В феврале 1942 года мексиканскому фермеру Дионисио Пулидо показалось, что он слышит гром, доносящийся с его кукурузного поля. Однако звук шел не с неба. Источником была большая дымящаяся расщелина, испускающая газ и выбрасывающая камни. Она станет известна как вулкан Парикутин, и в течение следующих 9 лет его лава и пепел покроют более 200 квадратных километров. Но как появился этот новый вулкан и что вызвало его непредсказуемое извержение?
История любого вулкана начинается с магмы. Эта расплавленная порода часто образуется в местах, где океанская вода способна проникать в мантию Земли и понижать температуру точки плавления слоя. Образующаяся магма обычно остается под поверхностью Земли благодаря тонкому балансу трех геологических факторов. Первый - это литостатическое давление. Это давление земной коры на магму сверху. Магма отвечает на это вторым фактором - магматическим давлением. Взаимодействие между этими силами определяет третий фактор - прочность горных пород земной коры. Обычно скала достаточно прочная и тяжелая, чтобы удерживать магму на месте. Но когда это равновесие нарушается, последствия могут быть опасными.
Одной из наиболее распространенных причин извержения является повышение магматического давления. Магма содержит различные элементы и соединения, многие из которых растворяются в расплавленной породе. При достаточно высоких концентрациях, соединения, такие как вода или сера, больше не растворяются, а вместо этого образуют пузырьки газа высокого давления. Когда эти пузырьки достигают поверхности, они могут лопаться с силой выстрела. И если миллионы пузырьков взрываются одновременно, то такая энергия может отправлять тонны пепла в стратосферу. Но прежде чем они лопаются, они ведут себя как пузырьки С02 в содовой. Их присутствие снижает плотность магмы и увеличивает силу выталкивания магмы вверх. Многие геологи считают, что именно этот процесс стоял за извержением Парикутина в Мексике.
Существуют две естественные причины образования этих пузырьков. Иногда новая магма из более глубокого слоя вносит в смесь дополнительные газообразные соединения. Но пузырьки также могут образовываться, когда магма начинает остывать. В расплавленном состоянии магма представляет собой смесь растворенных газов и расплавленных минералов. Когда расплавленная порода затвердевает, некоторые из этих минералов превращаются в кристаллы. В этом процессе не участвуют в большом количестве растворенные газы, что и приводит к более высокой концентрации соединений, образующих опасные пузырьки.
Не все извержения происходят из—за повышения магматического давления - иногда вес породы сверху может оказаться опасно низким. Оползни могут удалить огромное количество породы из верхней части слоя, понизив литостатическое давление и мгновенно вызвав извержение. Этот процесс, называющийся "разгрузка" был ответственен за многочисленные извержения, включая внезапный взрыв горы Сент-Хеленс в 1980 году. Но "разгрузка" может происходить и в течение более длительных периодов времени из-за эрозии или таяния ледников. На самом деле, многие геологи обеспокоены тем, что таяние ледников, вызванное изменением климата, может усилить вулканическую активность.
Наконец, извержения могут произойти, когда слой породы уже не достаточно крепок, чтобы сдерживать магму внизу. Газы и жар, выделяемые магмой, могут разъедать породу в процессе, называемом гидротермальным изменением, постепенно превращая твердый камень в мягкую глину. Слой породы также может быть ослаблен тектонической активностью. Землетрясения могут создавать трещины, позволяющие магме выходить на поверхность, а земная кора может утоньшиться при смещении континентальных плит относительно друг друга.
К сожалению, знание процесса извержений не позволяет легко их предсказывать. Ученые могут приблизительно определить прочность и вес земной коры, но глубина и температура магматических слоёв затрудняют измерение магматического давления. Однако вулканологи постоянно задействуют новые технологии для решения этого сложного вопроса. Достижения в области тепловизионной визуализации позволили ученым обнаружить подземные горячие точки. Спектрометры могут анализировать газы, выделяемые магмой. Лазеры способны точно фиксировать влияние поднимающейся магмы на форму вулкана. Надеемся, что всё это поможет нам лучше понять вулканические процессы и их взрывные последствия.