9.3: Виверження вулканів
- Page ID
- 36541
ВСТУП
У 1980 році гора Сент-Хеленс підірвалася в найдорожчому і смертоносному виверженні вулкана в історії Сполучених Штатів. У результаті виверження загинули 57 осіб, зруйнували 250 будинків і змітали 47 мостів (рисунок 1).
Малюнок 1. Гора Сент-Хеленс 18 травня 1980 року.
Mt. Сент-Хеленс досі має незначні землетруси і виверження. Вулкан тепер має підковоподібний кратер з лавовим куполом всередині. Купол утворений з в'язкої лави, яка сочиться на місце.
СКЛАД МАГМИ
Вулкани не завжди вивергаються однаково. Кожне виверження вулкана унікальне, відрізняється розмірами, стилем і складом матеріалу, що вивергається. Одним із ключів до того, що робить виверження унікальним, є хімічний склад магми, яка живить вулкан, який визначає (1) стиль виверження, (2) тип вулканічного конуса, який утворюється, і (3) склад гірських порід, що знаходяться на вулкані.
Пам'ятайте з розділу Rocks, що різні мінерали всередині гірської породи тануть при різних температурах. Кількість часткового плавлення і склад вихідної породи визначають склад магми. Магма збирається в магматичних камерах в корі на 160 кілометрів (100 миль) під поверхнею.
Слова, що описують склад магматичних порід, також описують склад магми.
- Мафічні магми мають низький вміст кремнезему і містять більше темних, багатих магнієм і залізом магічних мінералів, таких як олівін і піроксен.
- Фелсічні магми вищі в кремнеземі і містять більш легкі кольорові мінерали, такі як кварц і ортоклазний польовий шпат. Чим вище кількість кремнезему в магмі, тим вище її в'язкість. В'язкість - це опір рідини потоку (рис. 2).
Малюнок 2. Мед тече повільно. Вона більш в'язка, ніж вода.
В'язкість визначає, що буде робити магма. Мафічна магма не в'язка і буде легко стікати на поверхню. Фельсическая магма в'язка і не тече легко. Більшість фелсіческой магми залишиться глибше в корі і охолоне, утворюючи магматичні нав'язливі породи, такі як граніт і гранодіорит. Якщо фельсічна магма піднімається в магматичну камеру, вона може бути занадто в'язкою, щоб рухатися, і тому вона застряє. Розчинені гази потрапляють в пастку товстої магми. Магма збивається в камері і тиск наростає.
ВИВЕРЖЕННЯ
Тип магми в камері визначає тип виверження вулкана. Хоча два основні види вивержень - вибухові та еффузійні - описані в цьому розділі, існує цілий континуум типів виверження. Який склад магми, на вашу думку, призводить до кожного типу?
Вибухові виверження
Велике вибухове виверження створює ще більше руйнувань, ніж сила атомної бомби, скинутої на Нагасакі в кінці Другої світової війни, в якій загинуло понад 40 000 людей. Велике вибухове виверження вулкана в 10 000 разів потужніше. Фелсічні магми вивергаються вибухонебезпечно. Гаряча, багата газом магма збиває всередині камери. Тиск стає настільки великим, що магма з часом ламає пломбу і вибухає, так само, як коли з пляшки шампанського звільняється пробка. Магма, скеля та попіл вибухнули вгору в результаті величезного вибуху. Прорізався матеріал називається тефра (рис. 3).
Малюнок 3. Зола і гази створюють грибну хмару над горою. Редут на Алясці, 1989 рік. Хмара досягла 45 000 футів і зловила Boeing 747 у своєму шлейфі.
Палюча гаряча тефра, попіл та газ можуть прискорюватися по схилах вулкана на 700 км/год (450 миль/год) як пірокластичний потік. Пірокластичні потоки збивають все на своєму шляху. Температура всередині пірокластичного потоку може досягати 1000° C (1,800° F) (рис. 4).
Малюнок 4. (а) Вибухове виверження з вулкана Майон на Філіппін в 1984 році. Попіл летить вгору в небо і пірокластичні потоки виливаються вниз по схилу гори. (б) Кінець пірокластичного потоку на горі Сент-Хеленс.
