Извержения вулканов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общая характеристика вулканических извержений как источника чрезвычайных ситуаций природного характера

1.1 Условия, причины, механизм возникновения

1.2 Количественная характеристика вулканических извержений

1.3 Географические особенности распространения

1.4 Классификация вулканов

2. Прогнозирование вулканических извержений

2.1 Виды прогноза

2.2 Методы прогнозирования

3. Мероприятия по защите и уменьшению последствий вулканических извержений

3.1 Поражающие факторы и разрушающие воздействия, прямой и косвенный ущерб

3.2 Предупреждение и меры защиты

3.3 Оперативные меры при непосредственной угрозе чрезвычайных ситуаций. Поведение населения

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение

извержение вулкан лава

Грандиозность вулканических явлений и вызываемые ими разрушения с древних времен привлекали внимание людей и вызывали у них страх. Почти у всех народов встречаются легенды о горах, извергающих огонь. Здесь воочию выступают вырвавшиеся из недр Земли «силы ада»: раскаленная лава, горячие пеплопады, палящие тучи, грязевые потоки.

Убытки и жертвы от извержений бывают весьма велики. Но вулканический пепел и разрушающиеся лавы делают почвы весьма плодородными. Люди давно это знали и с незапамятных времен селились близ вулканов, считавшихся потухшими. Классический пример тому - индонезийский остров Ява, где находится 35 действующих вулканов, причем 20 из них весьма активны; плотность же населения на этом острове достигает 600 человек на квадратный километр. То же самое можно сказать про Японию, Никарагуа и другие страны мира. Вместе с тем, в большинстве своем именно потухшие вулканы становились источником наиболее крупных вулканических пароксизмов. В нашей стране огромное множество вулканов располагается на Камчатке. В прошлом здесь вулканические катастрофы были очень часты и разрушительны. Будут они, без сомнения, происходить и в будущем. Таким образом, исследование вулканических извержений является остро актуальным, ведь для успешной борьбы с последствиями природных катастроф нужно вплотную заняться изучением внутренних закономерностей этих грозных природных явлений.

Извержениям вулканов посвящена значительная литература, как популярная, так и специальная, научная. Так, можно назвать работы Влодавца В.И. «Вулканы мира», Лучицкого И.В. «Основы палеовулканологии», Неймайра М. «Вулканы и землетрясения», Павлова А.П. «Вулканы, землетрясения, моря и реки», Резанова И.А. «Великие катастрофы в истории Земли», Тазиева Г. «Когда Земля дрожит», Шебалина Н.В. «Закономерности в природных катастрофах», Шейдеггера А.Е. «Физические аспекты природных катастроф» и др. Но нужно отметить, что все указанные работы изданы, как минимум, два-три десятилетия назад, а начиная с конца 1980-х годов практически публикация научных трудов, посвященных вулканам, прекратилась, имело лишь место переиздание ранее изданного. Между тем, острая актуальность темы предполагает необходимость ее дальнейшей разработки.

Целью настоящей работы является изучение вулканических извержений как чрезвычайных ситуаций природного характера. Названная цель определила следующие задачи работы:

1) общая характеристика вулканических извержений - их условий, причин, механизма, количественных данных, географии распространения, видов;

2) исследование возможностей и методов прогнозирования вулканических извержений;

3) анализ мероприятий по защите населения и уменьшению негативных последствий извержения вулкана.

Методологический инструментарий определенных целей и задач, входящих в предмет исследования, включает в себя использование следующих методов:

- картографического, что предполагает всестороннее изучение географических карт;

- анализа, т.е. мысленного расчленения, разложения объекта на составные элементы в целях выявления их системных свойств и отношений;

- синтеза, т.е. соединения выделенных в анализе элементов изучаемого объекта (вулканических извержений) в единое целое.

Работа структурно состоит из введения, в котором определена актуальность исследования, намечены его цель и задачи; трех глав основной части, разбитых на параграфы, в каждом из которых последовательно решаются вышеперечисленные задачи работы; краткого заключения, в котором подводятся итоги исследования.

