Вулканы всегда вызывали страх и трепет. Вокруг этих огнедышащих гигантов ходит немало легенд и домыслов. О природе, особенностях и характерах вулканов рассказал завлабораторией прикладной геофизики и вулканологии Института физики Земли РАН Алексей Собисевич. Алексей Леонидович, что представляет собой вулкан? И что происходит внутри нашей планеты, заставляя этих гигантов извергаться?
Вулкан — это своеобразная «тепловая машина», точнее — часть глобальной «тепловой машины» планеты Земля. Все геологические процессы и природные изменения на нашей планете приводятся в движение двумя основными силами: тепловой энергией из недр Земли (движение литосферных плит, вулканизм, землетрясения) и теплом от Солнца (воздействие на атмосферу и гидросферу).
Так что тепловая энергия Земли и есть движущая сила вулканизма, является причиной вулканических проявлений на ее поверхности и управляет ими. Вулкан представляет собой выход на поверхность магматического материала, по сути — тепла, которое Земля накопила изначально с момента своего формирования.
Вулканы будут на Земле до конца ее геологической истории. Никуда нам от вулканизма не деться. В то же время перенос тепла в связи с вулканизмом имеет сложную природу, до конца ещё не изучен. Собственно магма – источник продуктов вулканизма. Это расплав, образующийся в мантии или в пределах земной коры при определённых значениях температур и давлений. Подъём магматических расплавов к поверхности, всплывание вещества приводит к образованию магматических очагов.
Все вулканы имеют в своем основании магматический очаг — один или несколько. Объемы магматических очагов могут быть значительными, достигать сотни кубических километров. От магматического очага к поверхности идет магмовод — протяжённая трещина или вулканический канал, иногда образуются побочные каналы — дополнительные центры извержения, что отдаленно напоминает грибницу. Расплавленная горная порода в коре может находиться в стабильном состоянии и никак себя не проявлять — тогда мы говорим, что вулкан спит. При застывании магматических пород в пределах земной коры возникают интрузивные или плутонические горные породы. Субвулканические и плутонические интрузивные тела, внедрившиеся и застывшие в земной коре в прошлые геологические эпохи, нередко бывают обнажены по мере разрушения пород кровли и становятся доступными для изучения (например, лакколиты Пятигорска).
Но при определенных условиях (наличия разрывных нарушений в земной коре, интенсивном омывании очага глубинными флюидами) магма, внедряясь в ослабленные зоны земной коры (что характерно для границ литосферных плит) достигает дневной поверхности и изливается в виде лавы, а значительная часть растворённых в ней газов поступает в атмосферу. Это и будет называться вулканическим явлением или вулканизмом.
Движущей силой извержения являются газы, растворенные в магме. Если возникает трещина или другие условия для спонтанной дегазации расплава, это приводит к тому, что магма буквально вскипает. Происходит вспенивание магматического расплава, а постоянное уменьшение давления при подъёме к поверхности усиливает этот процесс подобно цепной реакции. Тот же эффект мы наблюдаем, когда открываем банку газировки, которую предварительно хорошо потрясли. Вулканические продукты, в особенности газовая составляющая, определяют «стиль извержения» и в соответствии с ним — различные формы вулканических построек.
Вулканы, помимо Земли, есть на многих других небесных телах нашей Солнечной системы. На Венере, например. На Марсе находится один из самых больших вулканов Солнечной системы — гора Олимп высотой более 20 километров — правда, потухший, как и весь вулканизм на Марсе.
Если вулканизм потух, что это значит?
Вулкан и вулканизм — это не одно и то же. Если потух вулкан и его магматический очаг полностью застыл (как, например, вулкан Кара-Даг в Крыму), то это явление, так сказать, местного значения. Вулканизм — процесс глобальный, планетарный. Без вулканизма на Земле не было бы ни атмосферы, ни гидросферы, ни жизни. Если вулканизм прекратился — планета мертва. Так что вулканы в определенном смысле создали условия для зарождения жизни на нашей планете.
Зарождение вулканов — процесс длительный?
Длительный, но и тут есть интересные моменты. Был такой случай в Мексике: в 1943 году посреди кукурузного поля сформировался шлаковый конус Парикутин, и за девять лет он вырос почти на 400 м. Достаточно быстро могут сформироваться центры извержений и на морском дне. Там земная кора очень тонкая, магма находится близко от поверхности. Фактически срединно-океанические хребты целиком состоят из вулканических аппаратов, и новые вулканы возникают там постоянно.
Есть ли факторы, провоцирующие извержения вулканов?
Существует теория, что близкие к вулкану сильные землетрясения могут спровоцировать его извержение. В теории есть и обратная зависимость, что начало вулканической деятельности может стать причиной сильного землетрясения в региональном масштабе. Однако ни одна из теорий на сегодня уверенно не работает. Нельзя с уверенностью сказать, что конкретно вот это землетрясение стало причиной извержения конкретно вот этого вулкана (и наоборот). В то же время, вулканизм и сейсмичность — генетически связанные процессы. Пробуждение вулкана, как правило, сопровождается сейсмической подготовкой. Это преимущественно слабые сейсмические события, сопровождающие движение магмы к поверхности и непосредственно извержение.
