ВУЛКАНЫ Лава - это магма, изливающаяся на земную поверхность при извержениях, а затем затвердевающая. Излияние лавы может происходить из основного вершинного кратера, бокового кратера на склоне вулкана или из трещин, связанных с вулканическим очагом. Она стекает вниз по склону в виде лавового потока. В некоторых случаях происходит излияние лавы в рифтовых зонах огромной протяженности. Например, в Исландии в 1783 в пределах цепи кратеров Лаки, вытянувшейся вдоль тектонического разлома на расстояние ок. 20 км, произошло излияние 12,5 км3 лавы, распределившейся на площади 570 км2.
Состав лавы. Твердые породы, образующиеся при остывании лавы, содержат в основном диоксид кремния, оксиды алюминия, железа, магния, кальция, натрия, калия, титана и воду. Обычно в лавах содержание каждого из этих компонентов превышает один процент, а многие другие элементы присутствуют в меньшем количестве.
Существует множество типов вулканических пород, различающихся по химическому составу. Чаще всего встречаются четыре типа, принадлежность к которым устанавливается по содержанию в породе диоксида кремния: базальт ? 48?53%, андезит ? 54?62%, дацит ? 63?70%, риолит ? 70?76% (см. таблицу). Породы, в которых количество диоксида кремния меньше, в большом количестве содержат магний и железо. При остывании лавы значительная часть расплава образует вулканическое стекло, в массе которого встречаются отдельные микроскопические кристаллы. Исключение составляют т.н. фенокристаллы ? крупные кристаллы, образовавшиеся в магме еще в недрах Земли и вынесенные на поверхность потоком жидкой лавы. Чаще всего фенокристаллы представлены полевыми шпатами, оливином, пироксеном и кварцем. Породы, содержащие фенокристаллы, обычно называют порфиритами. Цвет вулканического стекла зависит от количества присутствующего в нем железа: чем больше железа, тем оно темнее. Таким образом, даже без химических анализов можно догадаться, что светлоокрашенная порода - это риолит или дацит, темноокрашенная ? базальт, серого цвета ? андезит. По различимым в породе минералам определяют ее тип. Так, например, оливин - минерал, содержащий железо и магний, характерен для базальтов, кварц ? для риолитов.
По мере поднятия магмы к поверхности выделяющиеся газы образуют крошечные пузырьки диаметром чаще до 1,5 мм, реже до 2,5 см. Они сохраняются в застывшей породе. Так образуются пузырчатые лавы. В зависимости от химического состава лавы различаются по вязкости, или текучести. При высоком содержании диоксида кремния (кремнезема) лава характеризуется высокой вязкостью. Вязкость магмы и лавы в большой степени определяет характер извержения и тип вулканических продуктов. Жидкие базальтовые лавы с низким содержанием кремнезема образуют протяженные лавовые потоки длиной более 100 км (например, известно, что один из лавовых потоков в Исландии протянулся на 145 км). Мощность лавовых потоков обычно составляет от 3 до 15 м. Более жидкие лавы образуют более тонкие потоки. На Гавайях обычны потоки толщиной 3?5 м. Когда на поверхности базальтового потока начинается затвердевание, его внутренняя часть может оставаться в жидком состоянии, продолжая течь и оставляя за собой вытянутую полость, или лавовый тоннель. Например, на о.Лансарот (Канарские о-ва) крупный лавовый тоннель прослеживается на протяжении 5 км. Поверхность лавового потока бывает ровной и волнистой (на Гавайях такая лава называется пахоэхоэ) или неровной (аа-лава). Горячая лава, обладающая высокой текучестью, может продвигаться со скоростью более 35 км/ч, однако чаще ее скорость не превышает нескольких метров в час. В медленно движущемся потоке куски застывшей верхней корки могут отваливаться и перекрываться лавой; в результате в придонной части формируется зона, обогащенная обломками. При застывании лавы иногда образуются столбчатые отдельности (многогранные вертикальные колонны диаметром от нескольких сантиметров до 3 м) или трещиноватость, перпендикулярная охлаждающейся поверхности. При излиянии лавы в кратер или кальдеру формируется лавовое озеро, которое со временем охлаждается. Например, такое озеро образовалось в одном из кратеров вулкана Килауэа на о.Гавайи во время извержений 1967?1968, когда лава поступала в этот кратер со скоростью 1,1?106 м3/ч (частично лава впоследствии возвратилась в жерло вулкана). В соседних кратерах за 6 месяцев толщина корки застывшей лавы на лавовых озерах достигла 6,4 м.
