Вулкан — геологическое образование, через которое магма выходит на поверхность в виде лавы, вулканических газов и камней (пирокластические потоки, они же вулканические бомбы). Слово происходит от имени бога Древнего Рима — Вулкана.
Вулканы напоминают отдельные горы, хотя могут быть и не одиночными геологическими образованиями. Их магматические очаги находятся на глубине до 50–70 км (а это уже верхняя мантия Земли) — например, Ключевская Сопка на Камчатке, или могут залегать на глубине в 5–6 км — например, Везувий, который уничтожил целый город в древности.
Вулкан будет действующим (или активным), если он периодически или постоянно извергается. Сейчас на нашей планете около 500 действующих вулканов. И это не считая тех, что находятся на океанском дне. Ежегодно 50–70 из них извергаются. Например, Килауэа, один из пяти вулканов, составляющих Большой остров Гавайев, непрерывно извергается с 1983 года.
Сила извержений измеряется с помощью Индекса вулканической эксплозивности (VEI), классификационной системы, разработанной в 1980 году, которая отчасти похожа похожа на шкалу магнитуд землетрясений. Шкала идет от 1 до 8, и каждый последующий VEI в десять раз больше, чем предыдущий.
К уснувшим относят вулканы, об извержениях которых нет сведений, но они сохранили свою форму и под ними происходят локальные землетрясения. Граница между действующими и спящими вулканами иногда размыта: некоторые вулканы могут бездействовать в течение тысяч лет, но затем начнут извергаться в любой момент. Мауна-Кеа, еще один из пяти вулканов на Большом острове в Гавайях, последний раз просыпался 3,5 тыс. лет назад. Несколько десятилетий сейсмологи приписывают этому вулкану повышенный риск извержения, при этом не давая точных прогнозов. Бездействующие вулканы наиболее опасны, поскольку люди, живущие в их окрестностях, как правило, не готовы к извержению.
Потухшими же называют сильно разрушенные вулканы без каких-либо проявлений вулканической активности.
Извержение вулкана — это чрезвычайная ситуация геологического характера, приводящая к стихийным бедствиями. Процесс извержения может занять несколько часов и погрести под собой целый город или остров, а может длиться долгие годы.
Мы собрали самые страшные извержения и рассказали о вулканах, породивших их.
Деканские траппы — Деканское плато, Индия, 60 млн лет назад
Деканское плоскогорье или плато в Индии известно своими траппами вулканического происхождения. По разным данным, в промежутке между 63 и 67 млн лет назад в этом районе произошла серия извержения колоссальной мощности. Результатом этой природной катастрофы стали Деканские траппы — базальтовые отложения, которые занимают площадь около 1,5 млн кв. км.
Магматизм — процесс, в ходе которого магматические расплавы поднимаются и затвердевают на разных глубинах или поверхности.
Трапп — особый тип магматизма, возникающий на суше, при котором огромное количество базальта изливается за миллионы лет на больших территориях. На океанической коре аналогом траппов являются океанические плато. Траппы похожи на лестницу, поэтому получили такое название.
Время извержений примерно совпадает с исчезновением динозавров. Доказательства вымирания динозавров по причине бурной вулканической активности на плато все чаще обсуждаются научным сообществом в последние годы, хотя многие ученые все еще возлагают вину, в первую очередь, на упавший астероид.
Йеллоустонский супервулкан — северо-западный угол штата Вайоминг, США, 640 тыс. лет назад
Место, которое сейчас называется Йеллоустонским национальным парком, появилось благодаря серии извержений, самое последнее из которых произошло около 640 тыс. лет назад. Когда этот гигантский супервулкан извергся, он отправил в воздух тысячу куб. км лавы. Извержения оставили глубокие следы на пораженной почве — не только базальтовые отложения, но и большое количество туфов, вулканических бомб, песка и пыли.
Туф — вид вулканической горной породы, образованной в результате смешения лавы, вулканического пепла, песка и глинистых частиц.
