Вулкан похож на обычную гору только снаружи. Под его склонами скрываются трещины, каналы и области, где находится магма. Почему расплавленная порода поднимается вверх, чем магма отличается от лавы и почему один вулкан спокойно выпускает потоки лавы, а другой взрывается с облаками пепла?
Как устроен вулкан?
Вулкан — это не просто гора, а место, где магма, вулканические газы и обломки пород могут выходить из глубины Земли на поверхность.
Самая заметная часть — вулканический конус. Но гора является только верхушкой гораздо более сложной системы.
В упрощённой школьной схеме можно выделить несколько основных частей:
- кратер — углубление возле вершины или вокруг жерла;
- жерло, или вулканический канал — путь, по которому магма движется к поверхности;
- боковые каналы и трещины — дополнительные пути выхода магмы;
- магматические резервуары — области под землёй, где находится и перемещается магма;
- слои лавы, пепла и обломков — материал прошлых извержений, из которого постепенно растёт вулканическая гора.
Важно не воспринимать эту схему как чертёж трубы, уходящей прямо к центру планеты. Настоящая вулканическая система намного запутаннее.
Что находится внутри вулкана?
Под вулканом нет одного пустого зала, доверху наполненного жидкой магмой.
Учёные всё чаще представляют магматические системы как сложную сеть участков расплава, горячих пород, кристаллов, трещин и каналов.
В некоторых системах большая часть вещества может оставаться почти твёрдой, а расплав занимает только часть пространства между кристаллами.
Из таких областей отдельные порции магмы способны перемещаться, смешиваться и подниматься выше.
Откуда берётся магма?
Магма образуется не в центре Земли, а значительно ближе к поверхности — главным образом в верхней мантии и местами в земной коре.
Мантия при этом вовсе не является океаном жидкой лавы. Большая её часть — твёрдая горячая порода, способная очень медленно течь на геологических масштабах времени.
Чтобы часть породы расплавилась, должны измениться условия. Например, давление может уменьшиться при подъёме вещества мантии, или вода из погружающейся тектонической плиты может снизить температуру плавления окружающих пород.
Так появляются участки расплава — будущая магма.
Как образуются вулканы?
Большинство действующих вулканов связано с движением тектонических плит.
Там, где плиты расходятся, вещество мантии поднимается выше, давление уменьшается и часть пород плавится.
Там, где одна океаническая плита погружается под другую, вода и другие летучие вещества из погружающейся плиты помогают плавлению пород выше неё. Так возникают вулканические дуги.
Есть и третий вариант — горячие точки. Они могут находиться далеко от границ плит. Самый известный пример — Гавайи.
Чем магма отличается от лавы?
Магмой называют расплавленное или частично расплавленное горное вещество под землёй. После выхода на поверхность его называют лавой.
То есть речь не о двух совершенно разных веществах. Главное различие — место.
Под землёй — магма.
На поверхности — лава.
Но при подъёме происходят важные изменения. Давление уменьшается, растворённые газы начинают выделяться из магмы, а после выхода наружу расплав быстро теряет тепло и постепенно застывает.
Почему магма поднимается вверх?
Магма может быть менее плотной, чем окружающие её твёрдые породы, поэтому получает возможность подниматься.
Но путь наверх не является прямой трубой. Магма продвигается через трещины, может задерживаться в резервуарах, охлаждаться, смешиваться с другой магмой или вообще не добраться до поверхности.
Когда магма внедряется в трещину, она способна раздвигать окружающие породы. Это движение иногда сопровождается небольшими землетрясениями.
Именно поэтому вулканологи внимательно следят не только за кратером, но и за тем, что происходит глубоко под ним.
Почему извергаются вулканы?
Извержение начинается, когда магма и содержащиеся в ней газы получают путь к поверхности.
Глубоко под землёй высокое давление позволяет значительной части газов оставаться растворёнными в магме.
По мере подъёма давление уменьшается. Газ начинает выделяться и образовывать пузырьки.
Знакомый пример — бутылка газированной воды. Пока она закрыта, углекислый газ удерживается под давлением. После открытия давление падает и появляются пузырьки.
Магма устроена гораздо сложнее газировки, но принцип уменьшения давления помогает понять, почему количество пузырьков при подъёме увеличивается.
