Вулканы - Реферат

Действующие - это те вулканы, у которых в настоящее время происходит извержение или оно наблюдается периодически, через какие-то промежутки времени. Если извержение лавы проходит довольно спокойно, без взрывов и не выделяется много газов и водных паров, такие вулканы относят к гавайскому типу (Мауна-Лоа, Килауэа, вулканы Исландии и др.). вулкан везувий кракатау извержение Вулканы стромболианского типа при извержении выделяют много лавы, газа, пепла, паров, в их недрах происходят взрывы (Стромболи, Михара и др.). К вулканскому типу причисляют вулканы, у которых лавы густые и вязкие, быстро затвердевают в жерле; скопившиеся газы вырываются с шумом наружу, выбрасывая пепел, вулканические бомбы, пары. Горшков для вулкана Ключевская Сопка на Камчатке, где такая полость оказалась на глубине 70-75 км; у некоторых вулканов (например, у Везувия) содержащие магму камеры находятся значительно ближе к поверхности: на глубине до 4-5 км.Мархинин обнаружил в пеплах, выброшенных вулканами Камчатки и Курильских островов, такие необычные для вулканических извержений органические продукты, как аминокислоты, углеводы (сахара), составные части нуклеиновых кислот, порфиринов и т.п. Находка таких соединений, близких к соединениям, непосредственно участвующим в строении живого вещества, послужила основанием для построения гипотезы о глубинном химическом синтезе предбиологических комплексов и о возможном происхождении жизни на Земле из подобных комплексов, вынесенных извержениями на поверхность на заре геологической истории нашей планеты. Дело в том, что растения для защиты от враждебных им флористических сообществ и зловредных бактерий выделяют в почву и окружающий воздух особые высокоактивные летучие вещества, с помощью которых воздействуют на окружающую среду, подавляя своих врагов и способствуя развитию нужных растительных видов и микробов. При таком изобилии их в воздухе нельзя не считаться с возможностью захвата аминокислот и других сложных продуктов жизнедеятельности растений пеплом при его прохождении через атмосферу, тем более на Камчатке и Курильских островах, где в лесах растут такие активные поставщики фитонцидов, масел, смол и эфиров, как черемуха, магнолия, кедровый стланик, пихта, ель, и еще совершенно не изучена аллелопатия растительного океанского планктона. Таким образом, вопрос о неорганическом синтезе "предбиологических соединений", найденных в вулканическом пепле, остается и останется открытым до тех пор, пока при извержениях вулканов не удастся провести "чистый эксперимент", т.е. получить стерильные пробы, изолированные от попадания в них органического вещества из осадочной оболочки и из атмосферного воздуха.

Содержание

Введение

Физическая сущность вулканического процесса

Химические комбинаты Земли

Самые страшные извержения

Распространение

Мифы и легенды

История исследования

Прогноз извержений

Влияют ли вулканы на озоновый слой?

Заключение

Список использованной литературы

"Огнедышащая гора извергала фонтаном камни и раскаленные добела обломки скал; казалось, что она ритмически сотрясалась, и это напоминало дыхание гиганта. Огненные змеи извивались среди дымящихся скал. Сотни огненных ручьев сливались в полыхающую реку, которая с шипением извивалась в кипучую пучину." - так рассказывал знаменитый французский писатель Жюль Верн об извержении вулкана.

О какой "огненной горе" так образно говорил писатель?

Есть такие огнедышащие горы на нашей планете, и называются они вулканами. От обычных гор отличаются только им присущими признаками: конусообразной формой и извержениями магмы - огненно-жидкой расплавленной горной породы, изливающейся через кратер вулкана. Магма, излившаяся на поверхность земли, называется лавой.

Вулканы делятся на три группы: действующие, уснувшие и потухшие.

Действующие - это те вулканы, у которых в настоящее время происходит извержение или оно наблюдается периодически, через какие-то промежутки времени. Если магма не изливается, а вулкан "дымится" или "курится", то его тоже причисляют к действующим.

Уснувшими считаются вулканы, проявлявшие свою деятельность в исторический период времени и сохранившие свою форму; в их недрах периодически происходят слабые толчки и землетрясения.

Наконец, к потухшим причисляются вулканы, действовавшие когда-то в далеком прошлом; у них размытые и разрушенные конусы.

Вулканы делятся на несколько типов по характеру извержения.

Если извержение лавы проходит довольно спокойно, без взрывов и не выделяется много газов и водных паров, такие вулканы относят к гавайскому типу (Мауна-Лоа, Килауэа, вулканы Исландии и др.). вулкан везувий кракатау извержение

Вулканы стромболианского типа при извержении выделяют много лавы, газа, пепла, паров, в их недрах происходят взрывы (Стромболи, Михара и др.).

К вулканскому типу причисляют вулканы, у которых лавы густые и вязкие, быстро затвердевают в жерле; скопившиеся газы вырываются с шумом наружу, выбрасывая пепел, вулканические бомбы, пары. Поднявшиеся вверх пепел и пары образуют в небе вид "кудрявых" туч (Вулькано, Авачинская Сопка и др.).

Схожи с предыдущим типом вулканы везувийского типа. Лава у них более вязкая и тоже образует пробки. Вырывающиеся наружу пары и газы выбрасывают массу пепла, вулканические бомбы. Потоки лавы короткие, неправильной формы (Везувий, Этна и др.).

Пелейский тип вулкана характерен тем, что очень густая и вязкая лава при извержении закупоривает жерло вулкана. Газы, накопившиеся в недрах вулкана, образуют взрыв, при котором наружу выбрасывается огромное количество материала. Масса раскаленных газов, пепла, паров быстро скатывается по склонам вулкана, сжигая и уничтожая все на пути (Мон-Пеле, Мерапи, Хибок-Хибок и др.).

