Вулканы

Вулканическая деятельность возникает в результате постоянных активных процессов, происходящих в глубинах Земли. Вулканические извержения угрожают тем жителям Земли, которым грозят и землетрясения. Около 200 млн человек проживают в опасной близости к действующим вулканам.

Вулканы (по имени бога огня Вулкана) представляют геологические образования, возникающие над каналами и трещинами в земной коре, по которым извергается на земную поверхность магма. Обычно вулканы — это отдельные горы, сложенные из продуктов извержений. Магматические очаги находятся в мантии на глубине 50—70 км или в глубине земной коры.

К наиболее опасным явлениям, сопровождающим извержения вулканов, относятся лавовые потоки, выпадения тефры, вулканические грязевые потоки, вулканические наводнения, палящая вулканическая туча и вулканические газы.

Лавовые потоки состоят из лавы — расплава горных пород, разогретых до 900—1000°С. В зависимости от состава горных пород лава может быть жидкой или вязкой. При извержении вулкана лава изливается из трещин в склоне вулкана либо переливается через край кратера вулкана и стекает к его подножию. Лавовый поток передвигается тем быстрее, чем мощнее сам лавовый поток, больше уклон конуса вулкана и жиже лава. Диапазон скоростей лавовых потоков достаточно широк: от нескольких сантиметров в час до не­скольких десятков километров в час. В отдельных, наиболее опасных случаях скорость лавовых потоков может достигать 100 км в час. Чаще всего она не превышает 1 км в час.

Лавовые потоки при смертоносных температурах представляют опасность лишь тогда, когда на их пути оказываются населенные пункты. Однако и в этом случае остается время на эвакуацию населения и проведение различных защитных мероприятий.

Тефра состоит из обломков застывшей лавы, более древних подповерхностных горных пород и раздробленного вулканического материала, образующего конус вулкана. Тефра образуется при вулканическом взрыве, сопровождающем извержение вулкана. Наиболее крупные обломки тефры называются вулканическими бомбами.

Вулканические бомбы отлетают на несколько километров от кратера. Выпадение тефры приводит к уничтожению животных, растений, возможна гибель людей. Вероятность выпадения тефры на населенный пункт в значительной степени зависит от направления ветра.

Мощные слои пепла на склонах вулкана находятся в неустойчивом положении. Когда на них ложатся новые порции пепла, они соскальзывают со склона вулкана. В некоторых случаях пепел пропитывается водой, в результате чего образуются вулканические грязевые потоки. Скорость грязевых потоков может достигать нескольких десятков километров в час. Такие потоки обладают значительной плотностью и мо­гут во время своего движения увлекать крупные глыбы, что увеличивает их опасность. Из-за большой скорости движения грязевых потоков затрудняются проведение спасательных работ и эвакуации населения.

При таянии ледников во время вулканических извержений может сразу образоваться огромное количество воды, что приводит к вулканическим наводнениям. Точно подсчитать, какое количество воды спустил ледник, трудно, хотя это весьма важно для планирования мер защиты от вулканического наводнения. Это объясняется тем, что ледники имеют много внутренних полостей, заполненных водой, которая добавляется к воде, возникающей при таянии ледников во время вулканического извержения.

Палящая вулканическая туча представляет собой смесь раскаленных газов и тефры. Поражающее действие палящей тучи обусловлено образующейся при ее возникновении ударной волной (ветром у краев тучи), распространяющейся со скоростью до 40 км/ч, и валом жара (до 1000°С). Кроме того, сама туча может передвигаться с большой скоростью (90—200 км/ч).

Вулканическое извержение всегда сопровождается выделением вулканических газов и смеси с водяными парами.

Вулканические газы представляют собой смесь сернистого и серного окислов, сероводорода, хлористоводородной и фтористоводородной кислот в газообразном состоянии, а также углекислого и угарного газов в больших концентрациях, смертельно опасных для человека. Выделение вулканиче­ских газов может продолжаться десятки миллионов лет даже после того, как вулкан перестал выбрасывать лаву и пепел.