1. Общая характеристика вулканических извержений как источника чрезвычайных ситуаций природного характера

1.1 Условия, причины, механизм возникновения

Если мы попытаемся определить точно, что мы, собственно, понимаем под словами «природная катастрофа», тo сразу же окажется, что тут далеко не все ясно. Под природной катастрофой мы обычно понимаем какое-то неожиданное, страшное по своим последствиям для человека нарушение нормального хода природных явлений (см. рис. 1 в приложении 1). Но такое «обычное» понимание неверно хотя бы потому, что способствует формированию неправильного, фаталистического отношения к катастрофам. Если это срыв нормального хода природных процессов, срыв неожиданный и неотвратимый, то нет смысла что-то предпринимать заранее: приготовимся сегодня здесь, а ударит послезавтра совсем в другом месте... Но внимательное изучение различных природных явлений показывает, что «нормальный геофизический процесс включает в себя различного рода быстрые вариации, отклонения, срывы» Матошко И.В. Жизненные ресурсы Земли. 2-е изд. Минск, 2009. С. 78. .

Рассмотрим механизм возникновения вулканического извержения. Планета Земля (рис. 2 в приложении 2) состоит из следующих основных частей (считая от центра): твердого внутреннего ядра; жидкого основного ядра; твердой слабопластичной мантии (в ней выделяют более пассивную нижнюю мантию, менее однородную и более активную верхнюю мантию и переходный к литосфере разогретый и размягченный слой -- астеносферу), твердой литосферы (верхний ее слой толщиной 5-15 км под океанами и 25-70 км на континентах называется земной корой); прерывистой жидкой гидросферы (океаны, моря, озера, реки; к гидросфере обычно относят плавающий лед и ледниковый и снежный покров); газовой атмосферы (состоящей из тропосферы и стратосферы); наконец, магнитосферы, состоящей в основном из заряженных частиц в сильноразреженном состоянии. Далее идет космическое пространство См.: Влодавец В.И. Вулканы мира. 2-е изд. М., 2007. С. 19-20. .

Во всех оболочках Земли идут процессы, так или иначе влияющие на тонкий пограничный слой между земной корой, гидросферой и тропосферой, в котором развиваются жизнь и техническая деятельность человечества. Правда, не все эти процессы уже открыты и изучены.

Внутреннее ядро считается стабильным, процессы в нем неизвестны. Правда, существуют предположения, что внутреннее ядро с веками может менять свое положение, слегка «болтаясь» в жидком основном ядре, и это вызывает различные медленные возмущения природных процессов в Земле См. там же. .

Основное ядро не пропускает поперечные сейсмические волны, зато его электропроводность высока. В проводящей жидкой среде основного ядра циркулируют круговые электрические токи. Эти кольцевые токи создают внешнее магнитное поле Земли.

Ядро Земли не обладает сверхпроводимостью, поэтому существует какой-то механизм, поддерживающий круговую циркуляцию токов. Работа этого механизма самовозбуждения («земное динамо») еще не вполне ясна, но известно, что время от времени он портится, система токов распадается, дробясь на отдельные части, пока не устанавливается вновь в противоположном направлении. В эти периоды земное магнитное поле ослабевает в несколько раз, магнитные полюса спиралями «гуляют» по Земле, пока наконец снова не успокаиваются, поменявшись местами. Этот процесс геомагнитной инверсии длится тысячи лет. «Слабеющее магнитное поле не может в это время служить броней от космического излучения, потоки заряженных частиц солнечного и космического происхождения устремляются к поверхности Земли, при этом сильно меняются условия прохождения радиоволн, а все живое испытывает сильное радиационное воздействие» Муранов А.П. Волшебный и грозный мир природы. 2-е изд. М., 2004. С. 90. . В исторический период такие катастрофы не происходили, и пока нет указаний на возможность геомагнитной инверсии в близком будущем.

Активные процессы идут на границе ядра и нижней мантии, однако они имеют значение лишь для процесса развития Земли в целом. Процессы на этой границе и в самой нижней мантии, которые порождали бы природные катастрофы, нам не известны.

В верхней мантии происходит медленное, но активное перемещение твердого, пластичного вещества. Скорость этих процессов несколько сантиметров в год. Даже этого достаточно для сильного воздействия мантии на вышележащие слои. В самой мантии на глубинах от 70--90 до 600--650 км в отдельных местах Земли неоднородности и механические напряжения настолько велики, что там возникают очаги глубоких землетрясений, иногда очень мощных. Те из них, которые лежат на глубине от 300 до 70 км, иногда приводят к тяжелым последствиям на поверхности Земли, т.е. вызывают стихийные бедствия См.: Алексеев Н.А. Стихийные явления в природе. 2-е изд. М., 2008. С. 56. .

