О созидательной роли вулканов

О созидательной роли вулканов

Многие извержения вулканов, особенно катастрофические, причиняют неисчислимые беды. Такие извержения были в очень далеком прошлом, еще до появления человека на Земле, происходят они и в настоящее время. Подобных примеров предостаточно на нашей планете. Расскажем лишь о недавних, которые произошли на Камчатке. Последние извержения вулканов Безымянного и Шивелуча опустошили большие пространства, уничтожили на них лесные массивы, а также речки и озера, погубили все живое, обитавшее в этих местах. Обошлось без человеческих жертв только потому, что все поселения находились на значительном удалении от центров извержения.

Большое трещинное Толбачинское извержение 1975 - 1976 гг., изучение которого дало очень много интересного для науки, тоже не поскупилось на опустошения. Мы уже упоминали о том, что вокруг вновь образованных конусов все было усеяно пеплом и шлаком, создавалось впечатление лунного ландшафта. Помимо этого, излившиеся лавовые потоки покрыли значительную площадь, тем самым превратив ее тоже в пустыню.

В некоторых случаях пепловые тучи, выпадая на поверхность земли, уничтожают растительность, находящуюся от места извержения на расстоянии многих десятков километров. Так было при извержении вулкана Шивелуч в 1964 г. Пагубные воздействия вулканических извержений можно наблюдать и во многих других местах Камчатки. Если вспомнить катастрофические извержения вулканов в других частях планеты, то последствия их были еще более страшными - помимо огромных разрушений, гибли многие десятки тысяч людей.

В настоящее время предсказание вулканических извержений имеет очень большое значение. Но предотвратить извержения, этот закономерный процесс развития Земли, их губительное воздействие на окружающую среду пока ничто и никто не может.

Однако это лишь одна сторона деятельности вулканов. Вулканические извержения могут приносить и большую пользу человечеству. Изучение вулканов, особенно во время их активизации, дает много материала для познания процессов, происходящих в глубинах нашей планеты. Известно, что вулканические извержения поставляют на поверхность земли обилие всевозможных продуктов. Выше упоминалось о шлаках новых Толбачинских вулканов, которые по своим качествам превосходят шлаки извержений других вулканов. Да и сам вулканический пепел, причиняющий в раскаленном виде много вреда, впоследствии оказывается очень полезным для растительности и может применяться для удобрения почв.

Вулканические горные породы, которые во многом и составляют земную кору, широко используются человеком. Такие из них, как пемза, туфы, перлиты, обсидианы и другие, нашли весьма большое применение в строительном деле, а также в иных отраслях народного хозяйства и обойтись без них теперь уже невозможно.

Пемза обнаружена во многих местах Камчатки, встречается она и в Армении. Образуется пемза из монолитных стекловатых пород, весьма насыщенных кремнеземом. Такая порода вспенивается, будучи еще в расплавленном состоянии, а застывая, превращается в губчатую массу, которую называют еще каменной ватой. Пемза обладает многими ценными качествами, такими, как твердость, однородность, легкость. Поэтому она используется в строительном деле как тепло-, звуко- и электроизоляционный, а также абразивный материал.

Большого внимания заслуживают вулканические туфы. Эти породы сложены песком, пеплом, лапилли и другими продуктами, которые выбрасываются при вулканических взрывных извержениях. Со временем они уплотняются, и из них получается твердая порода или туф. Туфам присущи многие ценные свойства: высокая пористость, низкая тепло- и звукопроводимость, мягкость, благодаря которой туф легко поддается механической обработке.

Особенно широко известны артикские туфы Армении, обладающие декоративными качествами. Из них построено множество домов и других сооружений как в самой Армении, так и в других местах нашей страны, в том числе и в Москве.

Хорошо известны и такие горные породы, как обсидианы и перлиты. Они образуются при излиянии очень кислых (насыщенных кремнеземом) и вязких расплавов, поэтому не кристаллизуются, а застывают в виде стекла. Область применения обсидианов и перлитов очень велика. Из них изготовляют плиты для всевозможной облицовки, оптическое стекло, лабораторную и сортовую посуду, стекловолокно, искусственную пемзу, перлитостеклопласт (заменяет дерево) и др.

Во многих местах, притом в больших объемах, используются и другие горные породы вулканического происхождения. Прежде всего это относится к базальтам, а также андезитам, дацитам и липаритам. Базальты являются великолепным строительным материалом, в их лавовых туннелях были обнаружены даже отдельные древние поселения человека.

Напомним также о том, что с вулканической деятельностью связано образование многих видов полезных ископаемых. Наибольшей известностью в этом отношении пользуется сера. Образование многих руд, в которых содержатся такие металлы, как цинк, свинец, ртуть, медь, а также железо, марганец и некоторые другие, связано с деятельностью вулканов. По сути дела - это дары вулканов, которыми давно уже пользуются люди.