Перегляньте це відео пірокластичного потоку на вулкані Монтсеррат.
До виверження гори Сент-Хеленс у 1980 році виверження піку Лассен 22 травня 1915 року було останнім виверженням Каскадів. Стовп попелу і газу вистрілив 30,000 футів у повітря. Це викликало швидкісний пірокластичний потік, який розтанув сніг і створив вулканічний селевий потік, відомий як лахар. Лассен Пік в даний час має геотермальну активність і може знову вибухнути вибухонебезпечно. Mt. Шаста, інший діючий вулкан Каліфорнії, вивергається кожні 600-800 років. Виверження, швидше за все, створить великий пірокластичний потік, і, ймовірно, лахар. Звичайно, Mt. Шаста може вибухнути і зруйнуватися, як Mt. Мазама в Орегоні (рис. 5).
Малюнок 5. Озеро Кратер заповнює кальдеру обвалилася гори. Мазама, яка вибухнула з 42 рази більшою потужністю, ніж гора Сент-Хеленс у 1980 році. Батиметрія озера показує вулканічні особливості, такі як шлакові конуси.
Вулканічні гази можуть утворювати отруйні і невидимі хмари в атмосфері. Ці гази можуть сприяти екологічним проблемам, таким як кислотні дощі та руйнування озону. Частинки пилу і попелу можуть залишатися в атмосфері роками, порушуючи погодні умови і блокуючи сонячне світло (рис. 6).
Малюнок 6. Шлейф попелу від вулкана Ейяфьяллайокулл в Ісландії порушив авіаперельоти по Європі протягом шести днів у квітні 2010 року.
Еффузійні виверження
Магічна магма створює більш м'які виразні висипання. Хоча тиск створюється достатньо для того, щоб магма виверглася, вона не вивергається з тією ж вибуховою силою, як магма фельсіка. Люди зазвичай можуть бути евакуйовані перед виразним виверженням, тому вони набагато менш смертельні. Магма виштовхує до поверхні через тріщини. Зрештою магма досягає поверхні і вивергається через вентиляційний отвір (рис. 7).
Малюнок 7. При ефузійних виверженнях лава тече охоче, виробляючи річки з розплавленої породи.
- Виверження вулкана Кілауеа в 2008 році видно в цьому короткому відео.
http://www.youtube.com/watch?v=BtH79yxBIJI - Дивіться цей фільм з тепловою камерою потоку лави в вентиляційному отворі гавайського вулкана.
Лава з низькою в'язкістю стікає по схилах гір. Відмінності в складі і де лави вивергаються призводять до трьох типів потоку лави, що надходять від ефузійних вивержень (рис. 8).
Малюнок 8. (а) A'a лава утворює товсту і крихку кору, яка розривається на шорсткі і зубчасті шматки. A'a лава може поширюватися на великих площах, оскільки лава продовжує текти під поверхнею кори. (б) Лава Pāhoehoe утворює лавові трубки, де рідина лава протікає через зовнішню охолоджену гірську кору, як можна побачити в Лавовій трубці Thurston в Національному парку вулканів Гаваї. (c) Лава Pāhoehoe менш в'язка, ніж а'а лава, тому її поверхня виглядає гладкою і ропою. (г) Мафічна лава, яка вивергається під водою, створює подушку лави. Лава дуже швидко охолоджується до грубо сферичних порід. Подушка лава поширена на серединно-океанічних хребтах.
- Перегляньте це відео про підводне виверження. У цьому відео ви також можете почути підводне виверження.
Хоча виразні виверження рідко когось вбивають, вони можуть бути руйнівними. Навіть коли люди знають, що наближається потік лави, мало хто може зробити, щоб зупинити його від руйнування будівлі або дороги (рис. 9).
Малюнок 9. Дорога переповнена виверженням вулкана Кілауеа на Гаваях.
ПРОГНОЗУВАННЯ ВИВЕРЖЕНЬ ВУЛКАНІВ
Вулканологи намагаються прогнозувати виверження вулканів, але це виявилося майже таким же складним, як передбачити землетрус. Багато доказів можуть означати, що вулкан ось-ось вивергнеться, але час і величину виверження важко визначити. Ці докази включають історію попередньої вулканічної активності, землетрусів, деформації схилів та викидів газу.
