Поствулканические явления и их роль

После извержений, когда активность вулкана прекращается навсегда либо он только «дремлет» в течение тысяч лет, на самом вулкане и в его окрестностях происходят процессы, связанные с остыванием магматического очага. Эти процессы называются поствулканическими.

Выходы вулканических газов на поверхность называются фумаролами (от лат. «фумо» — дым).

Очень часто фумаролы приурочены к радиальным и кольцевым трещинам на вулканах (рис. 3.1). Фумарольные газы связаны как с первичными эманациями из магматического расплава, так и с нагреванием грунтовых вод и превращением их в пар. Фумаролы подразделяют на сухие высокотемпературные, кислые, щелочно-нашатырные, сернистые, или сероводородные (сольфатары, от итал. «сульфур» — сера) и углекислые (мофетты, от итал. «мофетта» — место зловонных испарений). Знаменитые фумаролы вулкана Сольфатара около Неаполя действуют уже тысячи лет без изменения. Мофетты — это фумаролы с температурой 100°С и ниже, выделяющие преимущественно углекислоту с примесью азота, водорода, метана и располагающиеся вблизи действующих вулканов или в области потухших вулканов (рис. 3.1.). Впадины, где находятся мофетты, называют долинами смерти, так как животные, попадая туда, задыхаются из-за скопления тяжелого СО2 [11].

Фумаролы Камчатки

Рис. 3.1 Фумаролы Камчатки [33]

Горячие источники, или термы, широко распространены в областях современного и новейшего вулканизма. Однако не все термы связаны с вулканами, так как с глубиной температура увеличивается, и в районах с повышенным геотермическим градиентом циркулирующая атмосферная вода нагревается до высоких температур. Горячие источники вулканических областей (например, в Йеллоустонском парке США, в Италии, Новой Зеландии, на Камчатке, на Кавказе) обладают изменчивым составом воды и разной температурой. Горячие воды изменяют окружающие породы, откладывая в них окислы и сульфиды железа и изменяя их до глины, превращающейся в кипящую грязь, как, например, в районе Паужетки на Камчатке, где известны многочисленные булькающие котлы с красноватой грязью температурой около 100°С.

Гейзеры — это горячие источники, вода которых периодически фонтанирует и выбрасывается вверх на десятки метров. Свое название такие источники получили от Великого Гейзера в Исландии, струя которого 200 лет назад била вверх на 60 м каждые полчаса. Ряд гейзеров, несомненно, связан с вулканическими районами, например, в Исландии, на Камчатке, в Индонезии, Кордильерах Северной Америки, в Японии и других местах. Высота фонтана гейзеров, как и температура воды на выходе, сильно различается, но последняя обычно колеблется от 75° до 100°С. Характерной чертой гейзеров является их короткая жизнь, часто они «умирают» за счет обвалов стенок канала, понижения уровня грунтовых вод и т.д. Наиболее грандиозным гейзером был Уаймангу (что значит «Крылатая вода») в Новой Зеландии, существовавший всего 5 лет и выбрасывавший мощный фонтан почти на полкилометра вверх. Интервалы между извержениями у гейзеров варьируют от нескольких минут до часов и дней. Большое количество растворенных веществ в горячей воде гейзеров откладывается вокруг их устья, образуя скопления гейзеритов.

Наиболее удовлетворительный механизм функционирования гейзера, предложенный еще в прошлом веке, заключается в том, что в трубообразном канале, заполненном водой, нижняя часть ее столба нагревается выше точки кипения. Однако за счет веса столба воды предотвращается вскипание. Наконец, кипение все же начинается в каком-то месте, и ряд расширяющихся пузырей выталкивает часть воды из столба, что сразу же вызывает падение давления внизу столба воды, мгновенно начинается бурное кипение. Процесс идет лавинообразно, пока вся вода не превратится в пар, и он не вытолкнет вверх всю горячую воду. Затем канал вновь наполнится водой, она нагреется, и процесс начнется сначала.

Кислотные озера — это озера, образовавшиеся в кальдере вулкана из-за сильного насыщения воды кислотными составляющими. Такие озера встречаются на Камчатке, в Африке. Насыщенность кислотами бывает настолько велика, что быстро приводит в непригодное состояние большинство химических сосудов для взятия проб, не говоря уже об опасности для живого организма (рис. 3.3) [11].


