Понимание происхождения вулканов подобно увлекательному путешествию к центру Земли, где титанические силы с непреодолимой энергией формируют поверхность нашей планеты. Еще со школы мы все знаем, что вулканы появляются то тут, то там, но мало кто на самом деле знает, почему они возникают именно в этих местах и в чем разница между тектонической субдукцией и очаговыми вулканическими образованиями. Если вы когда-нибудь задумывались, как образуются эти лавовые гиганты и почему на Гавайях и в Андах такие разные вулканы, задержитесь, потому что эта статья объясняет все понятно и доступно.
Здесь вы не только познакомитесь с научными основами вулканизма, но и сможете сравнить механизм вулканообразования, связанный с границами плит (субдукция), с менее известным, но не менее впечатляющим явлением горячих точек. Мы будем использовать информацию из образовательных, популярных и научных источников, чтобы предложить вам всесторонний, точный и простой для чтения обзор. Если вы увлекаетесь геологией или просто интересуетесь тайнами нашей планеты, приготовьтесь понять простыми словами и на знакомых примерах все, что связано с происхождением вулканов.
Что такое вулкан и как он образуется?
Вулкан — это геологическая структура, через которую Расплавленному материалу из недр Земли, известному как магма, удается достичь поверхности. Эта магма зарождается глубоко в мантии, главным образом, из-за экстремально высоких температур и различных физических и химических процессов. Когда магма поднимается и высвобождается в виде лавы, газов или пирокластических материалов, она создает разнообразные ландшафты и потенциальные опасности: от огненных потоков лавы до пепла, который может окутать весь земной шар.
Процесс образования вулкана начинается с накопление магмы в магматических очагах под земной корой. По мере увеличения давления магма в конечном итоге прорывается на поверхность через трещины и разломы. Этот цикл накопления и высвобождения характерен для большинства вулканов, хотя способ подъема магмы и расположение вулканов зависят от весьма специфических факторов, связанных с тектоникой плит и характеристиками мантии Земли.
Магма: происхождение и динамика внутри планеты
Все начинается в сотнях миль под нашими ногами. В мантии Земли сильный жар заставляет горные породы плавиться, что приводит к образованию очаги очень горячей магмы, богатой растворенными газами. По мере того, как эта магма перемещается в верхние слои, давление окружающей среды уменьшается, что позволяет газам расширяться, еще больше продвигая магму вверх. Эта дифференциация отражается в типах вулканов и их извержениях.
Эль процедуры медленно и может длиться от тысяч до миллионов лет. Магма хранится в подземных камерах, которые выполняют функцию временных резервуаров. По мере накопления материала давление растет до тех пор, пока система окончательно не разорвется, что приведет к извержению. Мы не должны забывать, что химический состав магмы Это существенно влияет на тип извержения: магмы, богатые кремнием, более вязкие и взрываются сильнее, в то время как более жидкие магмы, такие как на Гавайях, производят длинные и менее опасные потоки лавы.
Глобальное распределение вулканической активности
Если мы спросим себя, почему нет вулканов, разбросанных хаотично по всему миру, ответ будет связан с Тектонические плиты. Большинство вулканов расположены на границах тектонических плит, где огромные блоки литосферы движутся относительно друг друга, создавая благоприятные условия для подъема магмы.
Хорошим примером этого является Тихоокеанское огненное кольцо, область вокруг Тихого океана, где сосредоточено около 75% действующих вулканов планеты. В этом же ключе, в Канарские острова Вулканизм также играет важную роль, хотя и в другом контексте, подробно описанном в соответствующей статье.
Тектонические плиты: движущая сила вулканической активности
Земная кора разделена на несколько частей жесткие тектонические плиты, плавающие на полурасплавленной мантии. Эти плиты движутся медленно, под воздействием конвекционных потоков, создаваемых внутренним теплом планеты. Контакт между пластинами приводит к образованию различных типов краев: конвергентный, расходящийся и трансформирующийся, каждый из которых связан с различными геологическими явлениями и типами вулканов.
Основные тектонические плиты и их связь с вулканами
- Тихоокеанская плита: Он охватывает большую часть Тихого океана, обновляет свои границы за счет расширения океанского дна и сталкивается с другими территориями, играя ключевую роль в Огненном кольце.
- Пластина НаскаРасположенный в восточной части Тихого океана, он сталкивается с Южно-Американской плитой, образуя вулканы в Андах.
