4.Цели и задачи исследований
Деятельность многих вулканов является одним из наиболее грозных явлений природы. Извержения вулканов нередко сопровождаются катастрофами, гибелью целых городов и селений, уничтожением огромных материальных ценностей.
Например, в 1883 г. при обрушении острова-вулкана Кракатау возникла гигантская волна, уничтожившая 36 тысяч человек на побережье соседних островов Ява и Суматра. При извержении вулкана Тамборо в Индонезии в 1815 г. по одним данным 57 925 человек, по другим - около 92 000. При этом были уничтожены большие площади пахотной земли на острове Сумбава, на котором находится вулкан, и на соседнем острове Ломбок.
Иногда в связи с извержением вулканов возникают массовые болезни. Известно, что в Конго во время извержений вулканов в дождливые периоды население схватывает болезнь, сходная с дизентерией; в действительности же это более тяжелое и опасное заболевание. При извержении вулканов выделяются газы, насыщенные HCl и SO2 ,которые растворяются в дождевой воде и образуют кислоты. Они попадают в водоемы, а эта вода используется затем для питья населением и вызывает тяжелый недуг.
Внутренняя энергия Земли, с которой связана деятельность вулканов, не подвластна человеку. Но люди предпринимают разные меры для уменьшения губительных последствий катастрофической деятельности вулканов. Проще всего было бы расселиться подальше от опасных мест. Но часто люди не могут далеко уйти от вулканов, особенно на Японских, Филиппинских, Индонезийских и других островах. Тогда особо важное значение приобретает своевременная информация населения о возобновлении деятельности вулканов. Эти мероприятия называют пассивной защитой. Если уж вулкан начал действовать, то используются действенные меры защиты людей и материальных ценностей от пеплопадов, потоков огненной лавы и других опасных явлений вулканической деятельности. Для этой цели организованы специальные станции и наблюдательные пункты.
В ряде случаев возможна активная защита от вулканических извержений. Она заключается: 1) в бомбардировке авиацией или артиллерией движущихся лавовых потоков и стен кратеров, через которые изливается лава; 2) в создании дамб и других препятствий на пути движения лавы;
3) в проведении туннелей к кратерам для спуска воды кратерных озер.
5.Объекты непосредственных наблюдений и предмет исследования
В данной курсовой работе объектом исследования являются вулканы, а предметами их типы, строение и продукты извержения.
6.Современные знания в данной области
6.1.Типы вулканов
Каждый действующий вулкан обладает своими индивидуальными особенностями. Более того, нет двух совершенно одинаковых вулканов, так же как среди многомиллионного населения нашей планеты нет двух совершенно одинаковых людей. Однако вулканы можно объединить в группы со сходными чертами.
Так, например, выделяют вулканы трех типов:
1) Площадные вулканы. В настоящее время такие вулканы не встречаются, или можно сказать не существуют. Так как эти вулканы приурочены к выходу большого количества лавы на поверхность большой площади; т.е отсюда мы видим, что они существовали на ранних этапах развития земли, когда земная кора была довольно тонкой и на отдельных участках она могла целиком быть расплавленной.
2) Трещинные вулканы. Они проявляются в излиянии лавы на земную поверхность по крупным трещинам или расколам. В отдельные отрезки времени, в основном на доисторическом этапе, этот тип вулканизма достигал довольно широких масштабов, в результате чего на поверхность Земли выносилось огромное количество вулканического материала - лавы. Мощные поля известны в Индии на плато Декан, где они покрывали площадь в 5.105 км2 при средней мощности от 1 до 3 км. Также известны на северо-западе США, в Сибири. В те времена базальтовые породы трещинных излияний были обеднены кремнеземом (около 50%) и обогащены двухвалентным железом (8-12%). Лавы подвижные, жидкие, и поэтому прослеживались на десятки километров от места своего излияния.
Мощность отдельных потоков была 5-15 м. В США, также как и в Индии накапливались многокилометровые толщи, это происходило постепенно, пласт за пластом, в течение многих лет. Такие плоские лавовые образования с характерной ступенчатой формой рельефа получили название платобазальтовилитраппов.
В настоящее время трещинный вулканизм распространен в Исландии ( вулкан Лаки ), на Камчатке ( вулкан Толбачинский ), и на одном из островов Новой Зеландии. Наиболее крупное извержение лавы на острове Исландия вдоль гигантской трещины Лаки, длиной 30 км, произошло в 1783 г., когда лава в течении двух месяцев поступала на дневную поверхность. За это время излилось 12 км 3 базальтовой лавы, которая затопила почти 915 км2 прилегающей низменности слоем мощностью в 170м. Сходное извержение наблюдалось в 1886 г. на одном из островов Новой Зеландии. В течении двух часов на отрезке 30 км действовала 12 небольших кратеров диаметром в несколько сотен метров. Извержение сопровождалось взрывами и выбросом пепла, который покрыл площадь в 10 тыс.км2 , около трещины мощность покрова достигала 75 м. Взрывной эффект усиливался мощным выделением паров из озерных бассейнов, прилегавших к трещине. Такие взрывы, обусловленные наличием воды, получили название фреатические. После извержения на месте озер образовалась грабенообразная впадина длиной в 5км и шириной 1,5-3 км.