Бандайсанский тип извержения характерен мощным взрывом, в результате чего разрушается верхняя часть конуса вулкана (Катмай, Кракатау, Безымянный и др.).

В Исландии есть ряд вулканов, у которых излияние лавы происходит через трещины в конусе. Такие вулканы относятся к типу исландских. [4]

В сущности, вулкан представляет собой отверстие в земной коре, сквозь которое из горячих недр Земли на поверхность изливается магма, или расплавленные горные породы. Вулканом называют и гору всевозможных остатков прежних извержений в виде застывшей лавы, камней и пепла, постепенно накапливающихся вокруг жерла, или канала, по которому магма выходит наружу. Процесс этот продолжается тысячелетиями, за это время вулкан может вырасти до огромных размеров, как, например, гора Килиманджаро, возвышающаяся над окружающей равниной почти на 5000 м.

Большинство вулканов делятся на две группы: широкие куполообразные щитовые вулканы и конусообразные с крутыми склонами - стратовулканы. Первые растут слой за слоем, по мере того как после очередного извержения очень жидкая лава растекается на большую площадь и только потом застывает. В результате форма таких вулканов представляет собой широкий уплощенный купол, похожий на перевернутое блюдце. Хотя склоны у них довольно пологие, щитовые вулканы иногда вырастают до огромных размеров, например гавайский вулкан Мауна-Кеа возвышается над ложем океана на высоту 10000 м.

Стратовулканы - более сложные вулканические извержения. Излияния расплавленной лавы из вершинного кратера у них чередуются со взрывными выбросами пепла, лапиллей и других твердых обломков. Таким образом, крутые склоны вулкана сложены из слоев лавы, перемежающихся слоями рыхлых материалов. [1]

Физическая сущность вулканического процесса

Через жерло вулкана на земную поверхность из недр выносятся продукты извержения: расплавленная лава, пепел, бомбы и обломки пород, глубинные газы. Под каждым вулканом, а иногда под группами вулканических построек в нижних горизонтах земной коры или в верхней части мантии располагается крупная, объемом в несколько кубических километров, полость (камера), заполненная магматическим расплавом - магматический очаг. Впервые положение магматического очага определил. советский геофизик Г.С. Горшков для вулкана Ключевская Сопка на Камчатке, где такая полость оказалась на глубине 70-75 км; у некоторых вулканов (например, у Везувия) содержащие магму камеры находятся значительно ближе к поверхности: на глубине до 4-5 км. [3]

Самое поразительное в вулканах для исследователя - их фантастическая энергия. При среднем по мощности извержении выделяется количество энергии, равнозначное энергии 400 тысяч тонн условного топлива. Примерно полмиллиона, а при крупных извержениях энергию 5 миллионов тонн угля выбрасывает, как говорится, на ветер вулкан за один прием. Но особенное удивление вызывают эти цифры, когда начинается подсчет энергетических запасов земной коры и тех мест, откуда вулкан может черпать свою энергию.

Допустим, вулканы приводятся в действие теплом, выделяемым радиоактивными веществами. Расчет показывает, что для однократного извержения потребовалась бы энергия, образующаяся в нескольких миллионах кубических километров мантии на протяжении года. Совсем непонятно, как собрать и сконцентрировать это радиогенное тепло в очаге вулкана. Пытаются искать причины вулканизма в газовом давлении. На протяжении веков и тысячелетий, говорят сторонники этой гипотезы, из магмы выделяются пузырьки растворенных в ней газов. Чем выше они поднимаются, тем ниже давление окружающей их среды, наконец, пузырьки якобы взрываются, вырывают клочья магмы и выбрасывают ее на поверхность. Периодичность извержений они объясняют задержкой газов поверхностной корочкой магмы. Чтобы прорвать ее, откупорить пробку, газы должны скопиться, так сказать, набраться силы.

Недостаток этой гипотезы в том, что, однажды прорвав магматическую корку, газы полностью уйдут, а процессов, которые могут генерировать новые порции газа, не предложено. Многократное выбрасывание шампанского из уже открытой бутылки невозможно.

Поиски источников энергии вулканической активности заставляли ученых обращаться к недрам Земли. Там, предполагают некоторые вулканологи, на глубинах скрыта отгадка. Но в глубинах мантии нет постоянно действующих источников ни энергии, ни газов, которые могли бы взрываться. Радиоактивные вещества распределены неравномерно в недрах Земли и сконцентрированы главным образом в гранитах коры, то есть в коре суши. Но никаких следов повышенной радиоактивности в продуктах вулканических выбросов не обнаружено. Вода и газы по своему изотопному составу не отличаются от воды и газов, находящихся на земной поверхности. Конечно, существуют и глубинные подкоровые выделения высокотемпературных флюидов, как уже указывалось. Все же они не столь велики, да и рассеяны в недрах земного шара, так что не могут обеспечивать хотя бы гидротермальную часть столь длительной вулканической активности на планете. Как и прежде, остаются неясными многие стороны вулканической деятельности. Совершенно непонятно, почему же вулканы сосредоточились в основном на молодом дне океана (только в центральной части Тихого океана насчитывается до 200000 вулканических конусов и 2-10 тысяч крупных плосковерхих вулканов - гайотов) и почему наблюдается многократность вулканических извержений, их чрезвычайная длительность и активность, откуда берется столько энергии пара и магмы?

Вулканизм, выходит, явление, присущее главным образом океану, а не суше.