Купола, маары и туфовые кольца. Очень вязкая лава (чаще всего дацитового состава) при извержениях через основной кратер или боковые трещины образует не потоки, а купол диаметром до 1,5 км и высотой до 600 м. Например, такой купол сформировался в кратере вулкана Сент-Хеленс (США) после исключительно сильного извержения в мае 1980. Давление под куполом может возрастать, а спустя несколько недель, месяцев или лет он может быть уничтожен при следующем извержении. В отдельных частях купола магма поднимается выше, чем в других, и в результате над его поверхностью выступают вулканические обелиски ? глыбы или шпили застывшей лавы, часто высотой в десятки и сотни метров. После катастрофического извержения в 1902 вулкана Монтань-Пеле на о.Мартиника в кратере образовался лавовый шпиль, который за сутки вырастал на 9 м и в результате достиг высоты 250 м, а спустя год обрушился. На вулкане Усу на о.Хоккайдо (Япония) в 1942 в течение первых трех месяцев после извержения лавовый купол Сёва-Синдзан вырос на 200 м. Слагавшая его вязкая лава пробилась сквозь толщу образовавшихся ранее осадков.
Маар ? вулканический кратер, образующийся при взрывном извержении (чаще всего при повышенной влажности пород) без излияния лавы. Кольцевой вал из обломочных пород, выброшенных взрывом, при этом не формируется, в отличие от туфовых колец ? также кратеров взрывов, которые обычно окружены кольцами обломочных продуктов.
Обломочный материал, выбрасываемый в воздух во время извержения, называют тефрой, или пирокластическими обломками. Так же называются и сформированные ими отложения. Обломки пирокластических пород бывают разного размера. Наиболее крупные из них - вулканические глыбы. Если продукты в момент выброса настолько жидки, что застывают и приобретают форму еще в воздухе, то образуются т.н. вулканические бомбы. Материал размером менее 0,4 см относят к пеплам, а обломки размером от горошины до грецкого ореха ? к лапиллям. Затвердевшие отложения, состоящие из лапиллей, называются лапиллиевым туфом. Выделяются несколько видов тефры, различающихся по цвету и пористости. Светлоокрашенная, пористая, не тонущая в воде тефра называется пемзой. Темная пузырчатая тефра, состоящая из отдельностей лапиллиевой размерности, называется вулканическим шлаком. Кусочки жидкой лавы, недолго находящиеся в воздухе и не успевающие полностью затвердеть, образуют брызги, часто слагающие небольшие конусы разбрызгивания вблизи мест выхода лавовых потоков. Если эти брызги спекаются, формирующиеся пирокластические отложения называют агглютинатами.
Взвешенная в воздухе смесь очень мелкого пирокластического материала и нагретого газа, выброшенная при извержении из кратера или трещин и движущаяся над поверхностью грунта со скоростью 100 км/ч, образует пепловые потоки. Они распространяются на многие километры, иногда преодолевая водные пространства и возвышенности. Эти образования известны также под названием палящих туч; они настолько раскалены, что светятся ночью. В пепловых потоках могут присутствовать также крупные обломки, в т.ч. и куски породы, вырванные из стенок жерла вулкана. Чаще всего палящие тучи образуются при обрушении столба пепла и газов, выбрасываемых вертикально из жерла. Под действием силы тяжести, противодействующей давлению извергаемых газов, краевые части столба начинают оседать и спускаться по склону вулкана в виде раскаленной лавины. В некоторых случаях палящие тучи возникают по периферии вулканического купола или в основании вулканического обелиска. Возможен также их выброс из кольцевых трещин вокруг кальдеры. Отложения пепловых потоков образуют вулканическую породу игнимбрит. Эти потоки транспортируют как мелкие, так и крупные фрагменты пемзы. Если игнимбриты отлагаются достаточно мощным слоем, внутренние горизонты могут иметь настолько высокую температуру, что обломки пемзы плавятся, образуя спекшийся игнимбрит, или спекшийся туф. По мере остывания породы в ее внутренних частях может образоваться столбчатая отдельность, причем менее четкой формы и крупнее, чем аналогичные структуры в лавовых потоках.
