Вулканизм как явление и его влияние на природу

Важнейшей особенностью Земли, как планеты на протяжении всей ее геологической истории (т. е. с момента образования твердой земной коры) является наличие у нее горячего планетного ядра. Его присутствием обусловлены процессы магматизма — образования магмы (вязкого расплава различных веществ) и ее конвективного перемещения в земных недрах. Благодаря подпитке энергией горячего ядра, более нагретые массы магмы поднимаются к земной поверхности, а их место занимают менее нагретые массы. С конвективными движениями магмы непосредственно связаны глобальные круговороты химических элементов и простых веществ (по крайней мере, их эндогенная часть), ими обусловлены разного рода подвижки земной коры (от локальных землетрясений до перемещения тектонических плит) и многое другое. И одним из проявлений магматизма и является вулканизм. Он представляет собой выброс на земную поверхность магмы под действием эндогенного тепла. Также к вулканизму относят и сопутствующие явления, связанные с выбросами на дневную поверхность вещества земной коры под действием эндогенного тепла магматических очагов и продуктов дегазации магмы: фумаролы, грязевой вулканизм, извержения гейзеров.
Вещество магмы выходит на земную поверхность не произвольно, а в определенных местах, там где строение земной коры этому способствует. Места выхода магмы на земную поверхность называются вулканами, а сам процесс выхода — вулканическим извержением. Появление вулканизма, как природного явления неразрывно связано с формированием твердой земной коры, которая стала препятствием для свободного конвективного обмена массами между земной поверхностью и глубинными слоями Земли. В местах, где земная кора была тоньше, где в ней имелись трещины и иные нарушения и происходило формирование мест выхода магмы. По мере утолщения и усложнения земной коры, усложнялось и строение мест выхода магмы на земную поверхность, сами эти места территориально локализовывались преимущественно на крупных разломах земной коры, а также в плюмах — местах подъема к земной коре мощных устойчивых конвективных потоков хорошо разогретого вещества мантии. В свете новейших взглядов отмечается определенная корреляция между областями внедрения плюмов и структурным планом литосферы, созданным за всю геологическую историю силами тектоники плит . Ярким примером такой корреляции служит Исландский плюм, территориально совпадающий с зоной спрединга в Срединно-Атлантическом океаническом хребте. В то же время плюмы выходят к земной коре не только в зонах разломов, но и внутри литосферных плит. Именно с плюмами связывают вулканизм таких мест, как Гавайские острова, Реюньон, Тристан-да-Кунья, и пр. На материках, где земная кора существенно мощнее и имеет выраженное отличие от океанической в виде гранитного слоя, с плюмами связывают крупные зоны траппового магматизма.
Сами вулканы — это наземные части сложных геологических конструкций, обеспечивающих выход магмы на поверхность. По своему местонахождению вулканы подразделяются на две крупные группы: наземные (около 20% от количества известных действующих вулканов) и подводные (около 80% действующих вулканов). При этом, подводные вулканические извержения, несмотря на то, что они происходят постоянно и протекают весьма активно, замечаются людьми относительно редко (чего не скажешь о наземных извержениях). Связано это во многом с большой глубиной залегания основной массы подводных вулканов и высоким давлением, сглаживающем внешние проявления процесса дегазации мантии и контакта воды с раскаленной лавой. Пирокластический материал, формирующийся при глубоководных извержениях, остается преимущественно в придонном слое. В то же время извержения, проходящие на небольшой глубине, могут сопровождаться видимыми подводными взрывами, образованием цунами и даже возникновением новых островов. Вулканы на морском дне (подводные вулканические горы) в силу их труднодоступности изучены недостаточно. Общее их количество приблизительно оценивается в 100 тыс. штук .