Вулканические вспышки, когда рождаются новые вулканы или возобновляют свою деятельность старые, возникают как бы внезапно, нередко протекают очень бурно, а затем на долгое время умолкают. Однако вулканическая деятельность в большинстве случаев не угасает, она лишь обретает иную форму. Продолжение вулканической деятельности находит свое выражение в так называемой фумарольной стадии, когда выделяются парогазовые струи, а вокруг вулканов бьют термальные источники, порой образующие горячие речки. В противоположность вулканическим извержениям, которые часто совершаются мгновенно, эта стадия весьма долговечна и может продолжаться сотни и тысячи лет.

Люди уже научились широко применять продукты вулканической деятельности. Особое значение в этом отношении придается термальным водам (или гидротермам) вулканического происхождения. Они теперь используются во многих местах, хотя далеко не в полную меру. Где и как пользуются этими богатейшими дарами природы? Примеров тому имеется немало. Укажем прежде всего на приполярную страну Исландию. Она использует термальные воды уже около четырех десятилетий. Воздух над ее столицей - городом Рейкьявиком самый чистый на Земле. Здесь отсутствуют какие-либо выбросы из отопительных систем. В этом городе термальными водами (с температурой около 90°) обогревают жилые дома, промышленные и административные здания, учебные заведения, больницы. Помимо этого, этими водами во многих местах обогреваются многочисленные теплицы, в которых выращиваются овощи и фрукты.

Более 85 лет в Италии на термальных водах работают электростанции. Геотермальные электростанции имеются и в других странах, в частности в США, Новой Зеландии, Австралии, на Филиппинах и др.

Термальные воды (независимо от того, как они возникли) применяют во многих районах нашей страны. Приведем лишь несколько примеров. Свыше сорока лет они служат в лечебных целях, а также для обогрева жилых и служебных помещений на курорте Талая (Магаданская область, в 250 км от г. Магадана). Используются они и в такой студеной области, как Чукотка. Тер-мальными водами обогревают жилые здания в некоторых населенных пунктах на Кавказе, особенно в Дагестане. Велики потенциальные возможности использования термальных вод в Сибири, Казахстане, Средней Азии и других местах.

Особое значение придается термальным водам (источникам, ключам, гейзерам, паровым струям) Камчатки, связанным главным образом с ныне действующими вулканами. Они уже нашли широкое применение на полуострове, но в перспективе использование термальных вод может дать значительно больший эффект. Как показывают расчеты, запасы тепловой энергии очень велики. Только часть источников термальных вод Камчатки выносит в год тепло, равное тепловой энергии, которая образуется при сгорании нескольких сотен тысяч тонн условного топлива в течение того же времени. Величина тепловой энергии всех гидротермальных систем Камчатки, как полагает В. М. Сугробов, изучающий их на протяжении многих лет, эквивалентна теплу, которое выделилось бы при сжигании 30 млн. т условного топлива.

В этом отношении представляет большой интерес вулкан Авачинский. Как полагают некоторые ученые (Ю. П. Масуренков и др.), под этим вулканом, всего на глубине 3 - 4 км, находится магматический очаг объемом около 20 км³ с температурой 700 - 800 °С. Если использовать хотя бы часть этого тепла (путем нагрева воды через скважины и др.), то его окажется вполне достаточно для работы геотермальной электростанции мощностью в миллион киловатт на очень долгое время. Термальные воды с полным основанием можно также рассматривать и как химическое сырье, ибо в них содержатся очень ценные минеральные компоненты (бор, мышьяк, ртуть, цинк, медь и некоторые другие).

О богатстве Камчатки термальными, а отчасти и холодными подземными водами теперь уже хорошо известно не только на самой Камчатке, но и далеко за ее пределами. Некоторые источники впервые были описаны знаменитым исследователем Камчатки Степаном Петровичем Крашенинниковым почти 250 лет тому назад. Им упоминаются Паужетские, Озерновские, Банные, Начикинские и Семячинские источники (ключи). О некоторых из них С. П. Крашенинников писал, что ключи бьют во многих местах, как фонтаны, по большей части с великим шумом в вышину на один и полтора фута. Некоторые стоят, как озера, в великих ямах, а из них текут маленькие ручейки.

Значительно позднее термальные источники в разных местах Камчатки отмечались некоторыми участниками морских экспедиций; отдельные из них изучались А. Эрманом (1829 г.), К. Дитмаром (1851 - 1855 гг.) и др. Большая заслуга в этом отношении принадлежит краеведу, ботанику по образованию, П. Т. Новограбленову. Сведения о горячих источниках опубликованы им в "Известиях Русского географического общества" (1929 - 1931 гг.) и "Трудах Тихоокеанского комитета АН СССР" (1932 г.). Особое значение изучению термальных источников придавал вулканолог Б. И. Пийп, посвятивший Камчатке всю свою жизнь. Его книга "Термальные ключи Камчатки" (1937 г.) широко известна и имеет большую научную ценность.

