Механізм виверження
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.
Было бы неверно сказать, что мы доподлинно выяснили механизм вулканических извержений. Современных знаний о физических свойствах лав, о расплавах, возникающих на глубинах в десятки километров и о составе содержащихся в ней газов, еще недостаточно. Тем не менее существующие гипотезы опираются на ряд известных нам фактов. Извержение вулкана связано с поднимающимися с больших глубин расплавленными лавами. Возникновение таких расплавов вызвано переходом твердых горных пород в жидкое состояние, а это увеличивает их объем на 5-10%. Изменение объема вследствие развивающегося в жидком расплаве гидростатического давления вызывает подъем этого расплава вверх. Проникновение расплава на дневную поверхность зависит от прочности и монолитности земной коры. Если последняя расчленена разломами, то происходят относительно спокойные извержения, иногда сопровождающиеся фонтанированием (извержения гавайского типа).
Но расплав может оказаться в обстановке, затрудняющей его подъем на земную поверхность. В этом случае он затвердевает на глубине, образовав крупный гранитный массив, или вызывает проплавление расположенных над ним горных пород.
Многое определяет химизм лав. Если это лавы основного состава, содержащие не более 50% кремнезема, то они обычно бывают жидкими и сравнительно легко поднимаются по трещинам на поверхность, разливаясь потоками во все стороны. Если же в лаве кремнезема больше (60—70%), то она становится густой, тягучей, создает пробки в вулканическом канале, и подъем ее на поверхность затруднен. Но это не означает, что «взрывоопасны» лишь кислые лавы. Наиболее сильный вулканический взрыв прошлого столетия произошел в вулкане Тамбора, извергающего основные лавы. Следовательно, химический состав лав не единственная, а возможно, и не главная причина взрывных извержений.
Определяющим является количество газов в лаве. При высоком давлении вода и газы находятся в магме в растворенном состоянии. Когда с приближением к земной поверхности давление начинает падать, вода переходит в газообразное состояние. Богатая газами лава как бы «вскипает» от накапливающихся в ней пузырьков. Когда газовых пузырьков становится много, они соединяются друг с другом и лава оказывается раздробленной на мельчайшие частицы. Начавшаяся кристаллизация магмы увеличивает давление паров воды. Возрастание давления паров в такой газовой камере приводит в конечном счете к взрыву, разрушающему закрывающие ее пласты горных пород. Скопившаяся в недрах газовая эмульсия еще жидкой магмы выбрасывается в атмосферу, мельчайшие пузырьки тотчас застывают и в виде вулканического пепла разносятся по воздуху, а затем падают обратно на землю.
Начальное давление взрыва может достигать 1500—3000 атм. (извержение Безымянного по Г. С. Горшкову). Такое огромное давление создается, вероятно, в результате цепных реакций, развивающихся в газовой фазе. При этих реакциях происходит выделение тепла и, таким образом, извержение приобретает характер теплового взрыва.
Тот факт, что взрывные извержения Кракатау или Санторина неоднократно происходили на одном и том же месте (в пределах одной кальдеры), свидетельствует, что под таким вулканом длительное время работает один и тот же подводящий канал. В его верхней части, по-видимому, на сравнительно небольшой глубине (1—2 км), происходила концентрация газовых пузырьков. В конечном счете общее накопление внутренних напряжений в расплаве и в его газовой фазе приводит к сильнейшему взрыву. Поэтому, чем большие напряжения накопились за период относительного покоя, тем взрыв сильнее.
После взрыва обычно наступает обрушение кровли подземной полости, откуда была выброшена эмульсия магмы, и образуется кальдера.
Кальдеры бывают разного генезиса: 1) эксплозивные; 2) образующиеся вследствие обрушения; 3) смещенные кальдеры обрушения; 4) эрозионные кальдеры. Наиболее распространена вторая группа.
Эксплозивная кальдера образуется в результате взрыва. Примером может служить возникновение в 1888 г. кальдеры вулкана Бантая в Японии. После тысячелетнего перерыва в течение минуты произошло до 20 взрывов и было выброшено более кубического километра породы. Вершина и значительная часть северного склона вулкана разрушились, возникла подковообразная впадина площадью 3,5 км2. Внутри образовавшегося амфитеатра открылось жерло вулкана, через которое на поверхность Земли поступал раскаленный материал.
Иначе образуется кальдера обрушения. После взрыва и опорожнения камеры происходит обрушение кровли вулкана. Кальдеры этого типа по размерам больше, чем эксплозивные, и образуются они при самых сильных взрывах. По последним данным, промежуточные магматические очаги кальдер обрушения расположены на сравнительно небольшой глубине: под Везувием — 6 км, Килауэа — 4; Михара — 4—5, Авачей — 3—5 км.
