Когда плавятся камни

При слове «вулкан» большинство из нас наверняка представляют живописную гору вроде Эльбруса, японской Фудзиямы или исландского Эйяфьядлайёкюдля, который в 2010 году наделал шума в прессе — не в последнюю очередь благодаря своему названию.

Зато научное определение термина сухо и лишено всякой романтики: вулканом учёные называют место на планете Земля, где магма достигает поверхности.

Магма

образуется за счёт плавления пород мантии или земной коры и состоит из жидкости, кристаллов и газовых пузырьков. Излившуюся на поверхность и освободившуюся от газов магму называют лавой.

Проще говоря, далеко не каждый вулкан — гора (и уж точно не всякая гора — вулкан). К примеру, в Исландии, Мексике и Новой Зеландии можно найти так называемые трещинные вулканы. В отдельных случаях эти расщелины могут достигать длины в десятки километров. Некоторые вулканы в современном своём состоянии и вовсе представляют собой озёра, которые возникли в кратерах или котловинах, оставшихся после извержений. Курильское озеро на Камчатке — из их числа.

В последние годы всё больше специалистов соглашаются с мыслью, что определить, активен ли тот или иной вулкан, можно только с учётом всех его особенностей. Даже вулканы требуют к себе индивидуального подхода.

Наконец, часть учёных предлагают считать действующими только те вулканы, извержения которых непосредственно наблюдались людьми.

По понятным причинам в эту статистику попадают только наземные и надводные вулканы. Активность «огнедышащих гор», которые находятся на дне Мирового океана, скрыта от людского глаза, а потому их количество оценивается лишь приблизительно — 3500.

Разумеется, вулканические процессы идут не только на нашей планете, но и на других небесных телах Солнечной системы и наверняка за её пределами. Так, сотни действующих вулканов обнаружили на спутнике Юпитера Ио. В прошлом извержения — и весьма активные — происходили на Луне, Меркурии, Венере и Марсе. Однако механизмы земного и внеземного вулканизма могут значительно отличаться в деталях, поэтому учёные разделяют эти два понятия.

Попытки понять причины извержения вулканов предпринимались ещё в античные времена. До наших дней дошли труды Аристотеля, Посидония, Лукреция и других авторов, которые изучали это природное явление. Пожалуй, одно из первых подробных научных описаний вулканического извержения принадлежит древнеримскому писателю и политику Плинию Младшему: в двух письмах, адресованных историку Тациту, он рассказал о произошедшем в 79 году н.э. взрыве Везувия.

Жертвой природной катастрофы стал дядя автора письма — учёного Плиния Старшего и его спутников накрыло облако вулканических газов, и они погибли (в память об этой трагедии один из типов извержений назвали плинианским). Кроме того, города Помпеи, Геркуланум, Оплонтис и Стабии вместе со своими жителями оказались погребены под многометровым слоем пепла.

Плинианское извержение

— извержение, во время которого лава выбрасывается из жерла вулкана мощными взрывами, а столб пепла поднимается на высоту десятков километров.

Несмотря на достаточно долгое изучение вопроса, ещё в XIX веке представления о причинах вулканизма были во многом ошибочны. Учёные полагали, что наша планета внутри жидкая и под относительно тонкой земной корой постоянно плещется океан кипящей магмы. Вулканы же, согласно тем представлениям, появляются на месте разрывов в этой тверди. На деле всё оказалось гораздо сложнее.

Недра Земли действительно очень горячи — так, на глубине 100 км породы разогреты примерно до 1300–1500 °C. И чем ближе к центру планеты, тем выше температура. Однако с увеличением глубины растёт и литостатическое давление (сила, с которой горные породы давят на нижние слои), а значит, увеличивается и температура плавления вещества. В итоге не только земная кора, но и лежащая под ней мантия находятся в твёрдом состоянии, а процесс их плавления начинается строго при определённых условиях.

Самый очевидный, на первый взгляд, способ расплавить мантию — нагреть её. На практике повысить температуру и без того горячего вещества довольно сложно. Однако в некоторых местах нашей планеты это всё же происходит: там с большой глубины, с границы мантии и внешнего ядра, поднимается поток — мантийный плюм. Он на несколько десятков или даже сотни градусов горячее окружающих его пород. Плюм буквально прожигает земную кору, а из-за непрерывного движения литосферной плиты на поверхности планеты появляется цепочка вулканов. Такие регионы специалисты называют горячими точками. К их числу относятся, например, Гавайские острова и самый известный вулкан на планете — Йеллоустоун.

Горячие точки

Снижение давления также способно привести к плавлению мантийных пород. Такие процессы происходят на дне океанов, где земная кора значительно тоньше, чем под материками. Мантия напирает снизу и буквально раздвигает в стороны литосферные плиты: давление падает быстрее, чем снижается температура пород, и возникает расплав. В результате подводных извержений образуются срединно-океанические хребты (СОХ) — целые горные системы на дне океанов. Это наиболее активные зоны вулканизма на нашей планете — на их долю, по оценке специалистов, приходится около двух третей объёмов лавы, извергаемой за год.

срединно-океанические хребты (СОХ)

Наконец, горячая мантия переходит из твёрдого состояния в жидкое при понижении температуры плавления — для этого в разогретую породу достаточно добавить обычную воду. Такое происходит при стыке литосферных плит, когда более лёгкая океаническая плита подныривает под более массивную континентальную. Насыщенные водой минералы оказываются на большой глубине и снижают температуру плавления окружающих их пород. Вот почему окраины большинства материков, в том числе Камчатский полуостров, изобилуют вулканами.

Зона субдукции