Обычно объяснение вулканизма ищут в недрах верхней мантии, где на глубинах 200-400 километров имеется слой размягченного вещества, называемый астеносферой. Еще господствуют гипотезы, будто оттуда поступают энергия и вещество, уходящее в атмосферу и образующее вулканические сопки. Для каждой такой, даже небольшой, вулканической сопки нужен вертикальный канал высотой 200-400 километров.

Моделирование процесса выхода пара через слой песка показывает, что расстояние между точками, в которых прорывается пар, зависит от толщины слоя песка и в среднем в 3-5 раз превышает толщину слоя. А между тем сопки на океаническом дне расположены на расстоянии всего 25-30 километров.

Обычно для объяснения тесного соседства вулканов допускают существование на небольшой глубине промежуточных очагов расплавленной магмы.

Чтобы объяснить появление многочисленных вулканических сопок, следует предположить, что под корой океана имеются огромные очаги, а учитывая количество вулканов, исчисляющихся сотнями тысяч, надо предвидеть единый сплошной очаг, расположенный на весьма небольшой глубине, измеряемой несколькими километрами.

Попробуем объяснить возможные причины вулканизма в океане с помощью гипотезы о дренажной оболочке.

Дренажная оболочка находится в коре океанов именно на такой глубине, на какой должен быть повсеместный очаг магмы, необходимой для вулканических извержений. Дренажная оболочка заполнена высокотемпературными пароводяными растворами под избыточным давлением. Создаваемое слоем морской воды и растворов гидростатическое давление дренажной оболочки океана приближается к 1 тысяче атмосфер. В то же время в дренажной оболочке коры суши оно возрастает (при мощности коры 30-60 километров) до 3-6 тысяч атмосфер. Более высокое гидростатическое давление в оболочке под материками создается не только потому, что материки возвышаются над уровнем воды в океане в среднем на 875 метров, но и еще потому, что трещины и разломы в коре суши заполнены более тяжелыми растворами, чем паровые растворы, поднимающиеся из глубин дренажной оболочки материковых побережий в дренажную оболочку океана. Разновидности коры суши и океана выступают как бы в роли соединенных сосудов, причем в одном колене - в коре материков - гидростатическое давление выше, чем в коре океана. Океаническая дренажная оболочка оказывается областью разгрузки тех высокотемпературных водных и паровых растворов, которые заполняют дренажную оболочку материков. Постоянное поступление растворов создает избыточное давление в дренажной оболочке океана, что и вызывает деятельность многочисленных вулканчиков на океанском дне.

Эти извержения работают наподобие "предохранительных клапанов". Прорвавшись сквозь кору, такой "клапан" действует, пока давление может преодолевать противодавление столба воды в океане при глубине его до 4-5 километров. Но давление в конце концов падает, и вулканчик затихает.

Однако покой недолог: он продлится до того момента, когда давление вновь восстановится до такого, какое сможет в этом месте или где-то рядом преодолеть сопротивление, ведь дренажная оболочка облекает весь земной шар, и везде и всюду есть пар высокого давления. При каждом очередном извержении происходит выброс больших количеств высокотемпературного пара, из которого при охлаждении выпадают массы вещества, образующие в атмосфере большие количества пеплов. Резкое снижение давления в вулканическом канале и в данном месте дренажной оболочки отражается на растворимости силикатов, алюмосиликатов и других веществ. Они выпадают в осадок, образуя вязкие желеобразные массы. Эта минеральная "жижа" скопляется в канале вулкана и откладывается на дне в виде лавы, туфа и пемзы.

Извержения, происходящие на глубинах 3-4 километра, в большинстве случаев не выдают в атмосферу даже пара, ибо он конденсируется там при вышекритическом давлении и быстром охлаждении в воде, и на волнах появляются лишь массы пемзы, погибшей рыбы и т.п. На дне же образуется новая вулканическая сопка.

Избыточное давление в дренажной оболочке дна океана "вечно" поддерживается высоким давлением в дренажной оболочке материков. Таким образом, удивительная активность океанического дна является естественным следствием наличия дренажной оболочки Земли, где постоянно возобновляется давление и накапливаются горячие жидкие и паровые растворы различного состава и концентрации.

Океанические извержения заканчиваются не только образованием мелких сопочек. Большое количество различных по размерам островов возникло в результате вулканизма. К ним относится и величайший вулкан Мауна-Лоа на Гавайских островах.

Связь вулканизма с деятельностью дренажной оболочки делает понятными и другие его особенности. Например, многократность извержений объясняется тем, что снижение давления, которое происходит при выбросе, восстанавливается довольно быстро. Длительность работы вулканов объясняется этой же неисчерпаемостью оболочки.

Очень важным представляется вопрос об энергетических источниках, вызывающих высокий нагрев лав - до 500-600 и даже 1000 и более градусов. Растворы дренажной оболочки такой температуры не имеют. Однако вместе с ними в канале вулкана находится множество газов - сероводород, сернистый газ, метан, водород, хлор, кислород и др. Там идут интенсивные реакции, при которых выделяется тепло. Например, окислы металлов легко реагируют с метаном и водородом: Fe203 Н2 = Н20 2FEO;

ЗFЕ203 СН4 = 2Н2О СО 6FEO.

Эти реакции приводят к восстановлению железа, свежевыпавшие пеплы обычно быстро темнеют и становятся коричневыми вследствие окисления двухвалентного железа кислородом воздуха в трехвалентное.