Астеносфера сильно разогрета за счет выделения больших количеств тепла от радиоактивного распада неустойчивых изотопов, рассеянных в ее толще. Местами температура в астеносфере почти достигает точки плавления и при небольших снижениях давления породы плавятся, образуя глубинные магматические очаги -- источник вулканических извержений. Находящаяся под большим давлением магма по трещинам просачивается наверх, образуя вторичные магматические резервуары на глубине нескольких километров.

Извержение вулкана связано с поднимающимися с больших глубин расплавленными лавами Лава от магмы отличается тем, что не содержит газов, они улетучиваются при извержении.. Возникновение таких расплавов вызвано переходом твердых горных пород в жидкое состояние, а это значит -- увеличение их объема на 5-10%. Изменение объема вследствие развивающегося в жидком расплаве гидростатического давления вызывает подъем вверх этого расплава. Проникновение расплава на дневную поверхность зависит от прочности и монолитности земной коры. Если последняя расчленена разломами, то происходят относительно спокойные извержения, иногда сопровождающиеся ее фонтанированием (извержения гавайского типа).

Но расплав может оказаться в обстановке, затрудняющей его подъем на земную поверхность. В этом случае расплав затвердевает на глубине, образуя крупный гранитный массив, или вызывает проплавление расположенных над ним горных пород.

По мнению Дж. Форхугена, определяющим является количество газов в лаве См. об этом: Болт Б.А., Хорн У.Л., Макдоналд Г.А. и др. Геологические стихии: землетрясения, цунами, извержения вулканов, лавины, оползни, наводнения. 2-е изд. М., 2008. С. 45.. При высоком давлении вода и газы находятся в магме в растворенном состоянии. Когда с приближением к земной поверхности давление начинает падать, вода переходит в газообразное состояние. Богатая газами лава как бы «вскипает» от накапливающихся в ней пузырьков (как газированная вода в бутылке). Когда газовых пузырьков становится много, они соединяются друг с другом и лава оказывается раздробленной на мельчайшие частицы. Начавшаяся кристаллизация лавы увеличивает давление паров воды. Возрастание давления паров в такой газовой камере приводит в конечном счете к взрыву, разрушающему закрывающие ее сверху пласты горных пород. Скопившаяся в недрах газовая эмульсия еще жидкой лавы выбрасывается в атмосферу, мельчайшие пузырьки тотчас застывают и в виде вулканического пепла разносятся по воздуху, а затем падают обратно на землю.

Начальное давление взрыва может достигать 1500-3000 атмосфер (извержение вулкана Безымянного) См.: Резанов И.А. Великие катастрофы в истории Земли. 2-е изд. М., 2004. С. 67-68. . Такое огромное давление создается, вероятно, в результате цепных реакций, развивающихся в газовой фазе. При этих реакциях происходит выделение тепла, и, таким образом, извержение приобретает характер теплового взрыва. После взрыва обычно наступает обрушение кровли подземной полости, откуда была выброшена эмульсия магмы. Возникшая воронкообразная впадина с изрезанными краями стала именоваться кальдерой (в переводе с португальского -- котел). Впервые этот термин применительно к вулканам употребил 150 лет назад известный немецкий ученый-геолог Л. фон Бух. Он так назвал огромный вулканический кратер на острове Пальме Канарского архипелага. Вот что писал Л. фон Бух об этом кратере: «Перед путешественником открывается бездна во всем ее величии. Едва ли где-нибудь в другом месте можно найти такую же ужасную пропасть. Середина кальдеры достигает 2257 футов в высоту; еще много выше находится подножие крутых скал, которые дают обрывы более чем в 4000 футов. Где же можно видеть что-либо подобное? Где величественные скалы окружают такую котловину?» Цит. по: Лучицкий И. В. Основы палеовулканологии. 2-е изд. М., 2000. С. 102. .

С тех пор кальдерами стали именовать и все крупные отрицательные формы вулканического рельефа.

