Извержения вулканов: причины и последствия

Вулкан – место в земной коре, где из подземной камеры выходит расплавленная скала, вулканический пепел и некоторые виды газов. Магма – это название этой расплавленной породы, когда она находится под землей. Расплавленную минеральную массу, извергающуюся из-под земли, ученые называют лавой. Это название сохраняется даже после охлаждения и затвердевания.

По данным ученых Геологической службы США или USGS, на нашей планете существует около 1500 потенциально активных вулканов, около 500 из которых уже разразились.

Вулканы существуют не только на поверхности Земли. Несколько крупных вулканов поднимаются над поверхностью Марса. Меркурий и Венера демонстрируют признаки прошлого вулканизма. И самый вулканически активный шар в Солнечной системе - это не Земля, а Ио. Это одна из четырех крупнейших лун Юпитера. На Ио есть более 400 вулканов, некоторые из которых производят в космос шлейфы богатого серой материала протяженностью примерно 500 километров.

Как же образуются вулканы? Вулканы могут образовываться на суше или ниже уровня моря. На самом деле, самый большой вулкан Земли располагается в глубине океана. Определенные территории на поверхности нашей планеты особенно восприимчивы к образованию вулканов. Большинство вулканов, например, образуются на краях или границах тектонических плит или вблизи них. Эти пластины представляют собой большие плиты коры, которые сталкиваются друг с другом. Их движение в значительной степени обусловлено циркуляцией ошпариваемой жидкой породы в мантии Земли. Эта мантия имеет толщину в тысячи километров. Она находится между внешней корой нашей планеты и ее расплавленным внешним сердечником. Кромка одной тектонической плиты может начать скользить под соседним. Этот процесс известен как субдукция. Движущаяся вниз пластина несет скалу назад к мантии, где температура и давление очень высоки. Эта исчезающая, заполненная водой скала легко тает. Поскольку жидкая порода легче, чем окружающий материал, она попытается вернуться обратно к поверхности Земли. Когда она находит слабое место, то прорывается, именно это и создает новый вулкан. Многие из действующих вулканов мира находятся вдоль дуги. Известная как «Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо», эта дуга окружает Тихий океан.

Многие из мировых вулканов, особенно те, которые расположены далеко от края любой плиты, развиваются над широкими плюмами расплавленного материала, которые поднимаются из внешнего ядра Земли. Они называются «мантийные плюмы». Они очень похожи на капли горячего материала в «лавовой лампе», в которой капли поднимаются от источника тепла в нижней части лампы, после же остывают и опускаются обратно.

Многие океанические острова являются вулканами. Гавайские острова сформировались над одним известным мантийным плюмом. По мере того как тихоокеанская плита постепенно перемещалась на северо-запад над этим плюмом, ряд новых вулканов пробивался к поверхности, это и создало целую цепочку островов. Сегодня этот мантийный шлейф подпитывает вулканическую активность на острове Гавайи, самом молодом острове в цепи.

Небольшая часть мировых вулканов образуется, когда земная кора растягивается, как, например, в Восточной Африке, примером может послужить танзанийская гора Килиманджаро. На таких тонких участках расплавленная порода может прорваться к поверхности и извергнуться. Выходящая на поверхность лава может строить, накладывая один слой на другой, создавать высокие пики.

Насколько смертоносны вулканы? Согласно исследованию 2001 года под руководством исследователей из Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия, всего вулканы, вероятно, убили около 275 000 человек.

В частности, по оценкам ученых, почти 80 000 смертей, то есть, примерно каждая третья, были вызваны пирокластическими потоками. Так называют горячие облака пепла, газов и камней, который накрывают склоны вулкана и движутся на скоростях, близких к ураганным.

Вызванные вулканами цунами, вероятно, вызвали еще 55 000 смертей. Эти большие волны могут представлять угрозу для людей, живущих вдоль берегов даже в сотнях километров от вулканической активности. Большинство смертельных исходов, происходящих по вине вулканов, происходят в первые 24 часа после извержения. Но удивительно большое их количество происходит более чем через месяц после начала извержения. Причиной тому являются косвенные последствия выброса магмы и пепла, например, могут представлять собой голод из-за уничтоженного урожая или же возвращение людей в опасную зону и последующую их гибель в оползнях или во время последующих извержений.