И еще один источник тепла. Рассеянное органическое вещество непрерывно сосредоточивается в осадочных породах и, участвуя в круговороте твердого вещества, уходит в недра мантии. При высоких температурах и давлениях из рассеянной органики образуются различные виды горючих ископаемых. Такие подвижные горючие, как нефть и газ, могут накапливаться в коллекторах дренажной оболочки. Каждый кубический километр осадочных пород содержит примерно до 20 миллионов тонн органического вещества, которое по своей теплотворной способности в 10-100 раз больше энергии обычного вулканического извержения. Рассеянная в породах, органика может играть роль энергетического потенциала вулканизма, и этот источник энергии пригоден для объяснения явлений, которые происходят в виде взрывов, когда за считанные минуты выбрасывается масса пород 3-5 и более миллиардов тонн. Нередко обнаруживают примеси горючих газов в вулканических выбросах. Из них такие, как метан и водород, могут, сгорая, при выходе лавы на поверхность сильно нагревать ее.

Заслуживает внимания вопрос о происхождении и других газов вулканического извержения. В их числе обнаружены производные хлора, брома, фтора, другие газообразные соединения. Выделения этих веществ при обычном плавлении горных пород не происходит. Если же принять во внимание, что в дренажной оболочке происходит взаимодействие кремнезема с другими соединениями, становится понятным и образование сильных кислот: CACL2 SIO2 Н20 > CASIO3 2НС1;

САВГ2 SIO2 Н20 > CASIO3 2НВГ;

CAF2 SIO2 Н20 > CASIO3 2HF.

По той же схеме кремнезем взаимодействует с другими солями, образуя силикаты и вытесняя кислоты, которые извергаются вместе с паром на поверхность Земли.

Вулкан на поверку оказывается химическим реактором, где свойства дренажной оболочки проявляются особенно ярко и в котором летучий кремнезем выступает одним из главных химических агентов.

Химические комбинаты Земли

Отвлечемся на время от описательного рассмотрения вулканизма. Не столько грандиозность, сколько его механизм и технологичность в широком смысле слова будут объектами нашего внимания.

То, почему мы называем их комбинатами, вытекает из существа определения. Продукция вулканов комплексная. Широкий набор химических соединений, газов, веществ, элементов. Технологичность тоже понятна. Существует некоторый природный агрегат, этакая довольно сложная система малоизученных аппаратов, где происходят разнообразные превращения: нагрев, сжатие под давлением, процесс реагирования, перемешивание и т.д. Все известные да еще неизвестные нам химические операции, которыми сопровождается вулканическое извержение.

В работе любого химического предприятия есть три по крайней мере существенных фактора: сырье, условия технологического процесса и конечная продукция. В работе вулканов для нас доступней всего их, так сказать, конечная продукция: потоки лавы, выбросы газа и пепла, пара, камней. О том, как протекают глубинные процессы подготовки извержения, по какой технологической схеме они идут, мы можем лишь догадываться, так же как и о сырье, служащем при вулканизме исходным материалом.

Например, вода. Мы уже говорили, что в составе вулканических выбросов, особенно на первых стадиях, преобладают водяные пары. Воды этой получается слишком много. Во время извержения вулкана Тамбора на о. Сумбава выделилось около 1000 кубических километров воды. За 1700 лет своего существования вулкан Шивелуч на Камчатке, крупнейшие извержения которого происходят в среднем через полтора столетия, выбросил несколько тысяч кубических километров воды в виде пара.

Вряд ли такие количества воды могли так быстро прийти к вулканам из глубин мантии и земного ядра. Вернее предположить, что в основном эта вода - участница великого круговорота вещества. Это отмечал и В.И. Вернадский: "Среди эмпирических обобщений и отдельных фактов, с этой проблемой связанных, обращает на себя внимание, отмеченное уже в начале XIX столетия, сходство между солевым составом воды Океана и составом летучих возгонов вулканических извержений".

Подтверждение этого сходства мы находим и в совершенно новой области исследований. Ориентировочно расчеты показывают, что концентрация растворенных минеральных веществ в надкритических растворах дренажной оболочки составляет 4-5 процентов. Примерно такая же концентрация обнаруживается в водяных парах вулканических выбросов. Связь дренажной оболочки и вулканизма особенно прослеживается через воду. И здесь вновь уместно напомнить провидческие рассуждения В.И. Вернадского: "Изучение вулканов ясно указало, что их извержение есть результат газового процесса, т.е. прежде всего является проявлением горячих водяных паров биосферы. Неизбежно ставился вопрос, откуда берутся огромные количества воды, выходящие в виде паров во время извержений. "; "Поверхностная и волосная вода играют огромную роль в вулканических извержениях, может быть, более активную, чем это думают".

Итак, химкомбинаты вулканизма прежде всего перерабатывают воду. Они обращают ее в пар, который обладает могучей динамической силой: он рвется на свободное пространство, преодолевая сопротивление окружающих пород. Водяной пар, собственно, и есть главный транспорт для всех веществ, которые поднимаются из земных недр. Особенно для пеплов. За период с 1500 по 1941 год вулканами на сушу выброшено 392 тысячи кубических километров лавы и рыхлых масс, главным образом пеплов. Доля последних в вулканических выбросах достигала 84 процентов. Топкие пеплы долго носятся в воздухе. При извержении Кракатау в 1883 году они много раз обошли вокруг Земли, прежде чем полностью осели. Поднявшись в верхние слои атмосферы, они вызвали красные зори в Европе, а пепел из вулкана Безымянного на Камчатке за два дня одолел расстояние 10 тысяч километров и выпал в Лондоне.

Технологическая схема производства пеплов с участием вод дренажной оболочки выглядит более понятной. Давление в канале вулкана достигает 2-4 тысяч атмосфер. Поднимаясь вверх по каналу, пары расширяются и охлаждаются, давление падает, резко снижается растворимость различных химических соединений и минералов, содержащиеся в растворах вещества выпадают, образуя жидкие и густеющие массы. Они, вероятно, скапливаются в устье канала, по которому поднимаются растворы, и вокруг него. Парогазовый поток подхватывает, выталкивает и несет их под сильным напором вверх. По пути они дробятся, измельчаются, превращаются в пепельные облака и скопления мельчайших частиц лавы.