Кислотное озеро – кальдера. Вулкан Малый Семячик на Камчатке

Рис. 3.3. Кислотное озеро – кальдера. Вулкан Малый Семячик на Камчатке [36]

Роль вулканизма в преобразовании рельефа и климата Земли

Воздействие вулканических процессов на рельеф необыкновенно обширно. Особой формой макрорельефа являются собственно вулканические постройки крупного размера (горы-вулканы) — Ключевская сопка, Кроноцкая сопка, Авача, Толбачик, Безымянный, Шивелуч и т. д. и шлаковые конусы. Особые формы рельефа представляют собой застывшие вулканические потоки (кегурники) и скопления рыхлого материала, в большом количестве встречающиеся в отрицательных формах рельефа. Извержения, как правило, приводят к резкому таянию ледников и снегов, вызывающему сход лавин и селей, которые проявляют опосредованное воздействия вулканического фактора на рельеф. [37].

Вулканические извержения могут влиять на климат в регионах, расположенных далеко за пределами зоны выпадения кислотных дождей, возникающих при пассивной дегазации. Газ или пепел от эруптивной колонны, проникающий в стратосферу, может разноситься по всему полушарию высотными воздушными течениями. Если извержение происходит ближе к экватору, затронутыми оказываются оба полушария. Основание стратосферы находится примерно в 9 км над уровнем моря у полюсов и в 16 км у экватора, поэтому туда может попасть лишь материал вулканического извержения мощностью не менее 3 или 4 по шкале VEI [15].

Одним из важнейших типов аэрозоля, оказывающих влияние на климатическую систему, является вулканический аэрозоль, который образуется за счет выбросов продуктов извержения вулканов в стратосферу (см. табл. 3.1). Фоновое количество серосодержащих аэрозолей определяется притоком серосодержащих газообразных соединений их тропосферы. К наиболее крупным вулканическим извержениям последних 300 лет можно отнести извержения вулканов Тамбора (Индонезия) в 1815 г. (с объемом выбросов около 150 км 3 ), Косегуина (Никарагуа) в 1935 г. (с объёмом выбросов около 50 км3), Катмай на Аляске (20 км3) в 1912 г., Кракатау в Индонезии (18 км3) в 1883 г., 15-16 июня 1991 г. На о. Лусон (Филиппины) произошло наиболее сильное в 20-м веке извержение 21 млн. т. За три недели вулканическое облако обошло Землю три раза, двигаясь в восточном направлении со скоростью 20м/с, во время чего и произошло формирование стратосферного аэрозоля. В первый месяц большая часть аэрозольной массы концентрировалась в поясе между 20˚ и 30˚с.ш., однако через несколько месяцев вулканический аэрозоль был распределён уже над всем земным шаром [20].

Таблица 3.1 Состав вулканических газов, % по объему [20]

Местоположение Газы
H2 O СО2 N2 Сl S Н2 СО
Гавайи в среднем 79,3 11,6 1,3 0,05 6,9 0,6 0,4
Килауэа, Гавайи 97,3 2,3 - - 0,43 0,23 -
Эрта-Але, Эфиопия 86 6,0 0,07 0,4 2,7 4,7 0,4
Исландия 79,4 10,0 0,18 0,4 7,0 1,5 0,5
Лассен-Пик, 93,7 2,1 0,6 0,3 0,9 0,4 0,6
Калифорния

 

 

 

 

 

Частицы пепла и аэрозольные капли поглощают солнечный свет, что приводит к понижению температуры на Земле и в нижних слоях атмосферы. Таким образом, крупное вулканическое извержение нагревает верхние слои атмосферы, где происходит абсорбция, но охлаждает поверхность и нижнюю часть атмосферы. Микроскопические частицы пепла, выброшенные в стратосферу, осаждаются примерно за три месяца, но аэрозольные капли серной кислоты могут плавать в воздухе в течение нескольких лет. Таким образом, крупные извержения, связанные с мощными выбросами двуокиси серы, оказывают наиболее значительное и устойчивое влияние на климат. Пепловые и газовые облака от нескольких извержений, проникавшие в стратосферу за последние 250 лет, могли оказывать такое воздействие, главным образом поглощая солнечный свет, но, также нарушая химическое равновесие, что привело к временному уменьшению количества озона, защищающего поверхность земли от вредного ультрафиолетового излучения. Очень крупное извержение может оказать пагубный эффект на глобальную экономику, изменив климат и разрушив экосистемы, которые уже стали неустойчивыми из-за человеческой деятельности.

Последствия извержений меньшего масштаба имеют локальный характер. Вулканические газы, такие, как двуокись серы и углекислый газ, даже если они не образуют аэрозольные капли, могут усиливать парниковый эффект, при котором происходит разогрев нижних слоев атмосферы, поскольку эти газы абсорбируют инфракрасное излучение, испускаемое нагретой солнцем Землей.