X. Вильяме разделяет кальдеры на четыре главные группы: 1) взрывные; 2) образующиеся вследствие обрушения; 3) смещенные от взрыва и обрушения; 4) эрозионные. Наиболее распространена вторая группа, куда относятся кальдеры вулканов Кракатау, Катмай, Килауэа См.: Кукал З. Природные катастрофы. 2-е изд. М., 2005. С. 52. .

Эксплозивная (взрывная) кальдера образуется в результате взрыва. Примером может служить возникновение в 1888 г. кальдеры вулкана Бандая в Японии. После тысячелетнего перерыва в течение минуты произошло до 20 взрывов. Было выброшено более 1 км³ породы. Вершина и значительная часть северного склона вулкана были разрушены, возникла подковообразная впадина площадью 3,5 км². Внутри образовавшегося амфитеатра обнаружилось испускающее пары жерло вулкана в виде трещины, через которую поступал раскаленный материал.

Тот факт, что взрывные извержения Кракатау или Санторина неоднократно происходили на одном и том же месте (в пределах одной кальдеры), свидетельствует, что под таким вулканом длительное время работает один и тот же подводящий канал. В его верхней части, по-видимому, на сравнительно небольшой глубине (1-2 км) происходила концентрация газовых пузырьков. В конечном счете общее накопление внутренних напряжений в расплаве и в его газовой фазе приводит к взрыву, тем более сильному, чем большие напряжения накопились за период относительного покоя.

В лавах, газах, водах термальных вулканических источников содержится много различных химических веществ: сера, бром, бор, литий, йод, борная кислота, металлы и их соли, радиоактивные вещества и редкоземельные элементы. В отложениях древних вулканов находят руды металлов -- золота, серебра, ртути, олова, меди.

Но еще большую беду, причем в глобальном масштабе, может нанести почти не изученное грозное явление природы, тоже связанное с вулканической деятельностью планеты. Это описал известный французский вулканолог Г. Тазиев, посетивший многие вулканы мира и в течение ряда лет занимающийся изучением вулканической деятельности на земном шаре: «Всеми силами я стараюсь пробудить у читателей страх перед потухшими вулканами. Однако есть еще более грозное явление: ингимбритовые потоки. Только одно-единственное и относительно умеренное излияние ингимбригов зафиксировано в нашем летоисчислении, но и оно распространилось на 30 км при ширине 5 км и 200-метровой толщине ингимбритового слоя...» Тазиев Г. Когда Земля дрожит. 2-е изд. М., 2003. С. 90..

Тазиев имеет в виду взрыв и извержение вулкана Катмай на Аляске в 1912 г. Но в истории Земли были катаклизмы значительно более грандиозные, чем этот. Мощные толщи ингимбритов обнаружены в Японии, Индонезии, США, Италии, в странах Центральной и Южной Америки, причем в первых двух из перечисленных выше стран эти отложения являются более молодыми.

Исследования районов, где бушевали потоки ингимбритов, заставляют вулканологов предполагать, что процесс извержения лав происходит под колоссальным внутренним давлением земных недр. Магма буквально выплескивалась из внезапно образовавшихся трещин и отверстий в земной коре, причем огненные потоки расплавленных пород с большой скоростью распространялись вокруг, покрывая обширные участки земной поверхности мощными покровами лавы. От них практически спастись было невозможно.

Г. Тазиев отмечает, что при современном росте населения и скученности его в отдельных областях катастрофы могут принимать глобальный характер... Потоки ингимбритов потенциально угрожают всему живущему на Земле. «Подобно гигантской мине, -- пишет ученый, -- скрытой в недрах Земли, ингимбриты угрожают обширным областям нашей планеты, в том числе и районам, считающимся застрахованными от опасности вулканических извержений...» Там же. С. 95..

Вот только остается неизвестным, когда потоки ингимбритов станут реальной угрозой для населения земного шара -- через сто, тысячу лет? Забьет ли один гигантский поток лавы, или миру станет угрожать сразу несколько таких очагов? Это научные предположения ученого, достоверно пока еще не подтвержденные.

