Как устроен вулкан: строение, типы и последствия

Под поверхностью Земли постоянно что-то происходит — и иногда это что-то прорывается наружу. Вулканы существуют на всех континентах, на дне океанов и даже на других планетах, но механика у них одна: давление, которому в какой-то момент некуда деваться. Разбираемся, как они устроены и что на самом деле происходит во время извержения.

Что такое вулкан

Вулкан — это канал в земной коре, через который на поверхность выходят расплавленная порода, газы и пепел. Они встречаются на суше и под водой, образуют горные цепи, острова и целые архипелаги. Гавайские острова, Исландия, Камчатка — всё это результат многовековой вулканической активности.

Не все вулканы одинаково активны. Одни извергаются раз в несколько лет, другие молчат тысячелетиями — и это молчание не означает, что процессы внутри прекратились.

Строение вулкана

Внутри вулкана несколько ключевых элементов, каждый из которых участвует в том, как и когда произойдёт извержение.

Магматический очаг — резервуар расплавленной породы глубоко под землёй. Магма скапливается здесь под давлением; чем больше её накапливается и чем выше давление газов, тем ближе извержение. Очаг может находиться на глубине от нескольких километров до десятков километров.

Жерло — вертикальный канал, по которому магма движется вверх. Иногда таких каналов несколько, и боковые жерла дают начало паразитическим конусам — небольшим вулканам на склонах основного. Именно так устроена Этна: у неё более 300 побочных кратеров.

Кратер — чашеобразное углубление на вершине, через которое во время извержения выбрасываются лава, пепел и газы. У некоторых вулканов кратер заполнен лавовым озером — постоянно кипящей породой, которая не успевает остыть. Такое озеро есть, например, в кратере Ньирагонго в Демократической Республике Конго.

Лавовые потоки — это магма, вышедшая на поверхность. Её поведение сильно зависит от состава: базальтовая лава жидкая и растекается широко, андезитовая — вязкая, движется медленно, но способна копить давление и давать взрывные извержения. Подробнее о лаве и её разновидностях — в отдельном материале.

Статья для ознакомления: Самые высокие вулканы мира

Эффузивные и взрывные извержения

Тип извержения определяется прежде всего вязкостью магмы и содержанием в ней газов.

При эффузивном извержении лава выходит относительно спокойно — вытекает из жерла и медленно течёт по склонам. Такие извержения типичны для Гавайев: лавовые реки движутся со скоростью пешехода или медленнее, и при желании их можно обойти. Опасны они не скоростью, а температурой — около 1200 °C — и тем, что уничтожают всё на своём пути.

Взрывные извержения — другой сценарий. Когда вязкая магма блокирует жерло, давление газов нарастает до точки, при которой пробка буквально взрывается. Вверх летят пирокластические потоки — смесь раскалённого газа, пепла и обломков породы, движущаяся со скоростью до 700 км/ч. Именно пирокластический поток в 79 году н.э. уничтожил Помпеи за несколько минут.

Где и почему возникают вулканы

Большинство вулканов на Земле сосредоточены вдоль границ тектонических плит — и это не случайность, а прямое следствие того, как устроена земная кора.

В зонах субдукции одна плита уходит под другую. По мере погружения она нагревается, выделяет воду и другие летучие вещества, которые снижают температуру плавления вышележащей мантии. Магма поднимается — и появляются цепочки вулканов. Так образовалось Тихоокеанское огненное кольцо, где сосредоточено около 75% всех вулканов планеты.

Вдоль срединно-океанических хребтов плиты расходятся. Магма заполняет разрыв снизу, создавая новую кору. Этот процесс идёт непрерывно — Исландия, например, стоит прямо на Срединно-Атлантическом хребте и расширяется примерно на 2,5 сантиметра в год.

Есть и третий случай — горячие точки. Это места, где мантийный плюм пробивает кору вне зависимости от границ плит. Гавайи возникли именно так: плита Тихого океана движется над неподвижной горячей точкой, и острова выстраиваются в цепочку по направлению движения.

Последствия извержений

Крупное извержение меняет не только ландшафт рядом с вулканом. В 1815 году извержение Тамборы на острове Сумбава выбросило в атмосферу столько пепла и диоксида серы, что среднемировая температура на следующий год упала примерно на 0,5 °C. 1816-й вошёл в историю как «год без лета»: неурожаи прокатились по всей Европе и Северной Америке.

Для людей, живущих вблизи вулканов, угрозу представляют не только лава и пирокластические потоки. Лахары — вулканические грязевые потоки — возникают, когда вода смешивается с пеплом и обломками породы. Они движутся быстро, заполняют долины и реки и способны накрыть населённые пункты спустя часы и даже дни после окончания извержения. В 1985 году лахар от вулкана Невадо-дель-Руис в Колумбии уничтожил город Армеро — погибло около 23 000 человек. О том, где на планете сосредоточено больше всего вулканов, можно прочитать отдельно.

При этом вулканические почвы — одни из самых плодородных в мире. Регионы вокруг Этны, Везувия, Мерапи населены плотно не вопреки вулканам, а во многом благодаря им: здесь веками выращивают виноград, оливки, зерновые. Прочитайте о том, как извержение Кракатау изменило мир — это один из наиболее документально подтверждённых случаев глобального влияния вулкана.

Сейчас учёные отслеживают сотни вулканов по всему миру — через сети сейсмографов, спутниковые снимки и измерения деформации почвы. Точно предсказать извержение по-прежнему трудно, но за последние десятилетия предупредительные эвакуации удалось провести вовремя в десятках случаев. Новый метод предсказания извержений может сделать эти прогнозы точнее на годы вперёд.