Вулканические бомбы — куски остывшей лавы, выброшенные при извержении вулканов в жидком или пластическом состоянии и принявшие округлую, веретенообразную и другие формы. Поперечник вулканических бомб от нескольких сантиметров до 5–7 м.
Некоторые исследователи предсказывают: если супервулкан снова начнет функционировать, случится беда национального масштаба, катастрофа, в ходе которой пеплом на глубину до метра окажется засыпана половина территории США. В районе Йеллоустоунского национального парка с 2005 года регулярно фиксируются подземные толчки. Если начнется извержение, климат всей планеты изменится, так как вулкан выбросит в атмосферу огромное количество диоксида серы. Это может привести к образованию серной корки на почве.
Врезка
Но геологи утверждают, что Йеллоустоунский вулкан с большей вероятностью в скором времени перестанет считаться спящим и потухнет навечно. Чтобы произошло извержение, его огромный подземный резервуар должен содержать в себе не менее 50% расплавленной магмы. А поскольку североамериканская тектоническая плита продолжает перемещаться по неподвижному шлейфу мантийного материала, который питает вулканическую систему, есть вероятность, что Йеллоустоун никогда не извергнется снова, поскольку вулканические процессы происходят все глубже и глубже от поверхности земли. Однако есть другая теория, что Йеллоустоун все же извергнется и подвергнет гибели все человечество.
Двуокись серы может распространяться на значительное расстояние от ее источника. Газ реагирует с влажным воздухом, образуя крошечные капли серной кислоты. Эти капли настолько малы, что содержатся в воздухе в виде тонкой взвеси в течение неопределенно долгого времени. Аэрозоль серной кислоты может образовать вулканический смог, качество воздуха при этом часто страдает. Растительность высыхает, а дождевая вода становится больше похожей на кислоту, загрязняющую питьевую воду.
Вулкан Санторин на острове Тира в Эгейском море. Между 1645 и 1500 годами до нашей эры
Весь остров Тира, по сути, лишь восточный край древнего кратера, утопленного в море около 2 тыс. лет до нашей эры, после извержения вулкана. Даже называется он в обиходе по названию вулкана — Санторини.
Хотя дата извержения точно не известна, геологи считают, что Санторин взорвался с мощностью нескольких сотен атомных бомб всего за доли секунды. Следы этого катастрофического события также можно найти в повествовании Платона. Хотя нет никаких документальных свидетельств извержения, геологи думают, что это мог быть самый сильный взрыв, когда-либо наблюдавшийся на планете.
Раскопки в районе Акротири показали, что этот остров был колыбелью развитой цивилизации, начиная с 4 тыс. лет до нашей эры вплоть до извержения. Остров Санторини (часть архипелага вулканических островов) был домом для представителей минойской цивилизации, хотя есть некоторые свидетельства того, что жители острова подозревали, что вулкан собирается извергнуться и успели эвакуироваться. Но вулкан серьезно разрушил город, а цунами и понижение температуры вызвали появление огромного количества двуокиси серы, которую он выбрасывал в атмосферу, что изменило климат в регионе.
Гора Везувий — Помпеи, Римская империя (ныне Италия), 79 год нашей эры
Гора Везувий — это так называемый стратовулкан, который находится к востоку от современного итальянского Неаполя.
Стратовулканы — это слоистые вулканы, сложенные из различных магматических пород и продуктов извержения (пепел, вулканический песок), имеющие коническую форму. Их характерной чертой считаются периодические мощные извержения. Стратовулканы обычно встречаются там, где одна из тектонических плит погружается под другую, из-за чего магма поднимается ближе к земной коре, образуя магматический очаг.
Вулкану возле Неаполитанского залива в Италии сотни тысяч лет, и за это время он извергался более 50 раз. Его самое известное извержение произошло в 79 году, когда вулкан похоронил древние римские города Помпеи, Стабии и Геркуланум под толстым слоем вулканического пепла. Один из свидетелей писал в своих воспоминаниях, что пыль «разлилась по земле» как наводнение и окутала город «тьмой». Погибли 2 тыс. человек и города были заброшены на долгие столетия. Когда группа исследователей заново открыла Помпеи в 1748 году, ученые были удивлены, обнаружив, что под толстым слоем пыли и мусора город отлично сохранился. Здания, артефакты и скелеты, оставленные в захороненном городе, дали большее представление о повседневной жизни в древнем мире.