Небольшие холмы, состоящие из пепла и глыб разной величины, образуются в результате направленного вулканического взрыва (как, например, при извержениях вулканов Сент-Хеленс в 1980 и Безымянного на Камчатке в 1965).
Направленные вулканические взрывы представляют собой довольно редкое явление. Созданные ими отложения легко спутать с отложениями обломочных пород, с которыми они часто соседствуют. Например, при извержении вулкана Сент-Хеленс непосредственно перед направленным взрывом произошел сход лавины щебня.
Подводные вулканические извержения. Если над вулканическим очагом расположен водоем, при извержении пирокластический материал насыщается водой и разносится вокруг очага. Отложения такого типа, впервые описанные на Филиппинах, сформировались в результате извержения в 1968 вулкана Тааль, находящегося на дне озера; они часто представлены тонкими волнистыми слоями пемзы.
Сели. С извержениями вулканов могут быть сопряжены сели, или грязекаменные потоки. Иногда их называют лахарами (первоначально описаны в Индонезии). Формирование лахаров не является частью вулканического процесса, а представляет собой одно из его последствий. На склонах действующих вулканов в изобилии накапливается рыхлый материал (пепел, лапилли, вулканические обломки), выбрасываемый из вулканов или выпадающий из палящих туч. Этот материал легко вовлекается в движение водой после дождей, при таянии льда и снега на склонах вулканов или прорывах бортов кратерных озер. Грязевые потоки с огромной скоростью устремляются вниз по руслам водотоков. При извержении вулкана Руис в Колумбии в ноябре 1985 сели, двигавшиеся со скоростью выше 40 км/ч, вынесли на предгорную равнину более 40 млн. м3 обломочного материала. При этом был разрушен город Армеро и погибло ок. 20 тыс. человек. Чаще всего такие сели сходят во время извержения или сразу после него. Это объясняется тем, что при извержениях, сопровождающихся выделением тепловой энергии, происходят таяние снега и льда, прорыв и спуск кратерных озер и нарушение стабильности склонов.
Газы, выделяющиеся из магмы до и после извержения, имеют вид белых струй водяного пара. Когда к ним при извержении примешивается тефра, выбросы становятся серыми или черными. Слабое выделение газов в вулканических районах может продолжаться годами. Такие выходы горячих газов и паров через отверстия на дне кратера или склонах вулкана, а также на поверхности лавовых или пепловых потоков называют фумаролами. К особым типам фумарол относят сольфатары, содержащие соединения серы, и мофеты, в которых преобладает углекислый газ. Температура фумарольных газов близка к температуре магмы и может достигать 800? С, но может и снижаться до температуры кипения воды (100? С), пары которой служат основной составляющей фумарол. Фумарольные газы зарождаются как в неглубоких приповерхностных горизонтах, так и на больших глубинах в раскаленных породах. В 1912 в результате извержения вулкана Новарупта на Аляске образовалась знаменитая Долина десяти тысяч дымов, где на поверхности вулканических выбросов площадью ок. 120 км2 возникло множество высокотемпературных фумарол. В настоящее время в Долине действует лишь несколько фумарол с довольно низкой температурой. Иногда от поверхности еще не остывшего лавового потока поднимаются белые струи пара; чаще всего это дождевая вода, нагревшаяся при соприкосновении с раскаленным потоком лавы.
Химический состав вулканических газов. Газ, выделяющийся из вулканов, на 50?85% состоит из водяного пара. Свыше 10% приходится на долю углекислого газа, ок. 5% составляет сернистый газ, 2?5% ? хлористый водород и 0,02?0,05% ? фтористый водород. Сероводород и газообразная сера обычно содержатся в малых количествах. Иногда присутствуют водород, метан и оксид углерода, а также небольшая примесь различных металлов. В газовых выделениях с поверхности лавового потока, покрытого растительностью, был обнаружен аммиак.
Цунами ? огромные морские волны, связанные главным образом с подводными землетрясениями, но иногда возникающие при вулканических извержениях на дне океана, которые могут вызвать образование нескольких волн, следующих с интервалом от нескольких минут до нескольких часов. Извержение вулкана Кракатау 26 августа 1883 и последующее обрушение его кальдеры сопровождалось цунами высотой более 30 м, повлекшим многочисленные человеческие жертвы на побережьях Явы и Суматры.