Вулкан

Основною і найгрізнішою силою вулкана є його виверження. Виверження — природне явище, яке виражається в тому, що магма, разом з газами, які є в ній, проривається з глибоких частин Землі на поверхню. Магма (грец. «тісто», «каша») — маса розплавленої кам'яної породи, яка розташована на великій глибині і насичена газами. Магма, яка вилившись на поверхню, втратила багато газів, називається лавою. Лава — це також кристалічна гірська порода, яка містить багато силікатних сполук. Якщо кількість кремнезему (SiO₂) в ній велика (~75 %), то утворюється в'язка, мало текуча маса (ріолітова лава), але коли SiO₂ мало (38 %), то витікає рідка і дуже текуча лава (базальтова).

Виверження вулканів залежить від багатьох чинників, а саме: від геологічної будови району, порід, з яких складається район, на якій глибині знаходиться вулканічне вогнище і який склад магми. Часто під час горотворення в земній корі утворюються складки, виникають розколини, якими магма піднімається вгору. І головну роль у цьому піднятті відіграє величезний тиск, який створює земна кора. Натискаючи на магму, земна кора змушує її підійматися розколинами вверх на поверхню землі. Але водночас діють і гази, які містяться в магмі. Вони, намагаючись піднятися розколинами вгору, виштовхують і магму. З її підійманням тиск земної кори зменшується, тому потім магма стає більш плинною і виливається на поверхню. Вулканічним виверженням часто передують потужні вибухи. При цьому струменями газу з вулкана викидається велика кількість вулканічного попелу — легкого дрібного порошку сірого кольору з осколків старої та дрібніших частинок рідкої лави (деколи він, змішуючись з атмосферними опадами чи водами розплавлених снігових масивів або льодовиків, утворює грязеві потоки); вулканічного піску — невеличких кусків лави, розміром з горошину; лапілей - уламків пористої лави або магми розміром від горошини до волоського горіха. Великі уламки, що іноді досягають у величині двоповерхового будинку, називаються вулканічними бомбами. Одна з бомб об'ємом 25 м³, викинута італійським вулканом Вулькано, важила близько 70 т. Ці викиди іноді покривають землю на тисячі км². Також перед виверженнями проходять вулканічні землетруси, які пов'язані із зародженням і рухом рідкої або в'язкої магми та з вибухами газів в кратері вулкана. Їхні вогнища завжди локалізовані в невеликому просторі, поблизу магматичного вогнища і вихідного каналу вулкана. На відміну від тектонічних, ці землетруси завжди проходять великими серіями, відображаючи процес поступовим зростання тиску в магмі вогнищі і вихідному каналі. Зазвичай вулканічні землетруси слабші тектонічних тому, що їхні вогнища лежать на менших глибинах і джерело, яке викликає їх знаходиться на невеликому просторі земної кори.

Склад вулканічних продуктів у різних вулканах також різний. За кількістю кремнезему можна визначити рідка лава чи в'язка. За вмістом в газах водяної пари, СО2, сірки Н2, можна дізнатися внаслідок, яких процесів вони утворилися. Динаміку виверження розрізняють ефузивну, — якщо виверження в основному проходить вилиттям лави; екструзивне характеризується вижаттям лавових куполів; експлозивне, де головну роль відіграють вибухи та комплексне — суміш всіх вище названих характерів вивержень.

Вулкани характеризуються за типами вивержень. Найголовнішими типами є: вулканічний, плініанський, стромболійський, пеленський, гавайський і тріщинний.

Перший тип — вулканічний (назва походить від вулкана Вулкано), відрізняється в'язкою магмою, яка часто закорковує жерло, не даючи виходу газам, і вони накопичуються під таким високим тиском, що час від часу відбуваються потужні вибухи. Виверження цього типу нетривалі — від декількох хвилин до кількох годин, але відновлюються кожні кілька днів чи тижнів протягом декількох місяців. Висота, на яку викидається вулканічні продукти досягає 20 м.

Другий тип — плініанський (назва походить від імені римського вченого Плінія Старшого, який помер при виверженні Везувію в 79 р. н. е.) Цей тип вважається найбільш вибухонебезпечним, до нього відноситься знамените виверження Везувію в 79 р.н. е., яке похоронило під шаром попелу міста Помпеї та Геркуданук. Надзвичайно в'язка магма часто закорковує вихід газам, що призводить до пізнішого вибуху і утворенню кальдер (іспан. «киплячий котел»), в кращому випадку, до знищення цілого вулкана, в гіршому (як це було з вулканом Кракатау в 1883 p.). Вулканічні продукти викидаються на висоту до 50 км і покривають велику площу; об'єм викидів — від 0,1 до 50 км³.

