Почему и как извергаются вулканы

Почему и как извергаются вулканы?  - исследование Бамбурова Алексея – учащегося 3 класса А  МБОУ «Гимназия №34» г.Ульяновска, научный руководитель Я.М. Брагина.

Очень часто явления и события  из нашей повседневной жизни или поведение человека  напоминают нам природные явления, например:

1. Если потрясти бутылку с сильно газированным напитком и приоткрыть крышку, то жидкость и газы, содержащиеся в бутылке, стремительно побегут наружу;
2.  Вскипали ли вы когда-нибудь, выходя из себя, а затем успокаиваясь? Это был ваш способ «выпустить пар» (вспомните, что происходит, когда мы снимаем крышку с кипящего чайника).

Я предположил, что  вулканы — это способ планеты выпустить пар. Изучая  различные источники информации, я  решил выяснить для себя, что же такое вулкан и как происходит его извержение. Наша планета Земля напоминает яйцо: сверху тонкая твёрдая скорлупа - земная кора, под ней находится вязкий слой горячей мантии, а в центре — твёрдое ядро. Земную кору называют литосферой, что в переводе с греческого означает «каменная оболочка». Толщина литосферы в среднем около 1% радиуса земного шара. На суше она составляет 70-80 километров, а в глубине океанов может быть всего 20 километров.  Температура мантии — тысячи градусов. Ближе к ядру - температура  мантии больше, ближе к коре — меньше. Из-за разницы температур происходит перемешивание вещества мантии: горячие массы поднимаются вверх, а холодные — опускаются (так же, как закипающая вода в кастрюле или чайнике, но только происходит это в тысячи раз медленнее). Мантия, хоть и разогрета до огромных температур, но из-за колоссального давления в центре Земли она не жидкая, а вязкая, как очень густая смола. Литосфера как бы плавает в вязкой мантии, немного погрузившись в неё под тяжестью своего веса.

Достигая подошвы литосферы, остывающая масса мантии какое-то время движется горизонтально вдоль твердой каменной «скорлупы», но затем, остыв, она снова опускается в направлении центра Земли. Пока мантия движется вдоль литосферы, вместе с ней поневоле движутся и куски земной коры (литосферные плиты), при этом отдельные части каменной мозаики сталкиваются и наползают друг на друга.

Часть плиты, которая оказалась снизу (на которую наползла другая плита), постепенно погружается в мантию и начинает плавиться. Так образуется магма — густая масса расплавленных пород с газами и парами воды. Магма легче, чем окружающие породы, поэтому она медленно поднимается к поверхности и накапливается в так называемых магматических очагах. Они располагаются чаще всего вдоль линии столкновения плит.

Поведение раскаленной магмы в магматическом очаге и правда напоминает дрожжевое тесто: магма увеличивается в объеме, занимает всё свободное пространство и поднимается из глубин Земли по трещинам, норовя вырваться на волю. Как тесто приподнимает крышку кастрюли и вытекает через край, так и магма прорывает земную кору в самых слабых местах и вырывается на поверхность. Это и есть извержение вулкана.

Извержение вулкана происходит из-за дегазации магмы, то есть выхода газов из неё. Процесс дегазации известен каждому: если осторожно открыть бутылку с газированным напитком (лимонадом, кока-колой, квасом или шампанским), раздается хлопок, и из бутылки появляется дымок, а иногда и пена — это из напитка выходит газ (то есть происходит его дегазация). Если бутылку с шампанским перед открыванием потрясти или нагреть, то из нее вырвется мощная струя, и удержать этот процесс невозможно. А если бутылка неплотно закрыта, то эта струя может сама вышибить пробку из бутылки.

 Как образуется вулкан? Представьте себе, что банка с минералкой — это поверхность Земли, а крышка с отрывным язычком — это слабое место земной поверхности. Если банку потрясти, углекислый газ расширится и может проделать дыру в месте соединения отрывного язычка и крышки. Подобным образом горячие газы и магма могут продавить дыру в слабых местах земной коры и выплеснуться наружу.

Горячий пепел, холодный климат

 После извержения вулкана закаты солнца по всей Земле могут на многие месяцы стать красными — это очевидное доказательство того, что вулканы влияют на атмосферу. Когда пепел вздымается в воздух и разлетается по всему земному шару, он зависает в атмосфере, рассеивая солнечный свет и окрашивая закаты в более яркие тона.