Если вулканический пепел рассеять, то обнаружатся частицы разных размеров - от 3-5 миллиметров в диаметре до мельчайшей пыли, повисающей в воздухе туманным облаком. Особо тонкий пепел выпадает непосредственно из парового облака, имеющего температуру 400 - 500° С и выбрасываемого из жерла на большую высоту. При охлаждении из такого облака выпадают частицы, соизмеримые с молекулами, способные удерживаться в атмосфере неограниченное время.

Вот еще что интересно: подмечено, что по мере удаления облака от вулкана из него выпадают на земную поверхность пеплы все более изменяющегося состава. Чем дольше продолжалось пребывание частиц пепла в облаке, тем заметнее перемены в химическом составе пеплового материала. Например, содержание магния в пеплах вулкана Безымянного увеличилось раз в тридцать, когда облако удалилось от вулкана на 90 километров, хотя для анализа отсеивались частицы пепла одинакового размера.

В марте 1947 года вулкан Гекла выбросил облако, которое было отнесено на 3800 километров, и в выпавшем там пепле содержание окислов магния и калия в 4 раза превышало содержание этих соединений в пеплах, выпавших неподалеку от кратера. Интересно, что накопление этих соединений происходит в тончайшей поверхностной пленке частиц пепла. Выходит, она обладает высокой избирательной сорбиционной способностью, она настоящий магнит для содержащихся в облаке молекул. Ассортимент химических соединений в облаке оказывается неожиданно разнообразным. Это удивительная машина из атомов, анионов, катионов, молекул самых различных химических соединений, и разные частицы пепла извлекают те, которые им по душе. Мелкий пепел хорошо сорбирует анионы серной и угольной кислот. Пепел покрупнее предпочитает ионы хлора. Есть пеплы, которые извлекают ионы калия, натрия, магния. Особые стекловидные пеплы склонны принимать в свой состав ионы железа, марганца, фосфора. В тонюсеньких пепловых пленочках накапливается 35-75 процентов общего содержания таких элементов, как титан, магний, марганец, никель, ванадий, талий, медь, хром, стронций, цирконий и уран.

Сходство химических составов вулканических выбросов с широчайшим набором элементов в водах океанов свидетельствует о роли дренажной оболочки в вулканизме и в образовании солевого состава океанов. Ведь химический состав солей океана, его фосфорных и железомарганцевых залежей должен во многом определяться деятельностью дренажной оболочки. Правда, пепловое облако материкового вулкана беспрепятственно поднимается в атмосферу и вершит свою химико-планетарную деятельность в условиях низких давлений и низких температур.

Иное дело - "химический комбинат" на дне океана. Там извержения происходят "спокойно", без выбросов паров и пепла. Да и как им выброситься, если сверху лежит слой воды толщиной 4-5 километров и создает давление на уровне 400-500 атмосфер? Даже если надкритические пары и растворы прорвутся в водную толщу, они очень быстро в ней превратятся в жидкость, теряя объем.

Подсчитано, что ежегодно на Земле происходит 20 катастрофических, 150 разрушительных, 800 сильных, 6200 довольно сильных и свыше 100000 слабых землетрясений, а также 4-5 крупных вулканических извержений.

Ученые установили много случаев совершенно очевидной связи между землетрясениями и вулканической деятельностью. Например, во время сильного землетрясения в Перу и Чили 10 апреля 1952 года пришли в действие 25 вулканов. Если передача давлений осуществляется по воде, заполняющей дренажную оболочку, то возможность "разбудить уснувшие" вулканы не представляется странной.

Именно через дренажную оболочку передается волна гидростатических колебаний. Землетрясения нарушают водную систему разломов, трещин и других пустот, по которым движутся глубинные воды. Эти нарушения, естественно, отзываются на подвижном слое пароводяных смесей дренажной оболочки.

Пробуждение и прекращение жизни вулканов тесно связаны с водами дренажной оболочки.

Проявления стихии разнообразны. В 1957 году к девяти Азорским островам, растянувшимся на 650 километров, неожиданно прибавился десятый. Произошло это так. Жители острова Фаял в ночь на 28 сентября были подняты с постелей сильными толчками. Землетрясение уничтожило небольшую деревушку. Людям, в панике покидавшим рушившиеся дома, представилось фантастическое зрелище.

Море кипело. На бурлящую поверхность выскакивали гигантские мутные пузыри, которые с шумом лопались, образуя облака пара. В небо рванулся исполинский столб дыма, пепла. Через три недели после своего возникновения поднялся из воды на 200 метров подковообразный вулканический кратер. Ветер развеял дым, унес пепел, морские волны смыли шлак, посреди океана возвышалась лишь голая скала. Родился новый остров.

Такие вулканические острова не редкость. Они то исчезают, то появляются вновь.

У тех же Азорских островов изпод воды поднялись вулканические конусы в 1867 и в 1911 годах. Просуществовав несколько месяцев, они вновь скрылись в водной пучине, чтобы, может быть, опять возродиться через неведомое число лет.

Почти все острова в Атлантическом океане обязаны своим возникновением вулканам. Вулканические кратеры, порой угасшие, а кое-где и дымящиеся, видят моряки, подплывающие к Исландии, Канарским или Антильским островам, к островам Зеленого Мыса, Тринидад, Вознесения, Фернандо-По и Тристан-да-Кунья.