В каждое из последних трех веков мир видел удвоение фатальных последствий извержений вулканов, при этом вулканическая активность оставалась примерно постоянной в последние столетия. По мнению ученых, это говорит о том, что увеличение смертельных случаев связано с ростом населения или с решением людей жить или отдыхать вблизи или даже на поверхности вулканов. Так, во время неожиданного извержения, около 50 путешественников погибли 27 сентября 2014 года, поднявшись на гору в Японии.

Насколько масштабным может быть извержение вулкана? Некоторые извержения вулканов представляют собой небольшие, относительно безвредные клубы пара и золы. В противовес им, случаются настоящие катастрофы, которые могут длиться от нескольких дней до нескольких месяцев, меняя климат по всему миру.

В начале 1980-х годов исследователи ввели шкалу для описания силы извержения вулканов. Эта шкала, включающая в себя значения от 0 до 8, называется Индекс вулканической эксплозивности (VEI). Каждое извержение получает число, основанное на количестве извергнутого пепла, высоте пеплового шлейфа и силе выброса. Для каждого номера от 2 до 8 увеличение на 1 соответствует извержению, которое в десять раз мощнее. Например, извержение VEI-2 выпускает не менее 1 миллиона кубических метров золы и лавы. Таким образом, извержение VEI-3 выпускает не менее 10 миллионов кубических метров материала.

Небольшие извержения представляют угрозу только соседним регионам. Облака пепла после таких выбросов могли бы уничтожить несколько ферм и зданий на склонах вулкана или на окружающих равнинах, а также затуманить посевы или пастбища. Это может спровоцировать местный голод. Большие извержения способны провоцировать различные виды и уровни опасности. Их зола может покрывать десятки километров вокруг. Если вулкан покрыт снегом или льдом, потоки лавы могут его расплавить, что может создать густую смесь грязи, золы, почвы и горных пород. Названный лахаром, этот материал имеет консистенцию, схожую с мокрым, недавно замешанным бетоном. Он может течь далеко от пика - и уничтожить все на своем пути. В 1985 году извержение вулкана Невадо-дель-Руисс в Колумбии породило лахары, которые уничтожили 5000 домов и убили более 23 000 человек. Последствие лахаров ощущались в городах, расположенных почти в 50 километрах от вулкана.

Столбы пепла, вызванные извержением, могут достигать высот, на которых летают самолеты. Если зола, которая на самом деле является крошечными кусочками сломанной скалы, всасывается в двигатель самолета, высокие температуры могут снова растопить ее, после чего эти капли могут затвердеть, когда попадут в лопасти турбины двигателя. Это нарушит поток воздуха вокруг этих лезвий, в результате чего двигатели выйдут из строя. Более того, влетая в облако пепла на крейсерской скорости, можно испортить передние стекла самолета до такой степени, что пилоты больше не смогут через них видеть.

Наконец, действительно масштабное извержение может повлиять на глобальный климат. При достаточно взрывоопасном извержении частицы золы могут достигать высот, где формируются дожди. Таким образом этот пепел может распространяться по всему миру, уменьшая количество солнечного света, достигающего поверхности Земли. Это понизит температуру во всем мире, возможно, на многие месяцы.

Помимо извержения золы, вулканы также испускают вредные газы, в том числе двуокиси углерода и двуокиси серы. Когда диоксид серы реагирует с водяным паром, извергаемым вулканом, он создает капли серной кислоты. И если эти капли попадают на большую высоту, то тоже могут рассеивать солнечный свет обратно в космос, еще больше охлаждая климат. В 1600 году, например, вспыхнул малоизвестный вулкан в Перу. Его пепловые шлейфы охладили глобальный климат настолько, что в течение следующей зимы во многих частях Европы случились рекордные снегопады, после, когда снег расстаял, их же терроризировали беспрецедентные наводнения. Сильные дожди и низкие температуры летом 1601 года обеспечили массовые неурожаи в России. Голод, который последовал, продолжался до 1603 года.

В наше время наблюдениям за вулканами уделяется куда больше внимания, однако, это не гарантирует безопасности при непосредственной близости даже со спящим вулканом, в любой момент способным стать причиной как локального голода, так и глобальной катастрофы.