- Южноамериканская плита: Он охватывает большую часть Южной Америки, включая районы вулканической и сейсмической активности, особенно в горной системе Анд.
- Американская пластинка: Включает Северную Америку и часть Атлантики с особой сейсмической и вулканической активностью в зоне контакта с Тихоокеанской плитой.
- Евразийская, Африканская, Антарктическая, Индо-Австралийская и Филиппинская плиты: Также связано с зонами субдукции, океаническим расширением и вулканическими дугами.
Эти движения определяют местоположение и тип вулканов, которые мы встречаем на Земле.
Движения плит и типы границ
Тектонические плиты могут сталкиваются, разделяются или скользят вбок, что приводит к возникновению различных вулканических структур и процессов:
- Сходящиеся пределы: Две плиты сталкиваются; Один из них, обычно океанический, погружается под другой (субдукция), расплавляясь и образуя магму, которая приводит к образованию вулканов.
- Расходящиеся пределы: Плиты разделяются, что позволяет магме подняться и сформировать новую кору — образование, типичное для срединно-океанических хребтов.
- Трансформировать границы: Плиты скользят друг мимо друга, вызывая разломы и значительную сейсмическую активность, часто менее связанную с вулканизмом, но имеющую яркие примеры.
Роль тектонической субдукции в вулканизме
На конвергентных границах субдукция океанической плиты под континентальную плиту приводит к возникновению вулканические дуги с вулканами, обладающими высокой взрывоопасностью. Образующаяся магма богата кремнием и газами, что приводит к сильным извержениям и накоплению большого количества вулканического пепла, пирокластической жидкости и вязкой лавы. Примеры этого процесса можно найти в Анды в Южной Америке и в Алеутская дуга на Аляске. Вулканы также могут возникать в результате субдукции двух океанических плит, образуя островные дуги, как это происходит в Азиатско-Тихоокеанском регионе.
Когда обе плиты являются континентальными, сама субдукция происходит реже, демонстрируя тенденцию к возвышению крупных горных хребтов, таких как Гималаи, которые больше связаны с образованием гор, чем с действующими вулканами.
Вулканизм в срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах
расходящиеся пределы являются еще одним типичным сценарием вулканической активности. Здесь магма выходит через трещины, созданные разделением плит, в процессах расширения, которые формируют новые океанические корки. Наиболее показательным случаем является Срединно-Атлантический хребет, который протекает через Исландию и другие места, давая начало многочисленным вулканам с менее взрывными извержениями и более жидкой лавой базальтового типа.
Трансформные разломы и вулканическая активность
В трансформируя границы, как знаменитый Вина Сан-Андрес В Калифорнии боковое скольжение плит в основном генерирует землетрясения и движения грунта. Хотя вулканизм здесь менее распространен, иногда он может быть связан с разломами, через которые время от времени происходит выброс магмы.
Горячие точки: вулканизм вдали от границ плит
Помимо границ плит, существует форма вулканизма, связанная с горячие точки, фиксированные зоны в мантии, где Тепло аномально поднимается и плавит вышележащую кору.. Этот тип активности не зависит от границ между тектоническими плитами и происходит внутри них, образуя вулканы в местах, далеких от классических окраин.
Горячие точки объясняют формирование цепей вулканических островов, например, Гавайи, и последовательное образование вулканов по мере того, как тектоническая плита движется над фиксированной горячей точкой. По мере удаления острова от горячей точки вулканическая деятельность прекращается, и цикл повторяется в новых местах горячей точки.
Как работают горячие точки?
Механизм основан на существовании аномально горячие термальные струи, поднимающиеся из глубин мантии. Достигнув основания земной коры, они расплавляют огромное количество материала, который поднимается вверх и в конечном итоге образует вулканы. Со временем смещение плиты создает цепочка вулканов вместо одного действующего вулкана, как в случае с Гавайями, где Большой остров является самым молодым и активным, в то время как другие более старые, подвергшиеся эрозии острова все больше удаляются от горячей точки.
Предполагается, что существует около 42 горячих точек на Земле, наиболее примечательными из которых являются Йеллоустоун (США), остров Реюньон, Исландия и сама Гавайская цепь.
Различия между субдукционными и точечными вулканами
Чтобы полностью понять сравнение субдукционных и точечных вулканов, необходимо проанализировать несколько ключевых аспектов:
- Ubicación: Субдукционные разломы всегда находятся на границах плит, тогда как разломы горячих точек могут находиться в середине плиты.