Вулканы не только разрушители, но и созидатели. На поверхности Земли ими созданы многие горы, плато, равнины, острова. С течением времени на поверхности лавовых покровов образуется слой почвы, обладающей большой плодородностью. Поэтому в таких районах издавна селились люди, несмотря на то, что соседство с грозными вулканами часто ничего доброго не предвещало. Созидательная работа происходит и в недрах земли. Магма, не найдя выхода на земную поверхность, заполняет пустоты и трещины и, остывая, образует глубинные, или интрузивные горные породы (граниты, сиениты, диориты, габбро). Камень туф - дар вулканов, масса, выброшенная из земных недр и спрессованная самой природой. Туф -- прекрасный строительный материал: прочен, легок, декоративен, легко обрабатывается, хорошо защищает жителей от жары и сырости. Но главное качество -- то, что он дешев и его так много, что можно построить тысячи больших городов Павлов А.П. Вулканы, землетрясения, моря и реки. М., 1948. С. 20-21..

Итак, в основе природных катастроф лежат закономерные геофизические процессы, в ходе которых время от времени при существенном участии ряда случайных факторов создаются заметные отклонения от среднего состояния среды Неймайр М. отмечал, что «среда -- это именно то, что любит вести себя «в среднем». См.: Неймайр М. Вулканы и землетрясения. СПб., 1902. С. 18. . Эти отклонения -- будем называть их экстремальными геофизическими ситуациями (ЭГС) -- и являются первым необходимым (но еще не достаточным!) условием возникновения природной катастрофы.

1.2 Количественная характеристика вулканических извержений

Вулкан как единое целое состоит из трех главных частей: магматического очага, залегающего обычно на глубине 30--100 км, канала, ведущего от магматического очага наверх, и конусообразного горного сооружения, сложенного из излившихся и затвердевших пород. Нередко от главного вертикального ствола-канала отходят ответвления, образующие боковые (паразитические) конусы на общем склоне вулкана (см. рис. 3 в приложении 3). Температура магмы в очаге достигает 1300-1500 °С, а при выходе на поверхность земли несколько ниже -- 1200-1300 °С.

Рассмотрим некоторые количественные характеристики вулканических извержений.

Извержение вулкана Тамбора на острове Сумбава в апреле 1815 г. обычно считается сильнейшим вулканическим взрывом за несколько последних столетий. Общий объем изверженного материала составил около 100 км³. Слой пепла толщиной более 25 см выпал на площади 300 000 км². На территории двух островов были полностью уничтожены посевы, и общее число жертв самого извержения и последовавшего голода и болезней составило 92 тыс. человек (С* = 190 тыс. человек, 1_с =10,3 С* - число убитых, приведенное к населенности 1950 г., 1_с - категория катастрофы по числу жертв. См.: Шебалин Н.В. Закономерности в природных катастрофах. 2-е изд. М., 2005. С. 8.).

При взрыве вулкана Кракатау 26-28 августа 1883 г. объем выброшенной массы составил 16 км³. Обрушения подводных частей вулкана вызвали гигантскую водяную волну (цунами) высотой до 30 м. Близлежащие островки были покрыты 15-метровым слоем пепла и пемзы, перекрытым 60-метровым слоем отложений палящих туч. Число жертв составило около 36000 человек.

В 1980-х гг. после раскопок в Геркулануме были пересмотрены оценки числа жертв извержения Везувия в 79 г. н.э. По-видимому, при этом извержении погибли 8-10 тыс. человек, из них все 5000 жителей Геркуланума. Число жертв, приведенное к населенности 1950 г., составляет 117 тыс. человек, что делает это извержение одним из самых трагичных в истории человечества, недаром ему уделяется столько внимания. Приведенная оценка не является завышенной: в настоящее время в кальдере Поццуоли, в ближайших окрестностях Везувия, проживает около 200 тыс. человек. При внезапном выбросе «палящей лавины» все они могут погибнуть.

Самый большой выброс тефры при взрыве был во время извержения вулкана Тамбора в 1815 г. -- 100 км³. Однако примерно 9500 лет назад при извержении вулкана Туба в Индонезии было выброшено не менее 1000 км³ тефры. Надо признать, что по энергии единичных событий -- до 10²⁰ Дж -- извержения могут даже превзойти сильнейшие землетрясения (сейсмическая энергия до 3?10¹⁸ Дж, полная энергия -- до (3?10)10¹⁹ Дж).

Самое маленькое излияние лавы (1,2 м³) зарегистрировано при извержении небольшого вулкана Крафла в Исландии в 1977 г. Там же в 1783 г. отмечено самое большое за историческое время излияние, когда вулкан Лакачигар извергнул 12,3 км лавы (в 10 млрд. раз больше). По данным Суон-сона и Райта, при одном извержении за 15 000 лет до н.э. излилось около 700 км лавы, покрывших территорию около 1000 км в северо-западной части США.