Но никто не видит превращений, которые происходят с подобными вулканами при их погружении. Процесс погружения таких гор своеобразен: вулкан опускается вместе с небольшим участком океанического дна. При этом вокруг вулканической сопки возникают кольцевые ров и вал. Причины их появления в общем понятны. Вулканы нагружают земную кору, она прогибается, образуя кольцевые впадины и рвы, а вытесняемые изпод прогиба массы вещества выходят к периферии и, приподнимая кору океана, порождают кольцевой вал.

Остается в этой схеме одна неясность. Почему вулканические горы стали тяжелы для земной коры и начали опускаться? Значит, было привнесено дополнительное вещество? Откуда оно взялось?

Из той же уже известной нам дренажной оболочки. Вещества, образовавшие вулканические сопки, принесены растворами издалека. Растворы формировались еще в коре материков, где они, охлаждая восходящие из мантии породы, извлекали вещества, растворимые при высоких давлениях и температурах. Этот привнос и создал избыточный вес, вызвавший погружение сопки. [2]

Самые страшные извержения

В обжитых районах вулканы причиняют большие бедствия местному населению: разрушают и сжигают жилища, уничтожают посевы и сады, губят домашний скот, уносят человеческие жизни, причиняют ущерб местной фауне и флоре.

По предварительным и весьма приближенным подсчетам, количество человеческих жертв за истекшие два тысячелетия составляло около четверти миллиона.

С 1772 по 1940 г. в Индонезии, где развита вулканическая деятельность, разрушено или повреждено 500 населенных пунктов, уничтожены обширные участки земли, загублено около 5 млн. кофейных деревьев. По данным ЮНЕСКО, за последние 500 лет погибло около 200 тыс. человек. [4] Расскажу подробнее о двух самых мощных извержениях.

Везувий

Знакомство человечества с вулканами, пожалуй, началось именно с Везувия, ибо о нем в Европе никто и ничего достоверно не знал до 79 г. н.э., когда произошло страшное извержение этого вулкана, впервые описанное учеными.

Ныне к вершине Везувия ведут железная и грунтовые дороги; по ним ежедневно поднимаются сотни и тысячи людей, чтобы заглянуть в таинственное его чрево. А в те далекие времена никто из жителей, обитавших у подножия вулкана, и не подозревал, какое несчастье готовит им это чудо природы. Веками люди жили тихо и мирно, снимая богатые урожаи с земель, удобренных отложениями вулкана.

В августе 79 г. их безмятежная жизнь была нарушена: спящий вулкан вдруг ожил, над его конусом взметнулось гигантское черное облако, которое, разрастаясь, превратилось в зловещего вида тучу. Вот что было далее: "Дома качались от частых продолжительных толчков. Под открытым небом было страшно стоять под градом падающих кусков пемзы. Мы видели, как море втягивается в себя же, а земля сотрясалась, как бы отталкивая его от себя. Из Везувия вырывались широкие языки пламени и поднялся огромный столб огня, блеск и яркость которого увеличились от наступившей темноты. Туча стала опускаться на землю, покрыла море. Падал пепел. наступила темнота, какая бывает в закрытом помещении, когда погасят огонь. Слышны были женские вопли, детский плач и крики мужчин; одни звали родителей, другие - детей, третьи - жен или мужей. многие воздевали руки к небу, к богам, но большинство утверждало, что богов больше нет и для мира настала последняя вечная ночь. "

Это выдержки из дошедшего до нашего времени послания древнеримского писателя Плиния Младшего (ок.62 - ок.114 н. э) писателю Тациту; первое описание рокового извержения вулкана, составленное человеком. Плиний Младший был живым очевидцем разыгравшейся трагедии. Но оставались еще тысячи. мертвых свидетелей. Они "заговорили" лишь спустя 17 веков после катастрофы.

Когда началось грозное извержение Везувия, жители города Помпеи укрылись в домах, а часть людей пыталась спастись бегством, не всем это удалось, и многие погибли под слоем пепла и камней.

Печальная участь постигла также город Геркуланум: он был затоплен грязекаменными потоками, сошедшими со склонов вулкана. Стабия была сожжена потоками раскаленной лавы. На месте цветущих ранее городов расстилалась пустыня из хаотических нагромождений лавы, камней и грязи.

Прошли века. Многие забыли о случившемся. Но вот в середине XVIII в. археологи наткнулись на останки Помпеи, после чего начались систематические раскопки. Когда город почти полностью очистили от вулканических наслоений, перед изумленным взором исследователей предстали великолепные постройки и храмы, правильно распланированные мощенные камнем улицы и площади, памятники и статуи, украшавшие город. Было найдено много вещей и предметов быта. В местах, где люди погибли, остались пустоты; их заливали гипсом, который, затвердев, давал точное изображение человека, даже выражение его лица в момент гибели. Это и есть мертвые свидетели той грандиозной катастрофы.

Все найденное передано в музеи. Да и сам откопанный город представляет собой уникальный музей под открытым небом, изучая который, ученые знакомятся с историей и жизнью некогда обитавших в нем людей.

В одном из залов Русского музея в Санкт-Петербурге находится картина русского художника К.П. Брюллова "Последний день Помпеи". На ней запечатлен момент великой человеческой трагедии: на фоне зловещего мрака, разрываемого зигзагами молний и вспышками вулкана, рушатся здания, падают памятники и статуи, мечутся полуобезумевшие, полуотравленные, задыхающиеся люди, ищущие спасения, но нигде не находящие его.