- Тип магмы: Субдукционные вулканы обычно имеют богатую кремнием магму, которая более вязкая и взрывоопасная; Горячие точки содержат базальтовую магму, которая менее вязкая и извергается более жидко.
- Классические примеры: Анды, Япония и Огненное кольцо в случае субдукции; Горячие точки — Гавайи, Йеллоустоун или остров Реюньон.
- Продолжительность и эволюция: Субдукционные вулканы обычно остаются активными до тех пор, пока продолжается процесс столкновения, в то время как вулканы горячей точки генерируют цепи вулканов на протяжении миллионов лет, пока плита движется по горячей точке.
Важнейшие вулканические зоны на планете
Тихоокеанское огненное кольцо
El Тихоокеанское огненное кольцо Он окружает Тихоокеанский бассейн и является районом с самой высокой вулканической и сейсмической активностью в мире. Здесь 80% действующих вулканов и подавляющее большинство землетрясений Они возникают из-за интенсивной субдукции нескольких плит, таких как Тихоокеанская, Наска, Кокосовая и Филиппинская.
В Южной Америке, Горы Анды Здесь находится множество действующих вулканов, среди которых Невадо Охос-дель-Саладо, самый высокий в мире, и другие известные вулканы в Чили и Аргентине. В Северной Америке наиболее примечательными являются гора Сент-Хеленс в США и Попокатепетль в Мексике.
Средиземноморско-Азиатская вулканическая зона
Еще одна примечательная полоса — та, которая идет от Атлантического до Тихого океана, проходя через Средиземное море и Азию, где столкновение Африканской и Евразийской плит приводит к образованию исторических вулканов, таких как Этна, Везувий и Стромболи в Италии.
В Испании, хотя в настоящее время активность невелика, в регионах на юго-востоке полуострова, таких как Альмерия и Мурсия, наблюдаются свидетельства древнего вулканизма.
Индийская зона и Африканская зона
В Индийском океане, Остров Реюньон представляет собой наиболее известный случай вулкана с горячей точкой, и в Восточной Африке, Рифтовая долина Это еще один из крупнейших вулканических сценариев, примеры которого — Ньирагонго (Демократическая Республика Конго) и Эрта Але (Эфиопия), — свидетельствующий об интенсивной активности, связанной с разделением плит и наличием горячих точек.
Атлантическая зона и океанические хребты
La Срединно-Атлантический хребет Это подводная вулканическая ось, проходящая через центр Атлантического океана, где разделение плит позволяет магме выходить на поверхность и образовывать вулканические острова, такие как Азорские острова и, прежде всего, . На Канарских островах сочетание влияния хребта и активности горячих точек создает такие же впечатляющие пейзажи, как на островах Ла-Пальма и Лансароте.
Эруптивные процессы и вулканические проявления
Вулканическая активность проявляется различными способами. Сыпь может начаться с выброс газов, пепла и пирокластики, продолжаются сильные взрывы или постоянный выброс лавы. Ниже мы рассмотрим наиболее важные характеристики этих процессов.
Формирование магматических очагов и давления
Все начинается с накопление магмы в подземных камерах. Рост внутреннего давления по мере увеличения количества магмы и газов может привести к растрескиванию породы до тех пор, пока в конечном итоге не откроется канал на поверхность.
Выброс лавы, пирокластики и газов
- Лава: Расплавленная порода, текущая по поверхности, может быть очень вязкой (субдукционные вулканы) или очень текучей (горячие точки).
- Пирокласты: Твердые фрагменты — от пепла размером в миллиметр до глыб размером в несколько метров — бурно выбрасываются во время самых мощных извержений.
- Вулканические газы: Диоксид серы, водяной пар, углекислый газ и другие соединения, которые могут быть токсичными и нарушать климат.
В более взрывоопасных типах вулканов извержение может образовывать пирокластические потоки (лавины газов, пепла и камней с очень высокой скоростью и температурой) и лахары (вулканические сели, которые могут покрыть целые территории).
Опасности и риски, связанные с вулканической активностью
Вулканизм — одна из самых разрушительных и в то же время самых созидательных сил на Земле. К основным опасностям относятся:
- Потоки лавы: Хотя они обычно движутся медленно, они уничтожают все на своем пути и наносят значительный ущерб инфраструктуре, дорогам и урожаю.