Врезка
Конечно, вулкан Везувий не появился в один момент. Ученые говорят, что ему сотни тысяч лет. В 1780 году до нашей эры необычно сильное извержение (известное сегодня как извержение Авеллино) взорвало небо миллионами тонн перегретой лавы, пепла и камней, впоследствии усеявших радиус в 35 км.
Извержения средней мощности нисколько не пугали местных. Даже после сильного землетрясения в регионе Кампания в 63 году — землетрясение, как теперь понимают ученые, было предупреждением о грядущей катастрофе — люди все еще стекались к берегам Неаполитанского залива в поисках лучшей жизни. В городах рядом с вулканом с каждым годом становилось все больше людей.
Через 16 лет после этого землетрясения в августе 79 года нашей эры (Плиний Младший указывал 24 августа) Везувий последний раз предупредил неразумных местных. Выпущенный им столп был виден за сотни миль вокруг. По мере охлаждения эта башня мусора дрейфовала на землю: сначала мелкозернистый пепел, затем легкие куски пемзы и других камней. Времени, чтобы спастись, у людей было предостаточно, но шансом воспользовались не все. Поздним вечером, через несколько часов после «предупредительного выстрела» случился пирокластический всплеск — тонны туфа, песка и пепла, подгоняемые раскаленным диоксидом серы, обрушились на землю. Жертвы стихии задохнулись под вулканическим пеплом или из-за воздействия ядовитых газов и горячего пара. Археологи сейчас говорят, что их головы взрывались изнутри.
Везувий считается одним из самых опасных вулканов в мире и сегодня, возможное извержение угрожает более чем 3 млн человек, которые живут в этом районе. Последний раз извержение вулкана происходило с 12 по 21 марта 1944 года. 26 человек погибло из-за обрушения крыш под тяжестью вулканического пепла, два города были разрушены потоком лавы. С тех пор вулкан не беспокоил окрестности, но сейсмологи утверждают, что Везувий пока не собирается засыпать.
Лаки — Исландия, 1783 год
Исландия находится на стыке тектонических плит, потому большое количество вулканов в ее ландшафте, безусловно, предполагает извержения. К малозначительным потряхиваниям и недовольным храпам кратеров исландцы за века соседства уже привыкли. Но извержение, которое началось 8 июня 1783 года в южном районе страны, стало доселе невиданной катастрофой для этих земель. В течение восьми месяцев после первой активности вулкана из 135 трещин и вулканических кратеров вблизи города Клаустур вылилось около 14 кв. км лавы. Лава, образовавшаяся в трещинах, в итоге покрыла приблизительно 2 500 кв. км земли, уничтожая города и села поблизости. Новая цепь вулканов позднее была названа Лаки.
Люди пострадали не столько от самого извержения, но и от его последствий. Вулканический пепел, распространенный сильными северными ветрами, отравил почву и воду. У животных внезапно стали появляться гребни и наросты на ногах. Местные жители также отмечали, что они казались раздутыми, а их рты не закрывались из-за отекших губ. Это сильное отравление фтором, образовавшимся от испарений вулканического пепла, убило половину поголовья исландского скота и четверть поголовья овец и лошадей. Последующий голод от сельскохозяйственных потерь стал причиной смерти пятой части населения Исландии.
Вулканические газы с помощью течения Гольфстрим попали и в Европу. На Британских островах многие люди погибли от отравленных воздуха и воды. Когда пепел и газы извержения проникли в верхние слои атмосферы, они впитали влагу и экранировали солнечный свет, изменив климат на долгие годы. С 1783 по 1785 годы в Японии и Америке начались ужасные засухи, исключительно холодные зимы и катастрофические наводнения. В Европе за исключительно жарким летом 1783 года последовали долгие и суровые зимы. В результате неурожаи могли спровоцировать одно из самых известных восстаний голодающих людей в истории — Французскую революцию 1789–1799 годов.