Третій тип — стромболійський (від влкн. Стромболі), характеризується безперервною еруптивною (вибуховою) діяльністю протягом кількох місяців і навіть років, висота еруптивного стовпа (вивержених матеріалів) до 10 км. Магма рідка, газів і вулканічних бомб багато, попелу мало.

Ще одним типом є пелейський (від вулкана Мон-Пеле). Характеризується дуже в'язкою магмою, яка твердіє до виходу з жерла, утворенням лавових куполів і викидом «вогненних хмар» (суміші розпечених газів і попелу).

Гавайський тип вважають найспокійнішим. Дуже рідка лава спокійно витікає, твердих продуктів і попелу мало, а схили конуса до 10°.

Тріщинні виверження виявляють у вилитті лави з системи тріщин з пізнішим утворенням вулкана.

Другим за чим класифікують виверження вулкана є: масштаб (об'єм вивержених продуктів), склад виверженого матеріалу, динаміка.

Масштаб виверження вулкана поділяється на 5 класів: І клас — об'єм вивержених матеріалів понад 100 км³, II клас від 10 до 100 км³, III — від 1 до 10 км³, IV — від 0,1 до 1 км³, останній V клас виверженого матеріалу менше ніж 0,1 км³.

Фази виверження вулкана — основні етапи виверження, що розрізняються за характером переважної діяльності та розділені короткими періодами відносного спокою. Кожній Ф.в.в. відповідає певний тип вулканічних продуктів, що дозволяє відновити хід виверження за послідовністю відкладів. Класичний опис фаз великого виверження Везувію в 1906 р. було зроблено Ф.Перретом (Frank A. Perret, 1924):

• перша фаза — вилив потоку світної рідкої лави і періодичні вибухи,
• друга (газова) фаза — виділення потужного стовпа стислих газів, що виривалися протягом декількох годин з виносом відносно невеликої кількості попелу та утворенням гігантської еруптивної хмари;
• третя фаза («темного попелу» — еруптивна) — виділення чорних хмар газу, сильно навантажених вулканічними уламками, — це було викликано обваленням залишків конуса, що ускладнило вихід вулканічних газів.

Вулканолог Б. І. Пійп для виверження вулкана Ключевського (Ключевська сопка, Камчатка) у 1944—1945 рр. виділив наступні фази:

• 1) попільні експлозії,
• 2) бомбові експлозії,
• 3) малих пароксизмів (активізацій),
• 4) головного пароксизму, або кульмінаційну фазу.

Див. докладніше Супервулкани

• У Новій Зеландії в районі озера Таупо у 186 році до н.е відбулося найбільше в історії людства вулканічне виверження. Його наслідки описані в хроніках Китаю та Греції. На місці виверження сьогодні розташоване озеро за площею, що приблизно дорівнює площі Сінгапуру.
• Другим з найбільших відомих вивержень слід, очевидно вважати виверження Кракатау 26 серпня 1883 року. Під час виверження 1883 року вулкан викинув понад 25 кубічних кілометрів каміння, попелу та пемзи, і створив найгучніший історично відомий звук — катастрофічний вибух було чітко чути в місцях на таких далеких відстанях, як Перт в Австралії (приблизно 1930 миль або 3100 км), і острів Родригес поблизу Маврикію (приблизно 3000 миль або 4800 км). Ударна хвиля в атмосфері обійшла Землю сім разів і реєструвалася протягом п'яти днів. У 1883 р. виверження вулкана Кракатау, на схід від о. Ява супроводжувалося таким гуркотом що його чули в Америці.
• 70 тис. років тому відбулося виверження вулкана Тоба на о. Суматра, що накрило цілий острів шаром попелу заввишки 300 метрів.
• Одне із найбільших вивержень на землі сталося 65 млн років тому. Воно накрило лавою майже всю Індію.
• Під час виверження вулкана Везувій в Італії в 79 р. н. е., населення римського міста Помпеї повністю загинуло. Руїни міста, повністю похованого під шаром попелу, було виявлено у XVIII ст.
• Виверження вулкана Тамбора на острові Сумбава в 1815 р. підняло так багато пилу, що він заслонив Сонце над усією земною кулею. Це призвело до холодного літа два роки поспіль.

До інших типів вулканічної діяльності відносять гейзери. Гейзер — це гаряче джерело, в якому проходить виверження окропу. Спочатку вода збирається десь в підземній порожнині, нагрівається від магми до температури кипіння і вибухає. Причиною вибуху води є те, що вона нагрівається знизу, на поверхні температура ще не досягла 100 °C, а на дні вже має 120 — 125 °C. Внизу вода не закипає тому, що перебуває під великим тиском стовпа води, який знаходиться вище. Але вода на глибині нагрівається все більше і нарешті починає кипіти. Маси парів, що виникають при цьому, з силою викидають поверхневий шар води, утворюється фонтан. Ці виверження тривають не більше 1-2 хв. Потім вода повністю зникає з ями, але скоро вона знову наповниться нею. Одні гейзери працюють через кожні 30-40 хв., інші — раз на добу.