Но влияние вулканов на атмосферу планеты не ограничивается только эффектными закатами. Вспомним, например, что произошло несколько сотен миллионов лет назад в Сибири. Если вы поедете туда сегодня, вы увидите так называемый Сибирский капкан — огромный кусок твердой горной породы вулканического происхождения, протянувшийся на 1400 км. Учёные, исследовавшие этот кусок, говорят, что ему более 250 млн. лет. Перед тем как остыть, он представлял собой жидкую горячую лаву. А судя по размерам этого куска, извергнувший его вулкан должен был быть чудовищно большим.

Учёные считают, что в течение 600 000 лет сибирские вулканы неоднократно извергали потоки раскаленной лавы из недр Земли. И каждый раз во время извержения они выбрасывали в небо тонны пепла.  Они также изрыгали смертельные удушающие газы. Плавящиеся минералы выделяли сульфаты, которые при нагревании превращались в сернистый газ. Пепел и газы сибирских вулканов поднимались высоко в атмосферу. Пепел препятствовал проникновению солнечного света на Землю. Сернистый же газ, вступая в реакцию с водой в воздухе, превращался в обжигающую серную кислоту. Капельки кислоты отражали часть солнечных лучей, и тепло не могло достичь поверхности планеты, а значит, атмосфера, океаны и суша начали остывать.

Постепенно температура на Земле падала. Ледяные шапки на полюсах стремительно росли, океаны покрывались толстой ледяной коркой. В конце концов, большая часть Земли была скована льдами. Вот так вулканы положили начало новому ледниковому периоду. Из остывающей атмосферы кислота в виде снега и дождя обрушивалась на поверхность планеты.

Во время этой планетарной катастрофы более 90 % всех растений и животных в морях Земли постепенно погибло, оставив в качестве воспоминания о себе лишь окаменелые останки в осадочных горных породах. По мнению некоторых ученых, массовое вымирание, длившееся сотни лет, и последовавшая за ним цепная реакция событий объясняются именно этими извержениями.

Газ, вырывающийся из вулканов, на 50—85 % состоит из водяного пара. Больше 10 % приходится на долю углекислого газа (того самого, который в газировке), примерно 5 % составляет сернистый газ, 2—5 % — хлористый водород и 0,02—0,05% — фтористый водород. Иногда в вулканических газах встречаются сероводород и газообразная сера, водород, метан и оксид углерода, а также совсем малые примеси различных металлов.

Известны случаи, когда извергались вулканы, молчавшие и 300, и 500, и 800 лет. Вулканы, которые хотя бы раз извергались на памяти человека (и могут заработать вновь), называются спящими. Потухшие (или древние) вулканы — это те, которые работали в далеком геологическом прошлом. Например, столица Шотландии город Эдинбург стоит на древнем вулкане, который извергался более 300 миллионов лет назад (тогда ещё и динозавров-то не было).

 Извержение цепи вулканов Лаки, расположенных на юге Исландии вдоль тектонической трещины, в 1783 году было одним из сильнейших за всю историю нашей планеты. Оно продолжалось восемь месяцев, длина потока вырвавшейся на свет лавы составила почти 70 км. Обжигающая масса двигалась со скоростью свыше 45 км/ч и разлилась на площади 579 км2.

Подведем итоги.

В результате движения литосферных плит могут возникать очаги магмы. Если жидкая магма вырывается на поверхность Земли, начинается извержение вулкана. Часто извержение вулкана сопровождается мощными взрывами, это происходит из-за дегазации магмы и взрыва горючих газов. Вулкан засыпает, если прекращается подача новых порций магмы из магматического очага, но может проснуться (ожить), если движение плит продолжается, и магматический очаг вновь заполняется. Вулканы тухнут окончательно, если движение плит в этом районе прекращается.

Самые знаменитые извержения вулканов:

Санторин, Греция - 1450 до н.э.
Везувий, Италия - 79 г.
Таупо, Новая Зеландия - 150 г.
Тамбора, о-в Сумбава - 1815 г.
Кракатау, о-в Ява - 1883 г.
Монтань-Пеле, о-в Мартиника - 1902 г.
Катмай, Аляска - 1912 г.
Св. Елены гора, США - 1980 г.
Невадо-де-Руис, Колумбия - 1985 г.
Пинатубо, Филиппины - 1991 г.
Эйяфьятлайокудль, Исландия – апрель 2010 г.