Изучением термальных источников занимались некоторые сотрудники Научно-исследовательского института курортологии и физиотерапии, Всесоюзного научно-исследовательского института гидрогеологии и инженерной геологии. Но наиболее всесторонне они изучаются сотрудниками Института вулканологии АН СССР, находящегося в Петропавловске-Камчатском.

В настоящее время на Камчатке насчитывается свыше 200 источников, а точнее - мест, где они сосредоточены (иногда в одном месте их не менее 15 - 20). Они разные по характеру минерализации и температурному режиму. На рис. 21 показаны известные на Камчатке источники. Они расположены в основном в южной и восточной частях полуострова - в полосе активно действующих вулканов. В этом случае прямая связь их с вулканической деятельностью неоспорима. Все термальные источники этой полосы с очень давних пор тяготеют к тем же зонам нарушения - глубинным разломам и трещинам, к которым приурочены и активно действующие вулканы. В зоне потухших вулканов они встречаются значительно реже.

В полосе активно действующих вулканов отмечаются сероводородно-углекислые, азотно-углекислые, азотные источники. Исследования В. И. Иванова показали, что первые из них связаны с выходами парогазовых струй и обычно сосредоточены вокруг вулканических центров. Азотно-углекислые источники также образуются в пределах тепловых потоков, которые идут от вулканических очагов.

Минеральный состав источников зависит в основном от той среды (горных пород), в которой они циркулируют. Горячая вода, поднимаясь по трещинам к поверхности, пронизывает горные породы, сильно их изменяя, но в то же время выщелачивает и растворяет часть содержащихся в них минералов. Так образуются минерализованные источники, или минеральные воды.

Когда же термальные источники попадают на поверхность, они испаряются, частично охлаждаются, раствор становится пересыщенным, поэтому содержащиеся в них минералы выпадают в осадок и отлагаются вокруг. Особенно эффектны кремнистые отложения, или гейзериты. Нередко встречаются и травертины. Это соли угольной кислоты, которые выпадают из растворов, наподобие гейзеритов. Иногда из термальных источников выделяются сера, соединения железа, а также соли - кальцит, гипс, галит и т. д. Те или иные отложения видны во многих местах; по ним можно судить о характере источников, вокруг которых они отлагаются.

Термальные источники выходят на поверхность по-разному. В одних случаях - это спокойно изливающиеся ключи, в других - непрерывно бурлящие, бьющие. Бывает и так, что выбросы кипящей воды и пара происходят через определенные промежутки времени (гейзеры).

В некоторых местах вокруг трубчатых выходов термальных источников образуются миниатюрные грязевые вулканчики, "кратеры" которых все время пульсируют. Отдельные или групповые выходы источников в пониженных местах образуют небольшие бассейны.

Неодинакова и температура термальных источников при выходе их на поверхность. Так, например, Начикинские имеют температуру 70°, Паратунские - 81°, Малкинские - 83°, более высокая у Узонских - 97° и Паужетских - около 100°С. Что же касается фумарольных парогазовых струй, то температура некоторых из них очень высокая - 300 - 500°, а иногда достигает 800°С. Термальные и другие минеральные воды - большое богатство полуострова. Некоторые источники уже нашли свое применение, но их используют еще далеко не в полной мере.

Широкую известность получили минеральные источники, обладающие лечебными свойствами. На базе таких источников на Камчатке в поселках Начики и Паратунка построены санатории. Они получили общесоюзную известность. Лечебные свойства имеют и Нижне-Семячикские термальные источники. Многие камчатцы пользуются Малкинскими источниками, из которых производится розлив воды в бутылки. Вода эта не только приятна на вкус, но и имеет лечебные свойства.

Термальные воды представляют весьма важный резерв в области энергетики. На Паужетском геотермальном месторождении Камчатки более 20 лет тому назад сооружена геотермальная электростанция мощностью 11 тысяч киловатт (рис. 39). Она не только вырабатывает электроэнергию, но и является своеобразной лабораторией по использованию подземного тепла - парогидротерм.

Рис. 39. Паужетская геотермальная электростанция на Камчатке. Фото Н. П. Смелова

Как уже доказано на практике, себестоимость электроэнергии этой станции намного ниже, чем на дизельных станциях. Но это не единственное месторождение на Камчатке; имеются еще Паратунское, Больше-Банное и другие, тепло которых может быть использовано в энергетике.