В 1983 г. по инициативе ЮНЕСКО была разработана классификация, согласно которой выделено 89 вулканов с высокой степенью риска. В настоящее время не существует единой методики оценки вулканической опасности. Наиболее полное исследование по этому вопросу, имеющее более чем двухсотлетнюю историю, изложено в руководстве по составлению карты вулканической опасности геологической службы Японии. Из него следует, что оценка вулканической опасности индивидуальна не только для каждого вулканического района, но и для отдельного вулкана.

В зависимости от положения вулканов по отношению к населенным пунктам — расстояния, рельефа местности, а также от наличия на вулканах или рядом с ними ледников, от толщины снежного покрова, времени года, когда может про­изойти извержение, и метеорологических условий каждый из действующих вулканов Курило-Камчатского региона представляет определенную степень опасности. Различия в факторах опасности усугубляются индивидуальными особенностями вулканов.

Вулканы подразделяются на действующие, уснувшие и потухшие.

До сих пор среди ученых нет единого мнения по поводу определения действующего вулкана. Многие потухшие вулканы могут стать действующими, как это произошло с вулканами Мон-Пеле, Везувием или Безымянным, который неожиданно начал извергаться в 1955 г., а до этого времени молчал больше тысячи лет.

Извержения вулканов бывают длительными и крат­ковременными. Продукты извержения (газообразные, жидкие, твердые) выбрасываются на высоту 1—5 км и переносятся на большие расстояния. Концентрация вулканического пепла бывает настолько большой, что возникает темнота, подобная ночной. Объем излившейся лавы достигает десятков кубических километров. Извержение вулкана Везу­вия полностью уничтожило Помпею. Толщина слоя вулканического пепла, покрывшего этот город, достигла 8 м.

Существует три главных типа извержений: эффузивный (гавайский), смешанный (стромболианский), экструзивный (купольный).

Замечена взаимозависимость вулканической деятельностью и землетрясений. Сейсмические толчки, как правило, обозначают начало извержения. При этом опасность представляют лавовые фонтаны, потоки горячей лавы, раскаленные газы. Взрывы вулканов могут инициировать оползни, обвалы, лавины, а на морях и в океанах — цунами.

Для обоснованной картины вулканической опасности необходимы фундаментальные работы: оценка масштаба вулканических извержений в доисторическое и историческое время (анализ катастрофических извержений в прошлом); анализ катастрофических извержений аналогичных вулка­нов в других частях Земли; оценка масштаба современных извержений, их максимальной мощности. Только изучив тенденцию в развитии вулкана, можно определить степень его опасности в настоящее время.

Для прогноза места и времени вулканических извержений требуется мониторинг с применением инструментальных геофизических, геохимических и визуальных методов.

В Курило-Камчатском регионе наиболее опасны вулканы, располагающиеся в непосредственной близости от крупных населенных пунктов: г. Петропавловска-Камчатского и г. Ели- ово (Авачинская группа вулканов); г. Ключи (Ключевская группа вулканов и вулкан Шивелуч); г. Северо-Курильск, Северные Курилы — вулкан Эбеко.

Районирование областей вулканической опасности предполагает выделение районов разной степени опасности от последствий вулканических извержений: вулканических бомб, выпадения тефры, лавовых потоков, пирокластических потоков (палящих туч), обломочных лавин и обрушений склонов вулканов, направленных взрывов, грязевых потоков, вулканических землетрясений, вулканических газов, заражения питьевой воды. Необходимо также выделение районов, наименее опасных от вулканических извержений.

В результате вулканического районирования могут быть построены несколько типов карт вулканической опасности:

• вулканологическая карта, отображающая физические эффекты исто­рических и доисторических вулканических извержений;

• информационная карта для нужд администрации населенных пунктов;

• информационная карта для населения.

Прогноз вулканических извержений

Катастрофические извержения вулканов (Везувий, Мон-Пеле, Санторин) сопровождаются большими жертвами среди населения. Можно ли каким-то образом предвидеть начало извержения и заранее эвакуировать людей, проживающих в зоне риска? На этот вопрос в наше время можно ответить утвердительно. Предвестниками извержения являются вулканические землетрясения, которые связаны с пульсацией магмы, продвигающейся вверх по подводящему каналу. Специальные приборы — наклономеры — регистрируют изменение наклона земной поверхности вблизи вулканов. Перед извержением меняются местное магнитное поле и состав вулканических газов, выделяющихся из фумарол. В районах ак­тивного вулканизма созданы специальные станции и пункты, в которых ведутся непрерывное наблюдение за спящими вулканами, чтобы вовремя предупредить население об их пробуждении.