Упрощенная схема строения вулкана приведена на рис. 1. Собственно, приведенная схема и аналогичные ей являются весьма условными, поскольку доподлинно строение вулканов, как систем выхода магматического вещества на поверхность науке в настоящее время неизвестно . Тем не менее, можно утверждать, что вулкан формируется над магматическим очагом (участком литосферы, в котором собирается готовая извергнуться магма). Магматический очаг связан с земной поверхностью подводящим каналом, по которому магма движется к ней. Существуют подводящие каналы двух типов: центральные (жерла) и трещинные, с которыми связаны вулканы центрального типа и трещинные соответственно. В вулкане центрального типа выход жерла на земную поверхность заканчивается кратером — отверстием, из которого во время извержения на земную поверхность выбрасывается лава и другие продукты извержения. В перерывах между извержениями в кратере находится понижение рельефа, называемое кальдерой. Ее нижняя часть, зачастую, заполняется водой, которая формирует вулканические озера. Зачастую (в условиях земной суши — чаще всего) продукты извержения откладываются вблизи кратера и формируют конус вулкана. В зависимости от размеров и формы конуса различают:
• щитовые вулканы — плоские (диаметр многократно превосходит высоту) щитовидные сооружения, сформированные многослойными отложениями далеко растекающейся жидкой базальтовой лавы;
• шлаковые конусы — конусовидные сооружения высотой преимущественно в несколько сотен метров, сформированные сортированным изверженным материалом (более крупные обломки шлаков располагаются ближе к кратеру, меньшие по размерам формируют покатые склоны конуса). Наиболее распространенная форма вулканических сооружений суши;
• купольные вулканы, формируемые вязкой гранитной магмой, которая не может стечь по склонам и застывает над жерлом, затыкая его и образуя купол;
• стратовулканы (или слоистые вулканы) — куполообразные сооружения, формируемые чередующимися слоями застывшей стекавшей по склонам вязкой лавы и отложений пирокластического материала;
• сложные вулканы — вулканические сооружения, сочетающие в себе черты нескольких перечисленных выше типов.
У наиболее крупных вулканов (супервулканов), извержения которых сопровождались мощнейшими взрывами, вулканических конусов нет, а кальдера имеет диаметр до десятков километров, ее нижняя часть со временем заполняется водой (образуются вулканические озера).
Рисунок 1. Упрощенная схема строения вулкана
В вулканах трещинного типа подводящий канал представляет собой трещину в литосфере протяженностью от километров до сотен километров. Выходя из трещин, лава изливается, образуя покровы. Иногда излияния лавы сопровождаются взрывами. Извержение может идти не по всей трещине, а только в отдельных ее частях, однако, даже в этом случае на всех участках оно происходит одновременно.
Сам процесс вулканического извержения весьма сложен и существенно различается у разных вулканов по времени извержения, характеру его протекания, периодичности извержений, объему, формам и составу изверженного материала и пр. При вулканических извержениях вещество может выходить из земных недр на дневную поверхность в различных фазовых состояниях: твердом, жидком и газообразном, а также в виде смесей вещества различных фаз. Собственно, магма в большинстве случаев выходит на земную поверхность в виде лавы — дегазированного высокотемпературного расплава, представляющего собой текучую жидкость или вязкую аморфную массу (характер лавы конкретного вулкана зависит от ее температуры, химического состава и ряда других факторов). Помимо лавы, на земную поверхность и в атмосферу при извержении и после него выбрасываются вулканические газы и аэрозоли, представляющие собой продукты дегазации магмы. Также извержения сопровождаются выбросами пирокластического материала (тефры): смеси малых затывающих частиц лавы и обломков пород земной коры, образующихся при вулканическом взрыве. В составе тефры, в зависимости от размеров компонентов, различают: вулканические бомбы (диаметром крупнее 50 мм), лапилли (диаметр 2 - 50 мм), вулканический песок (диаметр 0,1 — 2 мм) вулканический пепел (диаметр менее 0,1 мм). Вулканические газы и мелкая часть тефры при извержении формируют эруптивную колонну – столб аэрозолей, поднимающийся в атмосферу от вулкана.
Само по себе извержение вулкана — это катастрофическое (т. е. радикально меняющее ландшафт территории, на которой оно происходит) явление, связанное с выбросом (как правило, протекающим весьма интенсивно) на дневную поверхность большой массы разогретого вещества, состав и агрегатное состояние которого радикально отличаются от присущего окружающей территории. Выброс вещества сопровождается и выбросом значительного количества энергии: тепловой, механической (в том числе, сейсмических волн), а также электрической (извержения вулканов сопровождаются так называемыми «грязными грозами»).
Различают три главных типа вулканических извержений:
• эксплозия — взрывное извержение;
• экструзия — выдавливание вязкой лавы;
• эффузия — излияние жидкой лавы.