За 24 года (1977-2000) общее число жертв вулканических извержений составило 7220 человек (300 человек в год), что в 20 раз меньше числа жертв от землетрясений за это же время См.: Аргументы и факты. 2004. 12 дек. . По оценке Г.А. Макдональда, за последние пятьсот лет произошло около 500 вулканических извержений, в результате которых погибло около 200 тыс. человек, т.е. 400 чел/год См.: Болт Б.А., Хорн У.Л., Макдоналд Г.А. и др. Указ. соч. С. 45..

На полуострове Камчатка, в центре Ключевской группы вулканов-гигантов, расположилась относительно небольшая по высоте сопка (3085 м), которая из-за своей невыразительности так и не получила имени и в каталогах вулканов фигурировала под названием Безымянной. Сопка эта считалась потухшим вулканом. О ее пробуждении возвестили подземные толчки, зарегистрированные на вулканологической станции Ключи, расположенной в 45 км от Безымянной. Извержение началось на заре 22 октября 1955 г. Из Ключей были замечены клубы белого дыма, появившиеся за восточным склоном Ключевского вулкана. Затем стал падать пепел. За несколько дней поднимавшийся над кратером темный султан из вулканических выбросов достиг высоты 8 км. В чудовищной туче ночью были видны огромные молнии. Взрывы, один сильнее другого, не прекращались в течение всего ноября. В отдельные дни пелена пепла, нависшая над вулканом, была настолько густой, что не пропускала солнечных лучей: в Ключах зажигали в домах лампы, а машины шли с включенными фарами. За месяц кратер вулкана расширился с 250 до 800 м.

В конце ноября активность вулкана понизилась, извержения происходили все реже и слабее, но в кратере начал расти купол из вязкой лавы, закрывший выход вулканическим газам. Давление в вулкане достигло такой силы, что давно затвердевший древний купол, примыкавший к вулкану, постепенно поднялся почти на 100 м и сместился к юго-востоку.

Наконец, 30 марта 1956 г. произошел гигантский взрыв. Над вулканом взметнулся косой огненный столб, клонившийся к востоку под углом 30°. Над ним тоже наклонно клубился черный дым, который спустя одну-две минуты закрыл вершины гор. Туча пепла, словно гигантский веер, устремилась вверх и в стороны, достигнув высоты около 40 км. В Усть-Камчатске, т.е. в 120 км от вулкана, эта туча заслонила весь горизонт. Она казалась непроницаемо черной, только светлые края ее в лучах заходящего солнца были ярко-золотистыми. Спустя четверть часа после взрыва заметили струю газа, взметнувшуюся над черным покрывалом. Она достигла высоты 45 км. Вскоре пепловая туча накрыла вулканологическую станцию Ключи. Начался пеплопад. Сначала падали отдельные крупные песчинки размером до 3 мм. Казалось, что это сильный град бьет по оконному стеклу. Постепенно пеплопад усилился, и скоро наступила такая непроницаемая тьма, что невозможно было разглядеть предмет, поднесенный к глазам. Площадь, покрытая пеплом, имела в длину 400 км, а в ширину -- 100-150 км. Общий его объем составил не менее 0,5 млрд. м³.

Но полное представление о происшедшей катастрофе было получено лишь после того, как удалось побывать около вулкана. Безымянный неузнаваемо изменился. Из правильного, слегка усеченного конуса он превратился в полукольцевую кальдеру. Древний купол, приподнятый еще на первой стадии извержения, теперь отсутствовал. На месте вершины и юго-восточного склона горы зиял огромный кратер в виде полукольца размером 15002000 м. Вершина вулкана была снесена взрывом. Высота его уменьшилась почти на 200 м.

На расстоянии свыше 10 км все было погребено под полуметровым слоем вулканических песков. Струи этого песка содрали кору с деревьев в радиусе до 30 км. Все тонкие деревья были сломаны. Дом -- база вулканологов (к счастью, без людей), расположенный в 12 км от места извержения, в буквальном смысле слова был сдут с лица земли: от него не осталось ни одной доски.