Вулканы  мира.

Этна (Италия) (что означает “гора огонь” по-арабски) является самым высоким и самым активным вулканом в Европе (3326 м). Зафиксировано более 200 её извержений. Интересно, что Этна изменяется по высоте от извержения к извержению. Например, в настоящее время она на 21,6 м ниже, чем в 1865 году. Примерно каждые 150 лет Этна разрушает одну из соседних деревень, но несмотря на это, близлежащие территории плотно заселены. Дело в том, что вулканический пепел делает почву плодородной. Согласно последним исследованиям в настоящее время нарастает опасность обширного извержения Этны. Из-за постоянной активности Этна была выбрана «Вулканом десятилетия» ООН.

Попокатепетль (также называется Попо и Дон Гойо) является действующим вулканом в Мексике. Он достигает высоты в 5426 м и является вторым по величине на высшем уровне в стране. Попокатепетль получил свое название от слова науатль “popōca” (дым) и tepētl (“гора”), что означает “Курение Горы” и полностью оправдывает своё название. До девяностых годов, Попо был любимым местом отдыха – сноуборд-центром. В 1947 году он начал новый цикл активности с крупного извержения. В настоящее время учёные тщательно изучают его. Жители соседних городов любуются снежной белой горой Попокатепетль в течение большей части года.

Фудзияма является действующим вулканом и самой высокой вершиной Японии (3776 м). Его последнее извержение датируется 1707 и 1708 годом. Фудзияма отличается своим почти идеально симметричным конусом, хорошо видимым из Токио в ясную погоду, который является одним из символов Японии.

Редаут (Аляска) представляет собой стратовулкан с кратером, находящимся на высоте 2700 м. Наиболее активные его извержения в 20-м веке датируются 1902, 1966 и 1989 годами. В последнее извержение в 2009 году, были зафиксированы 6 взрывов, которые выбросили столб пепла более чем на 9 миль в воздух. Это был самый большой вулканический выброс почти за 20 лет.

Руапеху является действующим вулканом в Новой Зеландии, высота 2797 м. Он считается одним из самых активных вулканом в мире и крупнейшим действующим вулканом в Новой Зеландии. Руапеху получил свое название из языка маори, на котором это слово означает  ”пропасть взрыва”. Последнее извержение датируется 25 сентября 2007. Не смотря на то, что извержение началось, как и все предыдущие, внезапно, он часто посещается туристами.

И напоследок... Ученые знают теперь, каким образом и почему происходят извержения вулканов. В последние десятки лет вулканологи сделали много ценных наблюдений и выводов по деятельности вулканов. Для нас теперь ясна картина подготовки извержения и самого извержения различных вулканов. Но, к сожалению, этим и ограничивается человеческое знание в названной области. Мы можем только наблюдать и объяснять происходящие извержения. Останавливать, изменять, даже предупреждать эти грозные явления природы человек не может. Да это и понятно,- ведь действующие при извержениях силы огромны. Они связаны с теми подземными силами, которые образуют земные складки — горы и горные хребты. На эти силы мы, конечно, не можем влиять, даже в малой степени.  Они слишком могущественны!

Список использованной литературы

Апродов В.А. Вулканы. - М.: Мысль, 1982. – 158с.

Апродов В.А. Дыхание Земли: вулканы и землетрясения. – М.: Географгиз, 1963. – 180с.

Влодавец В.И. Вулканы Земли. – М.: Наука, 1973. – 160с.

Гущенко И.И. Извержения вулканов мира. – М.: Наука, 1979. – 124с.

Детям обо всем на свете. - Интерактивная энциклопедия для детей. М: Махаон – 2011. – 31с.

Лебединский В.И. Вулканы и человек. – М.: Недра, 1967. – 240с.

Макдональд Г.А. Вулканы. – Пер. с англ. – М.: Мир, 1975. – 210с.

Маракушев А.А. Вулканизм Земли//Природа. – 1984.-№9. – 175с.

Мархинин Е.К. Вулканизм. - М.: Недра, 1985. – 93с.

Ритман А. Вулканы и их деятельность. – Пер. с англ. – М.: Мир, 1964. – 190с.

Тазиев Г. Вулканы. – Пер. с франц. – М.: Мысль, 1963. – 220с.