Основное различие между подводным и субаэральным (наземном) вулканизмом заключается в том, что по достижении дна озера или моря магма сталкивается с водой.
Прямые наблюдения и выводы из древних источников свидетельствуют о том, что многие подводные извержения вулканов происходили на мелководье. Там интенсивность извержения была достаточно большой, чтобы нарушить водную поверхность и создать облака извержения, которые возникали над поверхностью воды. Таким образом, можно констатировать, что
вода существенно отличается от воздуха в качестве среды извержения в отношении следующих факторов:
- роль пара, образующегося во время извержения,
- роль давления, вызванного толщей воды,
- роль теплоемкости и проводимости воды,
- реология воды.
Эти четыре фундаментальных параметра существенно отличаются от условий извержения в воздухе. Когда магма поднимается и извергается в сухой среде, ее взрывоопасная фрагментация обусловлена растворением и расширением газов, которые попали в нее под действие высокого давления на глубине. Однако во влажной среде магма в основном фрагментирована за счет преобразования тепловой энергии в механическую, когда >1000 o C магма встречается с водой. Этот контакт приводит к цепной реакции, которую часто называют взаимодействием жидкого топлива и охлаждающей жидкости (MFCI).
Процесс MFCI не только измельчает и охлаждает магму, но и создает ударные волны, проникающие и разрушающие окружающую породу и отложения. Вода (теплоноситель) испаряется выше точки кипения при контакте с горячей магмой (расплавленное топливо), а ее расширение усиливает фрагментацию магмы.
Захваченная вода может быстро расширяться и фрагментировать расплав. На этапе предварительного смешивания между магмой и водой происходит перегрев воды.
Происходит теплогидравлическая фрагментация расплава, и фрагменты рассеиваются в перегретой воде, затем следует внезапная дисперсия фрагментов, когда перегретая вода превращается в пар. На мелководье вода может "закипятиться" и резко расшириться. Тем не менее, предполагается, что расширение и изменение фазы с воды на пар постепенно подавляется с увеличением глубины воды, и считается, что при глубине воды более 3 км значимые изменения фазы невозможны. Давление воды также увеличивается с глубиной, что влияет на растворимость, расширение и выделение магматических летучих веществ, а также на образование пара.
На практике это означает, что увеличение давления уменьшает фрагментацию магмы, поскольку летучее расширение подавляется. Проще говоря, это означает, что для достижения такого же уровня фрагментации на большей глубине требуется гораздо более высокая концентрация магматических летучих веществ. Однако роль давления на взаимодействие магмы и воды остается спорной.
В мелководной подводной среде, где глубина воды не превышает нескольких сотен метров, могут происходить взрывные подводные извержения преимущественно базальтового типа. Низкое лимитирующее давление толщи воды способствует взрывчатости этого типа вулканизма и предположительно возникает на глубинах до 200 м., и продолжительность их извержения колеблется от нескольких дней до нескольких лет.
Вспышки сурцеянского типа извержений имеют много общих черт с субаэральными извержениями, особенно фрагментацию магмы в результате взаимодействия магмы и воды.
Взаимодействие магмы и воды в сурцеянских извержениях происходит преимущественно на стыке между вершиной канала и дном моря или озера. Это означает, что во время взаимодействия магма-вода имеется обильное количество воды и/или водонасыщенной суспензии, которая может стать причиной взрывов.
Сурцеянские извержения образуют крутые боковые конусы фреомагматической тефры, построенные выпадениями и пирокластическими течениями плотности. Вулканические сооружения окружены мощными гравитационными массовыми отложениями, образующимися в результате выброса сыпучих и влажных тефр. Первоначальное извержение таких вулканов обычно начинается с эффузии лавы, образуя толстые кучи подушечных лав. Над этими подушечными лавами могут развиться частично подводные и частично субаэральные туфовые конусы.
Предполагается, что фрагментация магмы в мелководных подводных образованиях аналогична субаэральным вулканам с декомпрессией, вызванной подъемом магмы к поверхности, где летучие вещества рассасываются и образуют в верхней части канала магма-пузырьковую пену. Общее отсутствие случайных литосодержащих фрагментов, полученных из стенки канала, указывает на то, что фрагментация происходит в основном в верхней части канала или в кратере.
Магматическая пена с пирокластом выйдет из вентиляционного отверстия, если ее давление превысит давление окружающей среды, которое контролируется:
- глубиной фрагментации относительно дна моря/озера
- радиусом вулканического канала (более узкие каналы в скальных породах создают более высокое давление).
В этой связи в подводной среде предполагается, что фрагментированный материал медленно покидает вентиляционную трубу и выглядит скорее, как "перелив", особенно если извержение характеризуется низким потоком массы или происходит на больших глубинах.
