводнения, в результате которых погибло более 100 000 человек по всей Европе , Азии и Северной Америке . [40]
В этой статье использованы материалы из общедоступного источника «Основные типы вулканов». Геологическая служба США . Получено 19 января 2009 г. В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, из работ Кайус, В. Жаклин; Тиллинг, Роберт И. Тектоника плит и люди. Геологическая служба США .