Вулкан извергается, когда магма образуется в глубине, поднимается по трещинам и вместе с растворёнными газами создаёт давление. По мере подъёма давление окружающих пород уменьшается, газы выделяются в пузырьки и расширяются. Если магма находит путь наружу, из жерла выходят лава, пепел, обломки и газы. Характер извержения зависит прежде всего от вязкости магмы и количества газа.
Откуда берётся магма
Мантия не является сплошным океаном расплава. Большинство её пород твёрдые. Чтобы часть вещества расплавилась, нужны особые условия: снижение давления, добавление воды или повышение температуры.
У срединно-океанических хребтов горячая мантия поднимается, давление падает, и возникает частичное плавление. Так образуется базальтовая магма и новая океаническая кора. В зонах субдукции погружающаяся плита отдаёт воду и другие летучие вещества. Они понижают температуру плавления пород над плитой, поэтому там формируются цепочки вулканов.
Горячие точки могут возникать вдали от границ плит. В таких районах к основанию литосферы поднимается особенно горячий материал мантии. Плита движется над источником, и на ней последовательно появляются вулканы, как в Гавайской цепи. Общую схему объясняет статья о том, почему движутся литосферные плиты.
Почему магма поднимается
Расплав обычно менее плотный, чем окружающая твёрдая порода. Он собирается в небольшие объёмы, проникает по границам зёрен и трещинам, объединяется в более крупные тела. Магма может задерживаться в коре, охлаждаться, смешиваться с новой порцией расплава или изменять состав, прежде чем достигнет поверхности.
Представление о единственной огромной камере под каждым вулканом слишком простое. Часто существует сложная система линз, каналов и зон частичного расплава. Часть магмы вообще никогда не извергается, а медленно кристаллизуется в глубине и образует магматические породы.
Подъём способен раскалывать породы и вызывать небольшие землетрясения. Поэтому сейсмичность, деформация склонов и состав газов помогают наблюдать за вулканом. Но отдельный признак не гарантирует скорого извержения: специалисты оценивают их сочетание и изменение во времени.
Как газы запускают извержение
В глубине вода, углекислый газ, сернистые соединения и другие летучие вещества растворены в магме благодаря высокому давлению. Когда магма поднимается, давление снижается, и газы выделяются примерно так же, как пузырьки появляются после открытия газированного напитка. Только вулканическая система намного горячее, сложнее и опаснее.
Если магма жидкая, пузырьки сравнительно легко выходят, а лава может спокойно течь. Если магма вязкая, газ удерживается, давление растёт и расплав дробится на пепел и обломки. Поэтому богатые кремнезёмом вязкие магмы чаще дают взрывные извержения, а базальтовые нередко образуют лавовые потоки. Это общая закономерность, а не жёсткое правило.
Контакт магмы с водой, льдом или насыщенными водой породами может резко превратить воду в пар и усилить взрыв. Обрушение купола иногда создаёт быстро движущиеся горячие смеси газа и обломков. Они называются пирокластическими потоками и относятся к самым опасным вулканическим явлениям.
Почему извержения такие разные
Одни вулканы изливают жидкую лаву из трещин, другие выбрасывают столб пепла на много километров. Важны состав и температура магмы, количество газов, ширина канала, скорость поступления новой магмы и наличие воды. Один вулкан в разные периоды тоже способен вести себя неодинаково.
Лава – это магма, вышедшая на поверхность. Чем отличаются эти вещества, объясняет материал «Магма и лава». Пепел при этом не похож на мягкий остаток костра: это мелкие острые частицы стекла и породы, способные распространяться на большие расстояния.
Извержение может длиться минуты, месяцы или годы. После него канал закупоривается, давление падает или прекращается приток расплава. Затем система снова меняется. Понятия «спящий» и «потухший» полезны, но граница между ними не всегда очевидна, особенно если предыдущие извержения были тысячи лет назад.
Как вулканы связаны с землетрясениями
Оба явления часто сосредоточены у границ плит, но одно не является простой причиной другого. Тектоническое землетрясение возникает при резком сдвиге по разлому, а извержение требует магмы и пути к поверхности. Небольшие вулканические толчки могут сопровождать движение магмы, однако далёкое землетрясение обычно не «включает» случайный вулкан.
Подробно механизм разрыва пород разобран в статье о том, почему происходят землетрясения. Оба процесса показывают, что жёсткая на вид кора испытывает постоянное действие глубинных сил.
Чем вулкан полезен и опасен
Лавовые потоки, пеплопады, пирокластические потоки, лахары и газы способны уничтожать постройки и угрожать людям. Даже умеренный пеплопад влияет на дыхание, воду, технику и авиацию. Конкретная опасность зависит от типа извержения, расстояния, ветра и рельефа.
Одновременно вулканизм создаёт новую сушу, плодородные почвы, месторождения и источники геотермальной энергии. Эти преимущества не делают извержение безопасным, но показывают его роль в долговременном развитии планеты.
Вулканологи составляют карты опасных зон по следам прежних извержений. Возраст слоёв показывает, как часто повторялись разные события, а их протяжённость помогает оценить возможный радиус воздействия. Спутники измеряют деформацию поверхности и тепловые аномалии, приборы фиксируют землетрясения и газы. Набор признаков позволяет повышать или снижать уровень тревоги, хотя точный ход будущего извержения не всегда известен.
Склоны особенно опасны в долинах рек. Вода смешивается с пеплом и обломками, создавая лахар, который способен пройти далеко от кратера даже после завершения извержения. Поэтому маршрут эвакуации выбирают по рельефу, а не только по расстоянию до вершины.
Почему вулкан не обязательно имеет конус
Извержения происходят через центральное жерло, боковые трещины и длинные разломы. Большие объёмы жидкой лавы могут создать плато без классического конуса. После опустошения части магматической системы вершина иногда обрушивается и образует кальдеру. Подводные извержения строят горы на дне, некоторые из которых со временем становятся островами.
Таким образом, вулканом называют не только красивую коническую гору, а место и систему каналов, через которые магма и газы достигают поверхности.
Шестой шаг маршрута «От земного ядра до будущих материков» связывает движение плит с выходом вещества на поверхность. Вулкан – не отверстие до ядра, а верхняя часть сложной магматической системы в коре и верхней мантии.