Иногда извержения начинаются неожиданно. Большинство опасных вулканов находится под постоянным пристальным наблюдением. На вулканических территориях, как правило, действует целый ряд вулканических станций. Как и для землетрясений, составляются карты вулканической опасности (риска). Подробная карта такого рода составлена для Камчатки в РФ, для Гавайских островов и района Каскадных гор в США. В нашей стране непосредственное наблюдение за вулканами осуществляется институтом вулканологии Дальневосточного отделения АН РФ.

Для прогноза будущих извержений вулканов используются две группы методов. Первые не требуют сложных приборов и основаны на изучении жизни самого вулкана. Одни вулканы извергаются с определенными интервалами времени, другие свое пробуждение знаменуют звуковыми эффектами.

Другую группу составляют методы, требующие сложных статистических вычислений и исследования признаков готовящегося извержения с помощью точных приборов. Вокруг опасных вулканов размещены сейсмические станции, регистрирующие толчки. Когда лава расширяется на глубине, заполняя трещины, это вызывает сотрясение земной поверхности. Землетрясения с очагами под вулканами являются надежным признаком готовящегося извержения.

Широко используется и является наиболее надежным метод прогноза вулканических извержений на основе измерения наклона земной поверхности вблизи вулкана. Изменение наклона поверхности часто показывает, что готовится извержение. По скорости нарастания изменений можно вычислить примерное время извержения вулкана.

Новый метод прогноза вулканических извержений — аэрофотографирование вулканов в инфракрасных лучах — позволяет определить нагревание земной поверхности и подъем горячих расплавов.

Поведение воды в кратере также служит надежным показателем готовящегося извержения. Иногда температура воды повышается до кипения, иногда она перед извержением меняет свой цвет (становится бурой или красноватой).

Может оправдать себя и метод изучения изменения магнитного поля. На Камчатке в 1966 г. за 12 часов до извержения напряженность магнитного поля ослабевала, а за несколько месяцев до извержения менялась и его ориентация.

С практической точки зрения выделяются краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные прогнозы вулканической деятельности.

Краткосрочный прогноз — наиболее точный для всех вулканов. Вывод о времени предстоящего извержения делают на основе совокупности результатов всех существующих методов.

Физической основой краткосрочного прогноза является постепенное и непрерывное возрастание давления в магматическом очаге и выводном канале вулкана перед извержением. Возрастание давления в выводном канале вызывает напряжения и упругие деформации в окружающих его твердых породах, изменение их физических свойств, что неизбежно отражается в физическом поле в районе вулкана. Установления закономерностей связи изменений физического поля вулкана с его деятельностью и непрерывные наблюдения за этими изменениями и составляют суть краткосрочного прогноза извержений.

К характерным явлениям, предваряющим извержения, относятся: деформации земной поверхности, вулканические землетрясения, изменения гравитационного, магнитного и электрического полей в окрестностях вулкана, разогрев вулкана, изменение температуры и химического состава фумарольных газов и вод горячих источников.

Наиболее перспективными считаются методы краткосрочного прогноза, основанные на наблюдениях за вулканическими землетрясениями, деформациями земной поверхности и газогидрохимическими явлениями на вулканах. С 80-х гг. на Камчатке развиваются также аэрофотограмметрические методы прогноза вулканических извержений.

Для прогноза необходим реальный мониторинг сейсмологической ситуации на действующих вулканах. На Камчатке инструментальные сейсмологические наблюдения были начаты вблизи вулкана Ключевский в 1946 г. Система сейсмологических наблюдений постоянно расширялась и совершенствовалась. В 70-е годы была создана сеть радиотелеметрических сейсмических станций на вулканах Авачинской группы, в 80-х годах — в районе Северной группы вулканов, на вулканах Горелом и Карымском. В 90-х годах на Камчатке осуществлялся сейсмический мониторинг наиболее опасных вулканов и проводилась аэрофотограмметрическая съемка всех действующих вулканов.