С того рокового дня Везувий просыпался более 50 раз; большие извержения наблюдались в 1872, 1906 гг. В 1944 г. был разрушен город Сан-Себастьяно. В течение последних 15-20 лет он неоднократно напоминал о себе - дымился и глухо ворчал. [4]

Взрыв Кракатау

Другая гигантская катастрофа произошла в Зондском архипелаге в 1883 г.: взорвался вулкан Кракатау. До извержения это был небольшой архипелаг островов, самым крупным из которых был Кракатау размером 9?5 км. Он состоял из трех сросшихся кратеров: Раката (800 м) - на юге, Данан (450 м) - в цептре, Пербуатан (120 м) - в северной части острова. Северо-западнее находился еще один, меньший по размеру остров, известный под названием Ферлейтен (Пустынный), а к востоку остров Ланг (Длинный), а также несколько совсем небольших островов. Весь архипелаг представлял собой остатки вулкана высотой около 2 тыс. м, разрушенного еще в доисторические времена.

О начале бурной деятельности вулкана нам ничего не известно - острова Кракатау были пустынны, лишь иногда туда заезжали рыбаки с острова Суматры. Первые наблюдения были сделаны с кораблей, плывших по Зондскому проливу, они относятся уже к тому времени, когда происходили сильные извержения.20 мая экипаж германского военного судна "Елизавета" заметил грибообразное облако, выходившее из кратера; оно достигало 11 тыс. м высоты. Несмотря на то что до Кракатау было еще далеко, пепел сыпался па палубу судна. Эти явления продолжались несколько дней, их наблюдали и с других судов, а также с западного берега Явы. На всем пространстве, вплоть до Батавии (ныне Джакарта), ощущались подземные толчки, были слышны взрывы. Пошел небольшой пепловый дождь.

27 мая Кракатау осмотрели некоторые жители Батавии. Оказалось, что в середине древнего кольцевого кратера Пербуатана каждые 5-10 мин. повторялись взрывы, столбы паров и пепла поднимались па высоту 2-3 тыс. м. Деревья были обсыпаны пемзой, словно снегом.

В следующие дни сила извержения несколько ослабла. До самой катастрофы, которая произошла в конце августа, лишь временами происходили сильные взрывы. В середине июня процесс возобновился со страшной силой. 24 июня скалы Пербуатана скрылись вследствие расширения кратера. 11 августа капитан одного из кораблей обнаружил уже три больших кратера и массу мелких, также извергавших пары и пепел. После этого пепельный дождь стал усиливаться, а 26-27 августа разразилась катастрофа. Ее можно было наблюдать лишь с судов, находившихся невдалеке, и с берегов Явы и Суматры. Если бы на Кракатау и были жители, то в этот страшный день не уцелел бы ни один человек, так как даже на острове Себеси, лежащем па расстоянии 20 км от вулкана, погибло все население.

Утро 26 августа было ясное. Около часа дня стал слышен гул, который распространился до Батавии; ночью он настолько усилился, что в городе невозможно было уснуть. Около двух часов пополудни с корабля "Медея", плывшего по Зондскому проливу, заметили столбы пепла 27-33 км высотой. В 17 часов произошло первое цунами, вероятно, вызванное обрушением кратера. К вечеру в селении Лампонге на острове Суматра пошел слабый пепельный дождь. В Анжере и в некоторых близких к нему селениях, расположенных на побережье острова Явы, сразу же после заката солнца воцарился глубокий мрак. Слышны были глухие звуки. Небольшие суда заливались волнами или выбрасывались на сушу; вода несколько раз устремлялась на берега и уничтожила много деревень. Густые тучи пепла покрыли палубы кораблей. Низвергались громадные глыбы. К двум часам ночи пепел на палубе судна "Бербись" образовал слой метровой толщины. Землю охватил непроницаемый мрак. На горе Кракатау раздавался грохот и ежеминутно показывались яркие молнии. В атмосфере ощущалось электричество; на снастях и на мачтах были видны огоньки св. Эльма, извивавшиеся подобно "огненным змеям". Рулевой на "Бербисе" едва мог устоять на своем месте - дотронувшись до металлических частей руля, он почувствовал сильный удар тока.

Утром 27 августа небо стало яснее, но скоро вновь все кругом покрылось густым мраком, продолжавшимся 18 часов. Громадные массы пепла, пемзы, шлаков и тягучей, подобной тесту, грязи направились в Зондский пролив, к островам Яве и Суматре. В 6 часов утра волны устремились на низменные берега.

Около 10 часов утра было самое ужасное время: раздался колоссальный взрыв. Газы, пары, пепел и обломки пород были подняты на высоту 70-80 км и рассеялись по площади около 1 млн. км2.

Вызванные взрывом чудовищные волны вздымались наподобие гор, доходя до 30 м в высоту; одна за другой низвергались они на острова. Города, деревни, леса, железнодорожная насыпь, проходящая на Яве вдоль берега, - все было стерто с лица земли страшным потопом. Города Анжер, Вентам, Мерак и другие были разрушены. Все население островов Себеси и Серами было погребено. Только немногим удалось каким-то чудом избегнуть этой печальной участи:

В 70-е годы XX столетия известный советский вулканолог Е.К. Мархинин обнаружил в пеплах, выброшенных вулканами Камчатки и Курильских островов, такие необычные для вулканических извержений органические продукты, как аминокислоты, углеводы (сахара), составные части нуклеиновых кислот, порфиринов и т.п. Находка таких соединений, близких к соединениям, непосредственно участвующим в строении живого вещества, послужила основанием для построения гипотезы о глубинном химическом синтезе предбиологических комплексов и о возможном происхождении жизни на Земле из подобных комплексов, вынесенных извержениями на поверхность на заре геологической истории нашей планеты.