- Пирокластические потоки: Это самые опасные лавины, способные развивать скорость более 700 км/ч и вызывать экстремальные температуры, которые уничтожают все формы жизни и опустошают города, как это произошло в Помпеях.
- Лахары: Селевые потоки, образованные вулканическим пеплом и водой, способны с большой скоростью засыпать населенные пункты.
- Вулканический пепел: Они повреждают дыхательные пути, загрязняют воду и почву, могут стать причиной обрушения крыш зданий и нарушить воздушное движение. Кроме того, они оказывают влияние на климат, если достигают верхних слоев атмосферы.
Мы не должны забывать, что, хотя это и разрушительно, Вулканы обогащают сельскохозяйственные почвы и создают новые экосистемы, а также является источником геотермальной энергии, туристической достопримечательностью и ключевыми элементами в истории человечества.
Мониторинг и прогнозирование вулканических извержений
Прогнозирование извержений остается сложной задачей, но технический прогресс позволил вести практически постоянный мониторинг самых опасных вулканов. Ученые отслеживают сейсмическую активность, изменения формы вулканов, выбросы газов и другие параметры. для прогнозирования возможных извержений.
Лас- предыдущие знаки Они часто включают в себя небольшие землетрясения, извержение вулкана, изменение газового состава и повышение температуры. Однако не все сигналы приводят к извержениям, и не все вулканы ведут себя одинаково, что затрудняет точные прогнозы.
Конкретные примеры: от Анд до Гавайев, через Исландию и Канарские острова.
Чтобы проиллюстрировать все вышесказанное, давайте подробно рассмотрим некоторые знаковые примеры:
- Анды (Южная Америка): Субдукционные вулканы, такие как Невадо Охос дель Саладо, демонстрируют взрывные извержения и образуют самую длинную вулканическую цепь на планете.
- Гавайи (Тихий океан): Горячая точка образует острова базальтовых вулканов с относительно тихими извержениями и обширными потоками лавы. Цепь островов документирует движение Тихоокеанской плиты на протяжении миллионов лет.
- Исландия (Северная Атлантика): Расположенный на Срединно-Атлантическом хребте и являясь горячей точкой, он сочетает в себе рифтовый и точечный вулканизм; Там много вулканов и геотермальных ландшафтов.
- Канарские острова (Атлантика): Пример вулканических островов, образованных в результате подъёма магмы, связанного с горячими точками и рифтовыми структурами, о чём свидетельствует недавнее извержение Ла-Пальмы.
Влияние вулканических извержений на протяжении истории
Некоторые извержения оставили след в истории человечества. Один из Гора Тамбора В 1815 году он стал причиной «года без лета», повлиявшего на весь глобальный климат и вызвавшего голод. Он Vesubio mont погребли целые города в 79 году нашей эры и извержение вулкана Сент-Хеленс В 1980 году США продемонстрировали разрушительную силу субдукционных вулканов. В настоящее время извержение Ла Пальма в 2021 году продемонстрировали, как современное наблюдение и технологии могут снизить человеческий ущерб, даже если материальные потери неизбежны.
Изучение этих событий имеет решающее значение для понимания не только динамики Земли, но и роли вулканов в изменении климата и эволюции экосистем и человеческих обществ.
Будущее вулканизма: новые технологии и вызовы
Наука о вулканах продолжает развиваться благодаря системы дистанционного мониторинга, спутники и сейсмические сети в реальном времени. Новые методы моделирования позволяют лучше понимать внутренние процессы и усовершенствовать прогностические модели. Кроме того, образование и распространение научных знаний Они помогают обществу осознать риски и преимущества проживания рядом с вулканом.
Будущие исследования направлены на лучшее понимание Горячие точки, происхождение глубинной магмы и взаимодействие вулканизма и климата. Более того, изучение других планет, таких как Марс и Венера, выявляет параллели и различия с Землей, открывая новую эру в исследовании вулканических явлений в планетарном масштабе.
На протяжении тысячелетий вулканы одновременно формировали ландшафты, служили источниками плодородия и разрушения, главными героями легенд и движущими силами изменений окружающей среды. Понимание механизмов, которые их порождают, будь то посредством тектонической субдукции или горячих точек, имеет ключевое значение не только для прогнозирования катастроф, но и для восхищения необычайной жизнеспособностью нашей планеты. Вулканизм — это не просто угроза, но и свидетельство динамизма Земли и постоянное приглашение продолжать исследовать ее тайны.