Тамбора — Индонезия, 1815 год
Тамбора — стратовулкан, расположенный на севере острова Сумбава (Индонезия), чье извержение в апреле 1815 года считается самым мощным за последние 12 тыс. лет (период голоцена — «Хайтек»). Извержение вулкана Тамбора получило 7 баллов («суперколоссальный» взрыв — «Хайтек») по Индексу вулканической эксплозивности. Вулкан, который все еще активен, является одним из самых высоких пиков в индонезийском архипелаге.
Первое сильное извержение произошло 5 апреля, в результате чего образовался столб пепла, высота которого достигла 33 км, и произошли сильные взрывы, которые на острове Ява, в 700 км от вулкана, казались выстрелами из пушек. Второй взрыв был 10 апреля 1815 года. Вулкан было слышно на расстоянии в 1930 км, на острове Суматра.
Извержение разрушило более тысячи метров вершины вулкана и спровоцировало спуск пирокластических потоков, которые уничтожили все населенные пункты вблизи вулкана. Взрывы пепла закончились в июле 1815 года, на вершине осталась вулканическая кальдера шириной около 6 км и глубиной более тысячи метров. Извержение выделило 50 куб. км пепла и мусора — примерно в пять раз больше, чем в результате извержения знаменитого вулкана Кракатау. Более 20 см пепла упало на остров Ява, даже на Борнео, в 500 км к северу, слой пепла достиг отметки в 5 см. Взрыв, пирокластические потоки и последовавшие за ними цунами убили по меньшей мере 10 тыс. островитян и разрушили дома еще 35 тыс. человек.
В атмосфере оказалось огромное количество пепла (около 200 млн т очень мелких частиц серы), которое распространялись в атмосферу, создавая своего рода завесу. Поскольку этот материал смешивался с атмосферными газами, он предотвращал попадание значительного количества солнечного света на поверхность Земли, в конечном итоге снижая среднюю мировую температуру на целых 3 °C. Последствия природного катаклизма чудовищно сказались на всех окружающих островах. Около 80 тыс. человек погибли от болезней и голода, поскольку урожай был уничтожен продуктами горениями. В 1816 году в западной Европе и восточной части Северной Америки были сильные снегопады и морозы в течение всего лета. Такие холодные погодные явления привели к неурожаям и голоду и в этих регионах, и 1816 год был назван «годом без лета».
Вероятность того, что вулкан Тамбора может снова взорваться в ближайшие 50 лет, составляет 10% и, возможно, даже выше.
Кракатау — Зондский пролив, Индонезия, 1883 год
26-27 апреля 1883-го, после почти года небольших толчков и выбросов пепла, которые предшествовали окончательному извержению Кракатау, произошло мощное извержение. Взрывное извержение этого стратовулкана, расположенного вдоль вулканической островной дуги, выбрасывало огромное количество камней, пепла и пемзы, его было слышно за тысячи километров.
От взрыва поднялась волна цунами, максимальная высота волны достигала 40 м, по вине цунами погибли 34 тыс. человек. Приливные устройства, расположенные на расстоянии более около 11 тыс. км на Аравийском полуострове, даже зафиксировали увеличение высоты волн.
Кракатау все еще активен. Продукты извержений XIX века образовали небольшой остров посреди заполненной океаном кальдеры, которая возникла во время знаменитого большого извержения 1883 года. Остров называется Анак Кракатау, что означает «дитя Кракатау». Все последующие извержения вулкана пока не достигали критических баллов, но некоторые из них не остаются без внимания, и об этом иногда сообщают в новостях. Конечно, ни один из них пока не приблизился по мощности к знаменитому извержению 1883 года.
Кракатау можно считать каноническим вулканом, сотни лет он следует классической модели развития. Эта модель заключается в том, что в ходе сотен лет небольших землетрясений и извержений вулкан «мужает и крепнет» благодаря туфу и базальту, после чего начинаются более мощные извержения (или одно катастрофически сильное), которые приводят к разрушению вулкана и превращению его в кальдеру, и затем цикл начинается снова.
