Причины вулканической деятельности

Появление вулканов и их деятельность связаны с движениями земной коры и вызванными ими изменениями состояния вещества Земли на больших глубинах. Мы уже писали, что по мере углубления температура постепенно повышается. Об этом свидетельствуют измерения температуры в глубоких шахтах и скважинах, выходы горячих подземных вод и т. д. Раньше это объясняли тем, что внутри земного шара находится раскаленное ядро, сохранившееся от первоначального расплавленного состояния планеты. Современные же гипотезы о происхождении Земли утверждают, что наша планета первоначально была твердым и холодным телом, которое в дальнейшем испытало разогрев за счет энергии, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов.

Однако во многих местах твердое состояние вещества Земли на больших глубинах неустойчиво, носит временный характер. Дело в том, что в подвижных участках земной коры возникают разломы, вернее - зоны слабости, которые достигают больших глубин и тем самым понижают давление на сжатый и сильно нагретый материал. В новых условиях глубинный материал переходит в жидкое состояние, образуя расплавленную огненную массу - магму.

Но вот возник магматический очаг, температура которого выше окружающего твердого вещества мантии Земли. Налицо отсутствие равновесия между магмой и вмещающей средой, и пока магматический очаг полностью не остынет и не охладится, в нем будут происходить процессы, направленные на восстановление этого равновесия. Вот поэтому в магме начинается кристаллизация, увеличивается давление газов, а затем начинается их выделение, а при благоприятных условиях магма поднимается на поверхность. Так начинается вулканическая деятельность. Следовательно, вулканизм - это следствие нарушения равновесия в глубинах Земли.

Вспомним некоторые свойства магмы и образующейся при ее излиянии лавы. Самое важное из них - это богатство парами и газами, которые играют очень большую роль при извержении. Во всех формах вулканической деятельности мы сталкиваемся с парами и газами - они выделяются из жерла действующего вулкана, образуя огромные тучи; выбрасывают высоко вверх куски лавы; выделяются из потока лавы, придавая ему пористость. А когда извержение прекращается, то из угасающего вулкана бесшумно или со свистом выделяются струи пара и газов.

Конечно, при высоких температурах образования магмы (до 1000°С) состояние воды не сравнимо с тем, в котором она находится при обычной температуре и низком давлении. Известно, что высокая температура вызывает распад сложных тел, к которым принадлежит и вода, на составные части. В обычных условиях диссоциация воды начинается при 1200°С и заканчивается при 2500° С. Однако давление, сжимая объем, противодействует диссоциации, поэтому на глубинах в десятки и сотни километров, где происходит образование магмы, при температуре порядка 1200°С вода будет накалена, но не разложится. В таких условиях она представляет взрывчатое газообразное вещество, растворенное в магме. Но как только уменьшается давление, вода со взрывом сразу распадается на водород и кислород, бурно продвигаясь в область наименьшего давления - к поверхности Земли.

Поэтому магма, рождающаяся в глубинах земли, обладает большой взрывчатостью и представляет собой вещество, находящееся в совершенно особых, почти неизвестных нам физических условиях. Магма обладает колоссальным запасом энергии и сильно отличается от лавы, потерявшей пары и газы. Последняя, по меткому выражению академика А. П. Павлова, является «мертвой материей». Но взрывные процессы на глубине происходят не только в связи с диссоциацией воды. Считают, что некоторые смеси газов также взрывоспособны. Например, И. И. Гущенко пришел к выводу, что грандиозное извержение вулкана Безымянного объясняется цепной реакцией соединения хлора с водородом.

Роль газов в магме упрощенно можно показать на следующем примере. Представим себе, что жидкость, налитая в сифон или бутылку, сильно насыщена газом. Газ давит с большой силой на стенки сосуда и, если бы последний не был закупорен, непременно выделился бы из жидкости. В этом состоянии газированная вода совершенно спокойна и по виду ничем не отличается от обыкновенной воды, налитой в стакан. Но стоит только немного ослабить нажим сифона, как вода прийдет в бурное движение, из нее начнут энергично выделяться пузырьки газа. Бурно расширяясь, они с шумом выталкивают пробку, выносятся из сифона, увлекая за собой жидкость, которая пенится и разбрызгивается. То же самое, но в гораздо большем масштабе, происходит и в вулкане. Выводящий канал вулкана временно закрыт каменной пробкой застывшей лавы, а ниже находится магма с растворенными парами воды и газами. Пробка до определенного момента выдерживает давление горячих газов, а затем она расплавляется или со взрывом разрушается. Газы, с силой выходя из возникшего отверстия, расширяют его, вынося и распыляя лаву. В зависимости от вязкости магмы, обилия газов, глубины, с которой поступает магма, и сочетания всех этих особенностей, образуются вулканы различных типов деятельности.

Известно, что извержения многих вулканов следуют через определенные промежутки времени - циклы. Но каковы причины повторяемости извержений? Выяснилось, что извержения одного вулкана вовсе не обязательно повторяются через одинаковые промежутки времени. Они могут происходить, например, через полгода, год, 5-7 и 11 лет, как у Мутновского вулкана на Камчатке. Цикличность эта, как видим, может быть сложной, слагаясь из циклов различной продолжительности. Она проявляется не только в деятельности отдельных вулканов, но и на обширных территориях.

Периодичность в деятельности вулканов отражает, несомненно, происходящие время от времени изменения в верхней мантии Земли, куда уходят корни вулканов. Выход лавы и газов на поверхность связан с глубокими разрывами в земной коре, поэтому периодичность деятельности вулканов можно связывать с перемещением участков земной коры в стороны от разломов. Так создаются зоны проницаемости для магмы, под давлением газов устремляющиеся к поверхности. Значит, периодичность в извержении вулканов как-то отражает соответствующую периодичность в создании условий для проникновения вулканической массы вверх и, следовательно, в какой-то форме повторяет ритм тектонических движений участков земной коры вдоль разломов. Сам же ритм тектонических движений связан с развитием недр Земли.