Основными видами энергии действующего вулкана являются: 1) потенциальная энергия, учитываемая по изменению уровня лавы в процессе извержения; 2) кинетическая энергия, зависящая от скорости выбрасываемых продуктов и их массы; 3) тепловая энергия, включающая то тепло, которое содержится в лаве, газах и твердых частицах; 4) сейсмическая энергия и энергия воздушных масс, определяемые величиной смещения почвы (магнитудой) и изменением давления воздуха.
Общее количество энергии, необходимое для распыления 1 км3 в пепел с размером частиц в сотые доли миллиметра, по подсчетам советского ученого Е. К. Мархинина, равно приблизительно 1,85-1015 Дж. Общее же количество тепловой энергии, заключенной в кубическом километре лавы перед извержением, равно 2,5-1018 Дж. Оказывается, что термальная энергия вулкана в тысячу раз больше энергии пеплообразования.
Для характеристики силы извержения было предложено вычислить новую величину — магнитуду извержения, которая является величиной, пропорциональной выделившейся энергии. Кроме того, она выражает энергию вулканического извержения атомно-бомбовым эквивалентом, т. е. числом атомных бомб, могущих дать соответствующую энергию при взрыве. Энергия одной атомной бомбы принята 8,4-1014 Дж. Оказалось, что взрыв Безымянного эквивалентен 4 тысячам, Кракатау — 20 тысячам, а Тамбора — 200 тысячам атомных бомб. По количеству выброшенного материала можно приблизительно оценить энергию вулканического извержения.
Нетрудно видеть, что вулканические катастрофы типа Кракатау, Тамбора принадлежат к числу максимальных по объему выброшенного материала, площади пеплопада, энергии взрыва. Кальдера Санторина превышает кальдеру Кракатау, следовательно, объем вулканического материала, исторгнутого из недр, и энергия этого катаклизма были еще выше. По силе разрушительного эффекта извержение Санторина может быть сравнено лишь с извержением вулкана Тамбора на острове Сумбава в Индонезии, а извержение Тамбора — это самое опустошительное, самое сильное извержение за последнее тысячелетие. То, что мы знаем сейчас о вулканических катастрофах, свидетельствует, что пароксизмы Санторина и Тамбора это максимальные по силе вулканические извержения, происшедшие за время существования человечества.
Сравним энергию землетрясения и вулканического взрыва. Энергия самого сильного из известных землетрясений достигает 1018 Дж, или 1025 эрг. Это в сотни раз больше энергии взрыва Безымянного вулкана, но примерно соответствует силе взрыва вулкана Катмай. Энергия взрыва Кракатау оказывается в десятки раз, а Тамбора и Санторина в сотни раз больше энергии самого сильного землетрясения.
Таким образом, извержение Санторина в XV в. до н. э. принадлежит к числу величайших геологических катастроф. Энергия взрыва, эквивалентна 200 тысячам атомных бомб или 350 водородных бомб и в сотни раз превышает энергию самого сильного землетрясения. Энергия взрыва Санторина была минимум 1027 эрг, а это, по-видимому, предел силы геологических пароксизмов на нашей планете. Размер их лимитирует прочность горных пород. Больших напряжений земная кора не выдерживает — происходит землетрясение или вулканический взрыв, и напряжение снимается.
Выяснение максимально возможной силы геологической катастрофы имеет исключительное значение для решения проблемы Атлантиды. Во-первых, если дословно следовать тексту Платона, где сказано, что Атлантида была «больше Ливии (Африки) и Азии (Малой Азии), вместе взятых», то очевидно, что для полного уничтожения такой огромной страны необходима геологическая катастрофа, в тысячи раз большая, чем известные нам. Таких геологических катастроф предполагать мы не можем и, следовательно, вынуждены признать, что если Атлантида существовала и была уничтожена каким-то катастрофическим природным явлением, то размеры погибшей страны были много меньше, чем это дословно следует из диалога Платона.
Во-вторых, для наших дальнейших выводов чрезвычайно важно, что извержение Санторина в XV в. до н. э., связываемое с гибелью минойской морской державы, является одной из максимально возможных геологических катастроф. Значит, если мы хотим объяснить уничтожение Атлантиды геологической катастрофой, то Санторинское извержение, судя по силе взрыва и площади опустошения, подходит для этой цели больше, чем что-либо иное.