Даже небольшой обвал Анака Кракатау может привести к цунами, которое грозит поразить ближайшие острова. Цунами 23 декабря 2018 года, скорее всего, было вызвано серией извержений «дитя Кракатау», которые оценивали не более, чем в 2 балла мощности. По словам правительства Индонезии, по меньшей мере 222 человека погибли и 843 ранены после цунами, обрушившегося на прибрежные города пролива Сунда.
Новарупта — полуостров Аляска, июнь 1912 года
Извержение Новарупты — одного из цепи вулканов на Аляскинском полуострове, части Тихоокеанского огненного кольца — стало крупнейшим вулканическим взрывом XX века. 6 июня 1912 года вулкан отправил в небо большое облако пепла, и началось извержение века. Люди в 1 200 км от вулкана услышали звук взрыва через час после того, как он произошел.
В течение следующих 60 часов вулкан извергал высокие темные столбы туфа и газа. К тому времени, когда извержение прекратилось, окружающие земли были опустошены, и около 30 куб. км выброса покрыло весь регион. Это извержение — самая крупная вулканическая катастрофа на территории Аляски за всю историю.
Жители острова Кадьяк, который расположен в примерно 150 км от вулкана, были первыми, кто осознал серьезность этого извержения. Облако пепла быстро поднялось до высоты 30 км, а затем в течение часа приближалось к ним. Уже через несколько часов после извержения на остров начал падать пепел, за три последующих дня толщина слоя, покрывшего город, превысила отметку в 30 см. За 60 часов город полностью погрузился во тьму, можно было с трудом разглядеть фонарь на расстоянии вытянутой руки. Жители Кадьяка были вынуждены укрываться в помещениях. Многие здания рухнули от тяжести пепла на крышах.
Пепел затруднял дыхание, застилал глаза, прилипал к слизистым и полностью блокировал солнечный свет в полдень. Любое животное или человек, трупы которых впоследствии находили на улицах, умирали от удушья или дезориентации, которая лишала возможности искать пищу и воду.
К полуночи первого дня, через 11 часов после извержения, из-под горы Катмай, находящейся в 10 км от Новарупты, вырвалось достаточное количество магмы, чтобы разрушить около 5 куб. км ее вершины. В результате обрушения образовалась кальдера шириной в 2,5 км. Образование кальдеры сопровождалось 14 землетрясениями магнитудой от 6 до 7, 100 землетрясениями, превышающими магнитуду 5, и огромным количеством незарегистрированных единичных толчков. Такая реакция соседнего вулкана породила слухи об извержении Катмай, но это было ложной информацией.
К 9 июня, когда основное извержение Новарупты уже завершилось, а в Кадьяке начал рассеиваться пепел, движущееся облако начало сбрасывать проникающие серные дожди на залив Пьюджет-Саунд в штате Вашингтон. На следующий день облако прошло над Вирджинией, а к 17 июня оно достигло Алжира. Атмосферные явления (дымка, дым, красные сумерки) наблюдались с подветренной стороны, начиная с 6 июня в Британской Колумбии, а через две недели и в Европе. Огромное количество пепла и серных газов не только вызвало необычайно яркие закаты, но и из-за экранирования солнечных лучей снизило средние температуры в северном полушарии примерно на 1 °C на целый год.
Гора Сент-Хеленс — штат Вашингтон, США, 1980 год
Гора Сент-Хеленс, расположенная примерно в 154 км от Сиэтла, является одним из самых активных вулканов в США. Она была образована во время четырех извержений, около 275 тыс. лет назад, и была самым активным вулканом в Каскадном хребте во время голоцена (эпоха в истории Земли 12 тыс. лет назад — «Хайтек»). Самым известным ее извержением был взрыв 18 мая 1980 года, в результате которого погибло 57 человек и был причинен ущерб на десятки миль вокруг.