При всей эффектности и внешней убедительности этой гипотезы она весьма уязвима, потому что проходит мимо факта присутствия подобных соединений биологического происхождения в формациях земной коры, откуда они могут попасть в каналы вулканов. Кроме того, осталось неучтенным недавно открытое, но уже достаточно изученное явление аллелопатии (взаимодействия), широко развитое в мире растений. Дело в том, что растения для защиты от враждебных им флористических сообществ и зловредных бактерий выделяют в почву и окружающий воздух особые высокоактивные летучие вещества, с помощью которых воздействуют на окружающую среду, подавляя своих врагов и способствуя развитию нужных растительных видов и микробов. В состав этих веществ входят эфиры, масла, фитонциды, углеводороды, сахара, спирты, белки, аминокислоты и т.д. Воздушный океан насыщен огромными количествами таких соединений: по данным американского биолога Э. Раиса, советских ученых Б.П. Токина, действительного члена АН УССР А.М. Гродзинского, только эфиромасличные растения Земли выбрасывают в атмосферу 170 млн. т органических веществ в год. При таком изобилии их в воздухе нельзя не считаться с возможностью захвата аминокислот и других сложных продуктов жизнедеятельности растений пеплом при его прохождении через атмосферу, тем более на Камчатке и Курильских островах, где в лесах растут такие активные поставщики фитонцидов, масел, смол и эфиров, как черемуха, магнолия, кедровый стланик, пихта, ель, и еще совершенно не изучена аллелопатия растительного океанского планктона.

Таким образом, вопрос о неорганическом синтезе "предбиологических соединений", найденных в вулканическом пепле, остается и останется открытым до тех пор, пока при извержениях вулканов не удастся провести "чистый эксперимент", т.е. получить стерильные пробы, изолированные от попадания в них органического вещества из осадочной оболочки и из атмосферного воздуха.

Что же касается участия "предбиологических систем", образованных вулканами, в происхождении жизни на Земле, то имеет смысл вернуться к мнению академика О.Ю. Шмидта, который еще несколько десятилетий назад говорил, что едва ли следует привлекать в помощь вторичные органические соединения вулканов при обилии в составе Протоземли первичных органических молекул космической природы.

Роль вулканов в развитии жизни на Земле велика, но совсем в другом плане. Вулканические извержения, вынося из глубин питательные вещества и биостимуляторы, способствуют расцвету органической жизни на прилежащих территориях. Яркий пример тому мы находим опять же на Камчатке и Курильских островах, где в суровых природных условиях развивается гигантизм растительных форм (трава шеломайник достигает в высоту 2,5-3 м, а плоды шиповника достигают размеров небольшого яблока) и сохраняются реликты теплолюбивой дочетвертичной флоры. В то же время вулканическая деятельность оказывает на живые организмы и отрицательное влияние: частицы вулканического пепла, загрязняя атмосферу, экранируют тепловое излучение Солнца, вследствие чего затрудняется фотосинтез и ухудшаются условия жизни растений. По мнению климатологов, пепел, рассеявшийся в стратосфере после извержения мексиканского вулкана Эль-Чичон в 1981 году, через три года вызвал понижение температуры в Северном полушарии в среднем на 0,5-1°С. Предполагается, что продолжительные эпохи крупных вулканических извержений в геологическом прошлом могли вызывать длительные похолодания и даже глобальные оледенения нашей планеты с соответствующим изменением растительного и животного мира.

Однако только этими эпизодическими связями зависимость жизни на Земле от вулканических извержений не исчерпывается. Вулканы являются основным поставщиком на поверхность Земли воды, без которой существование живых организмов невозможно. По представлениям современных геохимиков, из 1644·1015 т воды, составляющей гидросферу нашей планеты, до 70% (1138·Ю15 т) выделено из магмы в результате вулканической деятельности. Без извержений вулканов вся эта вода оставалась бы погребенной в недрах и условия для развития жизни отсутствовали, так как первичная вода космического происхождения была бы потеряна в ходе эволюции планеты.

Кроме того, вулканы являются непрерывными поставщиками на поверхность Земли глубинного углерода. Весь этот углерод частично усваивается живыми организмами, а частично связывается химически и затем возвращается в земную кору в виде органогенных и хемогенных горных пород (каустобиолитов и карбонатов). Для существования новых поколений организмов необходимо поступление из недр новых порций углерода, что обеспечивается деятельностью вулканов. В активные вулканические эпохи органическая жизнь, в связи с обильным притоком глубинного углерода, расцветает, ослабление же вулканической деятельности вызывает сокращение жизни. Без вулканической деятельности жизнь на Земле прекратилась бы, так как остановился бы приток важнейшего биоэлемента, из которого строятся молекулы живого вещества.

Советский ученый, член-корреспондент АН СССР А.Б. Ронов так сформулировал геохимический принцип сохранения жизни: жизнь на Земле возможна до тех пор, пока наша планета активна и происходит обмен веществом и энергией между недрами и поверхностью; с прекращением вулканической деятельности на планете - энергетической смертью Земли - прекратится и жизнь на ней. [3]

1. Азбука природы. Более 1000 вопросов и ответов о нашей планете, ее растительном и животном мире. - М., Издательский дом "Ридерз Дайджест", 1997. - 336 с.

2. Григорьев С. и Емцев М. Скульптор лика земного. Отв. ред.Ф.А. Макаренко.М., "Мысль", 1977.192 с.

3. Мирошников Л.Д. Человек в мире геологических стихий. - Л.: Недра, 1989. - 192 с.

4. Муранов А.П. Волшебный и грозный мир природы: Кн. для учащихся. - М.: Просвещение, 1994. - 143 с.

5. Резанов И.А. Великие катастрофы в истории Земли. - 2-е изд., перераб., доп. М.: Наука, 1984.176 с.

6. http://arkty. itsoft.ru/cafedra/school/nisan/PAGE10. HTM

Размещено на .ru