Часто вулкани, які вважалися сплячими, проявляють свою активність. В кратері і поблизу нього, з тріщин, просочуються струмені пари фумароли, насичені різними газами. Деколи вони дуже сильно свистять, а деколи виділяються ледь помітно, виносячи з собою різні тверді речовини, які покривають ґрунт біля виходів струменів.

Ще одним видом вулканічної діяльності є гарячі джерела. Вони здебільшого знаходяться у вулканічних областях (біля гейзерів) і утворюються тоді, коли гази і пара виділяються з магми (а вона знаходиться глибоко під землею), проходячи вверх нагрівають землю і змішуючись з підземними водами, переходять в гарячу воду, яка розчиняє різні речовини. Потім вона виходить на поверхню у вигляді гарячих мінеральних джерел, які можуть послужити людині для різноманітних цілей (лікувальна, видобувна тощо).

Значно меншими копіями справжніх вулканів є так звані сопухи або грязьові вулкани. Це невисокі (до 3 м) конусоподібні гори зі зрізаним верхом. На плоскій вершині сопухи міститься кратер. Він наповнений сірою, липкою грязюкою, з якої весь час виділяються пухирці газу.

Процес виверження грязьових вулканів нагадує справжнє виверження. З кратера сопух виділяється великий об'єм газів, переважно вуглеводню. Іноді цей газ самозапалюється і піднімається стовп полум'я. Закінчується виверження виділенням в'язкої грязі. В Україні місцем знаходження сопух є Керченський півострів.

Земна кора, гідро- і атмосфера утворилися протягом мільярдів років з продуктів вулканічної діяльності. Після кожного великого виверження на десятки і сотні кілометрів падає вулканічний попіл, який містить майже всі потрібні для росту рослин поживні речовини, формуючи легкі повітряні та водопроникні ґрунти. Добре зволожені і легко оброблювані землі з попелом, як правило дають високі врожаї різноманітних фруктів, злакових культур і кави.

Вулкани стають джерелом родовищ багатьох мінералів. Наприклад, вулканізм Східноафриканського рифту знаменитий високим вмістом в лаві, парі і мінеральних водах карбонату натрію (соди). Серед мінералів, утворення яких пов'язано з діяльністю вулканів, особливе значення для хімічної промисловості мають сірка, борна кислота, кіновар і нашатир.

Вулканічні лави можуть використовуватися в будівельній промисловості, зокрема, пемза. Найвідомішим родовищем пемзи є Монте-Пелато на острові Ліпарі (Італія). Вона утворюється з моногенних скловатних порід, дуже насичених крешеземом. Вона використовується в будівельній справі, як тепло-, звуко- і електроізоляційний матеріал для виготовлення легкого пемзобетону, а також як абразивний матеріал для полірування і шліфування.

Вулканічні туфи, утворені матеріалом, який викидається при вибухових вулканічних виверженнях. Вони мають багато цінних якостей: висока пористість, низька тепло- і звукопровідність, м'якість, в результаті якої туф легко піддається механічній обробці. Особливо знамениті вірменські, різнокольорові туфи. Вони є чудовим матеріалом для скульптур та будівельних споруд.

Вулкани виступають також у ролі джерела геотермальної енергії. Багаті геотермальними ресурсами Японські та Філіппінські дуги, а також Східно-Тихоокеанський пояс. В західній частині Пн. Америки гарячі джерела зв'язані зі згаслими вулканами. В гірських місцевостях західних штатів США відомо більше ніж 1200 груп гарячих джерел. Їх зона простягається через штати Каліфорнія, Невада, Орегон, Айдахо, Вайомінг, Монтана. Цю енергію використовують для опалення та постачання гарячої води. В останні 5О років по всій Землі почали використовувати вулканогенні води для виробництва геотермальної електроенергії. На вулканічній парі працюють геотермальні електростанції в Японії (Хатима-мантай, Мацугава, Онікоба, Отаке), в Новій Зеландії (Вайракі), в Мексиці (Пате), в Ісландії (біля вулкана Дафла), в США (Каліфорнія південніше озера Солтон-Сі); декілька станцій функціонують в районі Італійського вулкана Монте-Аміата (тут також з пари видобувають сірку).

Вулканізм на Венері Найвищий вулкан Венери Гора Маат височить майже на 5 км над навколишньою місцевістю і на 8,8 км (за іншими даними, 8,3 км) над середнім рівнем поверхні Венери.

Вулкан Олімп на Марсі — найвища планетна гора в Сонячній системі, що має 26 км від його основи.