Історія вулканічної діяльності
Історія вулкана - як довго з моменту його останнього виверження та проміжок часу між його попередніми виверженнями - є хорошим першим кроком до прогнозування вивержень. До якої з цих категорій вписується вулкан?
- Активний: в даний час вивергається або виявляє ознаки виверження найближчим часом.
- Спокійний: ніякої поточної активності, але спалахнув недавно (рис. 10).
- Вимерлий: ніякої активності протягом деякого часу; ймовірно, не спалахне знову.
Малюнок 10. Гора Везувій зруйнувала Помпеї в 79 році нашої ери. На щастя, цей вулкан знаходиться в стані спокою, оскільки регіон зараз набагато більш густонаселений.
Активні і сплячі вулкани сильно контролюються, особливо в населених пунктах.
Землетруси
Рухома магма трясе землю, тому кількість і розмір землетрусів збільшується перед виверженням. Вулкан, який збирається вивергтися, може спричинити послідовність землетрусів. Вчені використовують сейсмографи, які фіксують довжину і силу кожного землетрусу, щоб спробувати визначити, чи неминуче виверження.
Деформація схилу
Магма і газ можуть підштовхнути схил вулкана вгору. Більшість деформацій ґрунту є тонкими і можуть бути виявлені лише за допомогою нахилів, які є приладами, що вимірюють кут нахилу вулкана. Але набухання грунту іноді може створити величезні зміни у формі вулкана. Гора Сент-Хеленс виросла опуклістю на північній стороні перед виверженням 1980 року. Розбухання грунту також може посилити падіння гірських порід і зсуви.
Викиди газу
Гази можуть вийти з вулкана до того, як магма досягне поверхні. Вчені вимірюють викиди газу в вентиляційні отвори на вулкані або навколо нього. Гази, такі як діоксид сірки (SO 2), вуглекислий газ (CO 2), соляна кислота (HCl) і навіть водяна пара можуть бути виміряні на місці (рис. 11) або, в деяких випадках, на відстані за допомогою супутників. Кількість газів і їх співвідношення розраховані, щоб допомогти прогнозувати виверження.
Малюнок 11. Вчені відстежують викиди газу на горі Сент-Хеленс.
Віддалений моніторинг
Деякі гази можна контролювати за допомогою супутникової техніки (рис. 12). Супутники також відстежують показання температури і деформацію. У міру вдосконалення технологій вчені краще здатні точно та безпечно виявляти зміни вулкана.
Малюнок 12. Супутник над Землею.
Оскільки вулканологи зазвичай не впевнені щодо виверження, чиновники можуть не знати, чи потрібно вимагати евакуації. Якщо людей евакуюють, а виверження не відбудеться, люди будуть незадоволені і менш імовірно евакуюватимуться наступного разу, коли з'явиться загроза виверження. Витрати на порушення бізнесу великі. Однак вчені продовжують працювати над підвищенням точності своїх прогнозів.
РЕЗЮМЕ УРОКУ
- Стиль виверження вулкана залежить від в'язкості магми.
- Фелсические магми виробляють вибухові виверження. Магічні магми виробляють виразні виверження.
- Вибухові виверження відбуваються по краях континентів і виробляють величезну кількість матеріалу, викинутого в повітря.
- Non-вибухових вивержень виробляють лави, такі як а'а, пахощі, і подушка лави.
- Вулкани класифікуються як активні, сплячі або вимерлі.
- Ознаки того, що вулкан може незабаром вивергатися, включають землетруси, поверхневі випинання та викинуті гази, а також інші зміни, які можуть відстежувати вчені.
Відвідайте цей словник фотографій USGS, щоб розширити свої знання.
РЕФЛЕКСІЯ ПИТАННЯ
- Яку майстерність допомагає вам розвивати цей вміст?
- Які ключові теми висвітлюються в цьому контенті?
- Як зміст цього розділу може допомогти вам продемонструвати майстерність певної майстерності?
- Які питання у вас щодо цього вмісту?