Стратовулкан взорвал столб пепла и пыли на 24 км в воздух всего за 15 минут; часть этого пепла попала на землю 11 штатов. Извержению предшествовала утечка магмы на северной стороне вулкана, и извержение заставило всю ослабленную горную породу соскользнуть с горы. Так произошел самый большой оползень на Земле за всю историю человечества — 3 кв. км на скорости 250 км/час.
Лавина оставила на протяжении 23 км русла реки Норт-Форк-Таутл в среднем слой в 46 метров (но в местах до 180 м) камней, грязи и деревьев. В последующие годы река пробила себе неглубокий ручеек через погребенную долину.
Обрушение горы было похоже на откупоривание бутылки шампанского: горячие камни, пепел, газ и пар взорвались вверх и наружу на север. Взрыв направил вулканический мусор на территории 600 кв. км и снес огромное количество кустарников и деревьев. Плот из мертвых деревьев дрейфует вокруг Озера Духа и по сей день. Вокруг южной половины горы вулканические селевые потоки еще долго поливали реки и овраги.
В 2004 году вершина снова проснулась и извергла более 100 млн куб. м лавы вместе с тоннами камня и пепла. В течение апреля-мая 2016 года под поверхностью горы Сент-Хеленс произошло более 130 небольших землетрясений. Это подтвердило мнение ученых, исследующих внутреннюю часть вулкана, что прямо под горой Сент-Хеленс есть не только магматическая камера, но целая цепь связанных камер к востоку от горы, связанных магмой, текущей между ними. Движение магмы вполне могло вызвать подземные толчки.
Гора Пинатубо — Лусон, Филиппины, 1991 год
Пинатубо — это комплекс вулканов, расположенных в 100 км к северо-западу от города Манила, остров Лусон, Филиппины.
До извержения о Пинатубо почти забыли, он бездействовал в течение 400 лет. Естественная эрозия превратила его вершину в рваный хребет с крутыми склонами, покрытыми джунглями. До извержения в 1991 году вулкан имел высоту 1 745 м (примерно на 250 м больше, чем сейчас) и был всего на 200 м выше, чем близлежащие вулканические пики.
5 марта 1991 года на северо-западной стороне Пинатубо произошла серия ощутимых подземных толчков. 7 июня извержение пара и пепла достигло высоты 7-8 км, и на следующее утро с воздуха подтвердили, что магма действительно добралась до поверхности. Первое крупное извержение произошло утром 12 июня; длилось около часа и породило столб вулканического газа и пепла высотой 20 км. Днем и утром 15 июня произошло десять взрывных извержений, но мало что было видно из-за тайфуна. Основное извержение началось рано утром 15 июня. Оно продолжалось около девяти часов. Спутниковые снимки показали, что образовалось гигантское пепельное облако в форме зонтика диаметром 400 км и высотой 34 км. Объем выпавшего пепла составил около 5 куб. км.
Во время гигантского извержения огромные пирокластические потоки буквально лишили жизни 400 кв. км земли вокруг вулкана, заполняя долины раскаленными отложениями толщиной до 200 м. Наводнения от дождей и тайфунов взбили рыхлый вулканический пепел и пирокластические отложения и прошлись густыми селевыми потоками по всем ручьям и речным долинам вокруг горы.
Приблизительно 17 млн т диоксида серы попало в атмосферу в облаке из Пинатубо. Это образовало миллиарды крошечных сульфатных капель, которые на супермелкой вулканической пыли облетели вокруг земного шара примерно за три недели и уменьшили количество солнечных лучей, достигнувших поверхности Земли.
Это привело к падению глобальной температуры примерно на 1 °С в течение следующего года.
Вулканы могут быть опасными, даже если они не извергаются, но существуют разные уровни риска в зависимости от состояния вулкана. Большинство вулканов в мире, к счастью, расположены глубоко под поверхностью моря вдоль срединно-океанических хребтов.
Жить рядом с действующим вулканом не вполне разумно, но многие люди все еще предпочитают находиться в тени этих кипящих гор. Да и вулканы порой находятся в состоянии покоя достаточно долго, чтобы создать видимость мнимой безопасности.