Сколько на сегодняшний день известно вулканов, и какие из них наиболее активные?
Число вулканических аппаратов на Земле постоянно уточняется. Каждый год открывают новые вулканы, вулканические центры, а иногда и «супервулканы». В основном — на дне океанов. Существует пополняемая база данных вулканов, которая находится в открытом доступе (http://volcano.si.edu/). В этой базе более полутора тысяч записей. Если не рассматривать подводную вулканическую деятельность, то наиболее активны в настоящее время вулканы в пределах Тихоокеанского огненного кольца (Гавайских островов, Индонезии, Новой Зеландии, Центральной, Северной и Южной Америки, Камчатки и Курил, Японии), а также в Исландии, в Северо-Восточной Африке и частично на юге Европы. На Кавказе тоже есть вулканы. Например, Эльбрус, Казбек. А в районе Пятигорска — субвулканические структуры или лакколиты — магматические интрузии, которые подошли близко к поверхности, приподняли осадочный чехол, но полноценными вулканами так и не стали. Не хватило тепла, чтобы извергнуться по-настоящему. Они просто застыли и постепенно остывают. Горячие минеральные источники Кавказских Минеральных вод — свидетельство угасающих вулканических процессов.
Есть ли шанс, что вулканы на Кавказе могут проснуться?
Этот процесс очень длительный, он может занять миллионы лет. Теоретически у нас на Кавказе есть активные вулканы — Эльбрус и Казбек. Эльбрус на протяжении последних 10 тыс. лет извергался по меньшей мере восемь раз. Последний раз примерно 1800 лет назад. Эльбрус — это активный вулкан, мы его изучаем, наблюдаем с использованием самых современных инструментальных методов, как он дышит, живёт. В ближайшие сотни лет ожидать от него каких-либо активных вулканических действий не приходится. Слабая сейсмическая активность в районе вулканической постройки Эльбруса связана в основном с движением ледников. Глубинных землетрясений рядом с магматическим очагом было всего несколько штук за последние три года. Это очень мало. Для сравнения: на Камчатке вблизи активных вулканов происходят десятки слабых землетрясений в течение одного часа. Именно там, на Камчатке, расположены самые активные вулканы России: Шивелуч, Ключевской, Корякский и другие. Но это обычные, а не «супервулканы».
Чем отличается супервулкан от обычных вулканов — мощностью, размерами?
Самое главное различие — объём магматического очага — той силы, того источника, что непосредственно питает извержение. Для обычных вулканов объёмы магматических очагов исчисляются сотнями кубических километров, для «супервулканов» — тысячами. Соответственно, и объёмы извержений различаются существенно. Йеллоустоунский «супервулкан», судя его по геологической истории, производил извержения объёмами до тысячи кубических километров и более.
Сколько обычных вулканов должно одновременно взорваться, чтобы получился эффект Йеллоустоуна?
Опасная цифра, скажем так: это многие сотни Шивелучей. Впечатляет.
А за какой срок можно узнать, что грядет извержение?
За несколько лет, особенно у вулканов, которые долгое время спали. Активизация — не моментальный процесс. При правильной интерпретации данных и регулярном наблюдении, посмотрев даже два извержения, можно с уверенностью сказать, когда будет следующее. Та же Этна в этом плане считается образцово-показательным вулканом. Хороший пример — прошлогоднее извержение Толбачика. Примерно за год было понятно, что начался процесс его активизации. В прошлый раз, в 1975-м году, предсказали начало извержения с точностью до часа.
И от каких вулканов можно в ближайшее время ожидать извержения?
Скорее всего, будет деятельность вулканов в Исландии, там несколько вулканов находятся в состоянии «боеготовности». Будут продолжать работу вулканы в Индонезии и других сегментах Тихоокеанского огненного кольца. Такого количества вулканов на душу населения, как в Индонезии, по-моему больше нет нигде. Из наших вулканов продолжит извергаться Шивелуч — он далеко не все сказал. Есть еще порох в пороховницах.
А нагнетание опасности вокруг «супервулкана» Йеллоустоун имеет под собой основания?
Йеллоустоун действительно большой и опасный вулкан, но находится он в состоянии очень далеком от готовности к извержению. На сегодняшний день известно, что из всего гигантского объема магматического очага Йеллоустоун менее десяти процентов находится в расплавленном состоянии. С другой стороны, его магматический очаг имеет глубинную систему питания, связанную с «горячей точкой», поток тепла идёт из мантии Земли. Это означает, что Йеллоустоун будет существовать ещё очень и очень долго. Когда-нибудь в геологическом будущем этот вулкан себя проявит, но наша человеческая цивилизация вряд ли столкнется с этой проблемой. Вероятность этого близка к нулю, ведь счёт идет на десятки и сотни тысяч лет.
