Вулкан представляет собой геологическое образование, возникающее над каналами и трещинами в земной коре. Через эти разломы на поверхность выходят расплавленные горные породы (магма) и подземные газы. В результате извержений формируется характерная возвышенность — гора или холм, сложенная из лавовых потоков, слоев пепла и вулканических выбросов, таких как бомбы. Отверстие, служащее выходом для извергаемого материала, называется жерлом. На вершине вулкана обычно образуется углубление — кратер. Если его диаметр превышает 1–2 километра, такая структура именуется кальдерой (от португальского слова, означающего «котел»).
Строение и магматические очаги
Раньше существовало представление, что корни вулканов уходят в самые глубокие, расплавленные недра планеты. Однако современные исследования показали, что магматические очаги — подземные резервуары с расплавленной породой — имеют относительно небольшие размеры и залегают не так глубоко, всего на несколько десятков километров от поверхности, а иногда и ближе.
Изучение магмы и лавы
Природа магмы до сих пор изучена недостаточно. Это связано с её труднодоступностью и экстремально высокими температурами, достигающими около 1000°C. Однако вулканы предоставляют уникальную возможность исследовать магму, не углубляясь в недра, поскольку лава — это и есть магма, излившаяся на поверхность. Вулканологи с особым интересом, часто рискуя, изучают извержения, анализируя температуру и химический состав лавы, газов и количество выделяемого водяного пара.
Типы вулканических извержений
Ученые классифицируют от 6 до 10 основных типов извержений, которые чаще всего называют по имени вулкана или местности, где они были впервые детально изучены.
Исландский тип характеризуется излиянием жидкой лавы по трещинам. Лава выходит небольшими фонтанами с лопающимися пузырями, течет очень быстро и может покрывать обширные территории.
Гавайский тип похож на исландский, но излияния происходят из центральных жерл вулканов.
Стромболианский тип (по имени вулкана Стромболи в Италии) связан с извержением более вязкой лавы. Такие вулканы известны эффектными фейерверками вулканических бомб, ярким заревом и громкими взрывами. Некоторые вулканы этого типа, например, на Гебридских островах, могут находиться в состоянии почти непрерывной активности.
Везувианский тип (Плинианский) сопровождается извержением очень вязкой лавы, которая как бы выдавливается из кратера. Газы, скапливаясь в жерле, производят мощные взрывы, выбрасывая на километры вверх колоссальные массы пепла и бомб. При этом над вулканом за считанные минуты вырастает гигантское пепловое облако, напоминающее сосну (пиния).
Пелейский тип (по вулкану Монтань-Пеле на о. Мартиника) отличается крайне вязкой лавой, которая закупоривает жерло. Раскаленные газы, насыщенные песком, пробиваются на поверхность на склоне горы, образуя смертоносные палящие тучи, способные уничтожить всё на своем пути.
Существуют и чисто газовые извержения с мощными взрывами, например, бандайский тип (по японскому вулкану Бандай). Важно отметить, что один и тот же вулкан в разные периоды может демонстрировать различные типы активности.
Причины вулканизма
В общих чертах механизм вулканизма можно описать так. На больших глубинах раскаленные горные породы находятся под колоссальным давлением вышележащих толщ. Чем выше давление, тем выше температура, необходимая для плавления вещества. Если давление на магматический очаг ослабевает (например, в зонах растяжения или разрушения земной коры), магма переходит в текучее состояние, закипает и устремляется вверх по доступным трещинам. Именно поэтому вулканы чаще всего приурочены к активным горным областям и границам литосферных плит.
Распространение и значение вулканов
На Земле насчитывается несколько тысяч вулканов, из которых более пятисот являются активными. Они не только представляют грозную опасность для человечества, унося жизни и разрушая инфраструктуру, но и играют ключевую роль в жизни планеты.
Изучение вулканов позволяет не только прогнозировать катастрофы, но и использовать их мощную энергию (геотермальную). Продукты вулканической деятельности окружают нас повсюду: от булыжников мостовой до серы в спичках. Следы древнего вулканизма встречаются во многих регионах России: на Кавказе, в Забайкалье, на Дальнем Востоке, на Кольском полуострове и даже в виде валунов, принесенных ледником, на Русской равнине.
Вулканы участвуют в формировании горных пород, газовом обмене Земли с атмосферой и глобальных биосферных циклах элементов, таких как вода и углекислый газ. Некоторые ученые связывают активизацию вулканизма с глобальными изменениями климата и наступлением ледниковых периодов.
Неразгаданные тайны и космический вулканизм
Несмотря на развитие вулканологии, многие вопросы остаются открытыми. Почему вулканы образуют определенные зоны, например, знаменитое Тихоокеанское огненное кольцо? Почему активность вулканов в одних регионах затухает, а в других — возобновляется?
Исследования вышли за пределы Земли. Вулканические структуры (цирки, кальдеры) хорошо видны на Луне. На Марсе находится величайший из известных вулканов — гора Олимп, высотой около 23 км и диаметром основания более 500 км, что значительно превосходит земные аналоги. Существование вулканов на других небесных телах (Меркурии, Венере) указывает на то, что вулканизм — это космическое явление. Сравнительная планетология, или космическая вулканология, помогает лучше понять природу земных вулканов и процессы, происходящие в недрах планет.