3) Центральный тип.Это самый распространенный тип эффузивного магматизма. Он сопровождается образованием конусообразных вулканических гор; высота их контролируется гидростатическими силами. Дело в том, что высота h, на которую способна подняться жидкая лава плотностью pl , из первичного магматического очага, обусловлена давлением на него твердой литосферы мощностью H и плотностью ps . Эта зависимость может быть выражена следующим уравнением:
ghps=gHpl
где, g - ускорение силы тяжести.
(h-H)/H=(ps-pl)/ps
Выражение <h-H> и есть высота вулканической горы 5h; отношение (ps-pl)/psможно выразить как некий плотностной коэффициент j, тогда 5h = jH. Так как данное уравнение связывает высоту вулкана с мощностью литосферы через некий плотностной коэффициент, который для разных регионов различен, значит высота вулкана в разных районах земного шара различна.
Обобщая данные о деятельности вулканов центрального типа, ученные предложили классифицировать вулканы по характеру их деятельности (рис.1).
К гавайскому типу извержений относятся Мауна-Лоа, Килауэа на Гавайских островах, некоторые вулканы Исландии, Нямлягира и Нирагонго в Африке. По многим признакам к гавайскому типу близок Плоский Толбачик на Камчатке. Деятельность этих вулканов характеризуется спокойным, без взрывов, излиянием текучей базальтовой лавы и отсутствием мощных выделений газов и пара. Когда кратер переполняется, лава переливается через край и стекает по склонам, образуя длинные потоки. Склоны вулканов этого типа очень пологие, по форме они напоминают гигантский щит, поэтому их еще называют щитовыми вулканами.
По деятельности вулкана Стромболи выделен стромболианский тип извержений. Базальтовая лава этих вулканов несколько более вязкая, нежели у гавайских, но еще достаточно подвижная. Вулканические газы выделяются из нее со взрывами, образуя закрученные вулканические бомбы. Пепла нет или очень мало. Вулканы конической формы с усеченной вершиной состоят из переслаивания лав и продуктов взрывной деятельности т.е. представляют собой типичные слоистые вулканы (стратовулканы).
Для вулканского типа извержений, примером которого служит вулкан Вулкано на Липарских островах, характерна вязкая андезито-базальтовая лава, с трудом отдающая газы. Нередко лава закупоривает жерло вулкана. Газы скапливаются под вулканической пробкой и прорываются наружу с большой силой, выбрасывая бомбы, лапилли и пепел. Куски вязкой лавы в воздухе не могут закручиваться, но при охлаждении растрескиваются, приобретая вид хлебной корки. При извержениях происходит также излияние лавы в виде коротких потоков. Застывшая лава обладает глыбовой поверхностью.
Везувианский тип извержений близок к вулканскому, но отличается от него очень сильной взрывной деятельностью. Вулканические извержения этого типа обусловлены несколько более кислой, с большим количеством кремнезема, а поэтому более вязкой лавой. Накапливающиеся под лавовой пробкой газы и пары прорываются наверх, выбрасывая большое количество пепла, лапилли и бомб. Характерна форма бомб в виде лепешек и караваев с растрескавшейся поверхностью (скрученные формы не образуются из-за вязкого состояния лавы). Потоки лав короткие, обычно неправильной формы. Вулканы по типу строения принадлежат к стратовулканам. К везувианскому типу относятся Везувий и Этна в Италии, многие вулканы Камчатки и Курильских островов.
Плинианский тип извержения является дальнейшим развитием везувианского. Для него характерны сильные взрывы стремящегося кверху газа, который поднимается на высоту нескольких километров, а затем образует расширяющуюся тучу, по форме напоминающую крону итальянской сосны пинии. Сильные взрывы приводят к разрушению вулканического конуса.
Особенности вулканических извержений пелейского типа( от названия вулкана Мон-Пеле) обусловлены очень большой вязкостью выбрасываемой лавы, которая, застыв, прочно закупоривает жерло вулкана. Газы на глубине развивают огромное давление, и в конце происходит колоссальный взрыв с выбросом огромного количества пепла, бомб и газов. Эта газовая высоконагретая туча с температурой до 7000 С, наполненная каменным материалом, стремительно скатывается по склону вулкана, неся с собой разрушение и смерть. Одновременно туча разрастается вверх огромным кудрявым столбом. Такие высоконагретые тучи пепла и газа называются палящими тучами. К вулканам пелейского типа, кроме Мон-Пеле, относятся Катмаи на Аляске, Безымянный на Камчатке и др.