Как происходит извержение вулкана?
Магма поднимается по трещинам и каналам. Чем ближе поверхность, тем сильнее расширяются пузырьки газа.
Если расплав и газ доходят до жерла или новой трещины, начинается извержение.
На поверхность могут выходить:
- потоки лавы;
- вулканические газы;
- пепел;
- капли и куски раскалённой лавы;
- более крупные обломки пород.
При этом извержение совсем не обязательно выглядит как один гигантский взрыв из вершины конуса. Лава может вытекать из длинных трещин на склоне, а активный центр способен меняться во время одного извержения.
Почему одни вулканы извергаются спокойно, а другие взрываются?
Одна из главных причин — вязкость магмы, то есть насколько легко она течёт.
В жидкой магме пузырькам газа проще подниматься и выходить наружу. Давление может сбрасываться постепенно, а на поверхности появляются потоки и фонтаны лавы.
В очень вязкой магме пузырьки двигаются гораздо хуже. Газ оказывается заперт, давление растёт, и когда система наконец разрушается, извержение может стать значительно более взрывным.
На вязкость сильно влияет химический состав магмы, в том числе количество кремнезёма, а также температура и содержание кристаллов.
Что такое кратер и жерло?
Жерло — это отверстие или канал, через который продукты извержения достигают поверхности. Кратер — углубление возле такого выхода.
Кратер не обязательно является открытым колодцем прямо к магматическому резервуару.
Канал может быть сложным, разветвляться, перекрываться застывшей породой или вообще перестать использоваться.
Кроме того, новые трещины способны открываться в других частях вулканической системы.
Спит ли вулкан, если он не извергается?
Долгая тишина ещё не означает, что под вулканом ничего не происходит.
Магма может двигаться на глубине, газы — выходить через трещины, а породы — деформироваться.
Поэтому вулканологи используют сразу несколько способов наблюдения:
- регистрируют землетрясения;
- измеряют поднятие, опускание и наклон поверхности;
- следят за составом и количеством газов;
- используют GPS и спутниковые измерения;
- анализируют температуру и продукты прошлых извержений.
Ни один из этих признаков сам по себе не является волшебной кнопкой «извержение завтра». Учёные сопоставляют множество изменений и пытаются понять, что происходит внутри всей системы.
Можно ли заглянуть внутрь вулкана?
Спускаться по жерлу, конечно, нельзя.
Но вулканологи научились исследовать глубину косвенно.
Сейсмические волны проходят через разные породы с разной скоростью. По их поведению можно строить модели внутреннего строения.
Изменения поверхности позволяют понять, где породы расширяются или сжимаются. Состав газов и лавы рассказывает, что происходило с магмой до извержения.
Так из множества отдельных измерений постепенно возникает карта невидимой подземной системы.
Простой опыт: что давление делает с газом
Один принцип извержения можно увидеть на обычной газированной воде.
Возьми вместе со взрослым закрытую прозрачную бутылку газировки и не встряхивай её. Посмотри, сколько пузырьков видно внутри.
Пусть взрослый медленно откроет крышку.
После падения давления пузырьков станет заметно больше.
Это не модель вулкана целиком: магма гораздо сложнее воды, а вулканическое извержение зависит от множества факторов. Но опыт хорошо показывает одну важную идею — когда давление уменьшается, растворённому газу легче образовывать пузырьки.
Строение вулкана — короткий ответ
Вулкан состоит не только из видимой горы. Под ней находится сложная система трещин, каналов и областей хранения магмы. К поверхности магма может подниматься благодаря разнице плотности, давлению и открывающимся путям в породах.
Когда магма выходит наружу, её называют лавой. При уменьшении давления из магмы выделяются газы. Если им легко выходить, извержение может быть сравнительно спокойным; если вязкая магма удерживает газ, давление способно накапливаться и извержение становится более взрывным.
А сам вулкан постепенно растёт из продуктов предыдущих извержений — лавы, пепла и обломков пород.
Читайте также
- Почему Земля круглая?
- Что живёт на самом дне океана?
- Почему море солёное?
- Что такое северное сияние и как оно появляется?
- Почему идёт дождь?