В настоящее время наибольший интерес вызывает Мутновский геотермальный район, находящийся между вулканами Мутновский, Горелый и Вилючик. Здесь на глубине около 1000 м температура пароводяной смеси достигает 270 °С. Предполагается соорудить на этом месторождении геотермальную электростанцию мощностью 50 тысяч киловатт. По прогнозной оценке в этом районе парогидротермы могут обеспечить работу электростанции и значительно большей мощности (в несколько раз). К тому же Мутновское месторождение находится в выгодных природных условиях: рельеф местности способствует аккумуляции атмосферных осадков. Вода здесь крайне необходима в качестве теплоносителя. Она с поверхности просачивается на глубину 4 - 5 км, где и превращается в пар.

Положено начало отоплению помещений горячими водами. Таких мест пока немного (Паужетка, Начики, Эссо), но можно с уверенностью сказать, что количество их в будущем возрастет во много раз. Используются воды термальных источников в тепличном и парниковом хозяйствах, в которых выращивают очень нужные жителям Камчатки овощи (огурцы, помидоры, лук).

К этому хотелось бы только добавить, что большинство термальных источников находится в красивых, живописных местах. Это касается поселков Паратунка и Начики. Не уступают им Паужетка, кальдера Узон и многие другие места. Но особенно запоминается Долина Гейзеров, где, как по мановению волшебной палочки, взлетают ввысь на многие десятки метров струи кипящей воды и на сотни метров - клубы густого пара, которые окутывают все вокруг, и столь же внезапно все прекращается.

В горячих водах (90 °С) обитают разные бактерии. Но оказывается, живые существа могут находиться в воде и при более высокой температуре. Так, экспедицией американских ученых в Тихом океане на глубине 2400 м найдены горячие источники с температурой 400 °С. В них обнаружены крупные раковины-моллюски, трубчатые черви и различные бактерии.

Таковы термальные источники Камчатки, тесно связанные с современной вулканической деятельностью. Они уже поставлены на службу человеку, но это только начало. За ними - большое будущее и большие перспективы.

Может возникнуть вопрос: как же образуются термальные источники в тех областях, где вулканы давно прекратили свою деятельность? Дело в том, что во многих районах мира происходят молодые интенсивные тектонические процессы - разрывы, разломы, трещины, которые порой достигают больших глубин. А чем дальше в глубь Земли, тем температура становится выше, ведь через каждые 33 м она повышается на один градус (так называемый геотермический градиент). В эти разломы и трещины попадает вода. Проникая на большие глубины, она нагревается и в дальнейшем устремляется к поверхности (это присуще любому сильно нагретому веществу), образуя естественные выходы источников; иногда они выводятся искусственным путем при помощи скважин. Горячая вода на пути к поверхности взаимодействует с теми породами, через которые она проходит, растворяет их и получается минеральная вода определенного состава.

Иногда термальные воды образуются иным путем. Благоприятные условия в этом отношении создаются в нефтегазоносных областях, в частности на о-ве Сахалин. Первостепенное значение для образования термальных вод здесь имеют геохимические условия, которые возникают в недрах нефтегазоносных областей.

Неблагоприятными для распространения термальных источников являются области многолетней (вечной) мерзлоты. Однако они встречаются и здесь, к тому же с довольно высокой температурой (на Чукотском полуострове в Мечигменских источниках температура достигает 95 °С). Там же отмечаются и другие источники, но с более низкой температурой. Предполагается, что наличие их обусловлено крупными зонами тектонических нарушений и проникновением по ним воды на большие глубины.

Можно привести и другие примеры. На Северо-Востоке нашей страны, где температура в зимнее время опускается до минус 50 - 60 °С, а мощность вечномерзлых толщ измеряется многими сотнями метров, тоже встречаются источники. И хотя термальными их назвать нельзя, тем не менее даже в суровую зимнюю пору они не замерзают. Один из таких источников обнаружен в верховье Индигирки с температурой плюс 26°С при температуре воздуха минус 40 °С (источник называется Сытыган-Сылба). В бассейне р. Момы (правый приток Индигирки) найдена незамерзающая полынья с температурой воды в верхней части 7,1 °С при температуре воздуха около 36 °С ниже нуля. И это не единичные случаи. Такие выходы относительно теплой воды расположены в зоне Момского разлома. Здесь происходили и вспышки вулканической деятельности. Последняя была сравнительно недавно, несколько сот лет тому назад, когда возник вулкан Балаган-Тасс. Этим, по-видимому, и обусловлено существование незамерзающих источников, поскольку они подогреваются вулканическим очагом, а затем просачиваются через мощные вечномерзлые толщи к поверхности.

Мы коротко познакомили читателя с созидательной ролью вулканов, которая очень обширна и многогранна.