Долгосрочный прогноз может быть выполнен с достаточной точностью лишь для тех вулканов, в деятельности которых существует определенная периодичность. Для остальных вулканов этот прогноз не является точным, а лишь позволяет установить причинно-следственные связи в тектонической деятельности в каком-либо определенном районе. На основе подобных расчетов можно получить вероятностные характеристики, которые являются важными данными для краткосрочного и среднесрочного прогноза.

Среднесрочный прогноз является достаточно точным для вулканов с определенной периодичностью активности. Для других вулканов он позволяет лишь сделать вывод о том, что в определенном месте готовится извержение. Для прогноза используются методы, основанные на показаниях сейсмографов, установленных вблизи вулкана, приборов, измеряющих изменение наклона земной поверхности, а также на постоянных аэрофотографических наблюдениях.

Стратегия развития прогнозных исследований заключается в следующем. Мониторинг действующих вулканов для прогноза основных взрывных событий остается основной серьезной проблемой вулканологии.

Если вдруг заговорит потухший вулкан, рядом с которым находится город или поселок, последствия могут быть трагичными.

В отношении каждого вулкана, который в историческое время проявил активность, нужно предполагать, что он может извергаться снова. Историческое время не для всех частей Земли одинаковое: для Месопотамии, например, оно не менее 5000 лет, а для Антарктиды — всего несколько десятков лет.

Вулканологи сходятся на том, что если вулкан не извергался 1—2 млн лет, то, вероятнее всего, он извергаться не будет. В этом случае необходимо изучать геологические особенности территории.

Необходимо также наблюдать и за якобы потухшими вулканами, и при малейшем подозрении на извержение оповещать об этом население близлежащих районов.

Положительным является то, что на многих вулканах перед извержением наблюдаются значимые изменения в геофизических и геохимических полях, однако при этом отсутствуют уникальные и простые законы прогноза, которые бы были определены из данных, собранных вулканологами.

Среди причин слабого понимания физических и химических процессов, приводящих к извержению, называется тот факт, что адекватный мониторинг проводится на очень небольшом числе активных и потенциально активных вулканов мира.

Мероприятия по уменьшению последствий от извержения вулканов

Защита от лавы

1.Бомбардировка лавового потока с самолета.

Лавовый поток, охлаждаясь, создает заградительные валы и течет в лотке. Когда же удается эти валы прорвать, лава разливается, скорость ее течения замедляется, и движение приостанавливается. Однако бомбардировка может быть не слишком успешной из-за пыли и паров воды, которые мешают прицеливанию.

2.Отвод лавовых потоков с помощью искусственных желобов.

3.Бомбардировка кратера.

Лавовые потоки, по большей части, возникают из-за того, что лава вдруг переливается через край кратера. Если же удается разрушить стенку кратера раньше, чем образовалось лавовое озеро, скопится немного меньше лавы, и ее излияние по склону не принесет вреда. Сток лавы, кроме того, можно изменить в нужном направлении.

4.Возведение предохранительных дамб.

Речь, конечно, идет не о том, чтобы задержать лаву плотиной, а о том, чтобы отвести ее в другую сторону.

5.Охлаждение поверхности лавы водой.

На охлажденной поверхности образуется корка, и поток останавливается. Жители Исландии осуществляли такие меры при извержении вулкана на острове Хеймаэй. Это потребовало колоссального количества воды. Однако сам метод оказался успешным, лава была остановлена.

Защита от выпадения тефры Создание и использование в случае извержения специальных укрытий. Возможно проведение эвакуации населения.

Защита от вулканических грязевых потоков

От слабых грязевых потоков можно защититься дамбами или сооружением желобов. В некоторых индонезийских селениях у подножия вулканов насыпают искусственные холмы. При серьезных опасностях люди поднимаются на них и таким образом могут избежать опасности. Существует еще один способ защиты — искусственное понижение кратерного озера. Но наилучший способ — запрет заселения опасной территории или эвакуация при первых признаках вулканического извержения.