Под огромной толщей упавшего с неба раскаленного песка началось бурное таяние снега. Возникшие мощные грязевые потоки, увлекая обломки скал в сотни тонн весом, устремились по долинам, уничтожая все на своем пути.

После пароксизма 30 марта наступила последняя фала извержения. В новом громадном кратере начали расти два купола. Когда в августе начальник вулканической станции Ключи Г.С. Горшков совершил восхождение на Безымянный, первый из этих куполов достигал высоты 320 м. В ноябре извержение закончилось См.: Гангнус А. Тайна земных катастроф. М., 2005. С. 189-192..

Извержение Безымянного произошло в совершенно безлюдной местности. Самая крупная вулканическая катастрофа прошедшего века не унесла ни одной жизни.

1.3 Географические особенности распространения

В начальную стадию развития нашей планеты вулканы покрывали, вероятно, всю ее поверхность. Позже они стали возникать лишь вдоль крупных разломов в земной коре. Большинство вулканов не сохранилось: горообразовательные процессы и эрозия рек разрушили их. Те вулканические горы, которые встречаются сейчас на поверхности нашей планеты, возникли сравнительно недавно -- в четвертичном периоде.

Современные вулканы сосредоточены на Земле вдоль определенных зон (поясов), характеризующихся высокой тектонической подвижностью. «В этих поясах обычно происходят разрушительные землетрясения; тепловой поток из недр Земли здесь в несколько раз выше, чем в спокойных областях» Шебалин Н.В. Указ. соч. С. 20. .

Наиболее крупным на нашей планете является Тихоокеанское огненное кольцо, где находится 526 вулканов. Из них 328 извергалось в историческое время. На российской территории в Тихоокеанское огненное кольцо входят вулканы Курильских островов (140) и полуострова Камчатки (28). Наиболее активными по частоте и силе извержения являются вулканы Ключевской, Нарымский, Шивелуч, Безымянный, Ксудач.

Второй крупный вулканический пояс протягивается через Средиземноморье, Иранское плоскогорье к Зондскому архипелагу. В его пределах находятся такие вулканы, как Везувий (Италия), Этна (полуостров Сицилия), Санторин (Эгейское море). В этот пояс попадают и вулканы Кавказа и Закавказья. На Большом Кавказском хребте высятся два вулкана: Эльбрус (5642 м) и двухвершинный Казбек (5033 м). В Закавказье, на границе с Турцией, разместился вулкан Арарат с конусом, покрытым снежной шапкой. Немного восточнее в хребте Эльбрус, обрамляющем с юга Каспийское море, расположен красивейший вулкан Демавенд. Много вулканов (63, из них 37 действующих) в Зондском архипелаге (Индонезия).

Третий крупный вулканический пояс протягивается вдоль Атлантического океана. Здесь насчитывается 69 вулканов, из них 39 извергалось в историческое время. Наибольшее число вулканов (40) на острове Исландия, расположенном по оси подводного срединно-океанического хребта, причем 27 из них уже заявляли о своей активности в историческое время. Вулканы Исландии извергаются довольно часто.

Четвертый вулканический пояс относительно невелик по размерам. Он занимает Восточную Африку (40 вулканов, из них 16 действующих). Самый известный вулкан этого пояса Килиманджаро (высота 5895 м).

За пределами этих четырех вулканических поясов вулканы на материках почти не встречаются. На обширных пространствах Центральной и Северной Европы, в большинстве районов Азии, в Австралии, в Северной и Южной Америке, исключая Тихоокеанское кольцо, их нет. Но вот в океанах картина совершенно иная. Проведенное в последние два десятилетия подробное изучение рельефа океанического дна показало, что на дне всех без исключения океанов имеется огромное число крупных вулканических построек. Особенно много их обнаружено на дне Тихого океана (рис. 4, приложение 4).

Самой интересной особенностью большинства подводных вулканов является то, что вершины у них плоские. Ученые установили, что такие плоские вершины вулканов образовались тогда, когда эти вулканы выступали из воды. Волны размыли торчащий из воды конус, образовав почти ровную поверхность. Впоследствии дно океана погрузилось, и эти вулканы без вершин, называемые гипотами, оказались под водой См.: Шейдеггер А.Е. Физические аспекты природных катастроф. 2-е изд. М., 2001. С. 58-59..

Ученые давно и много спорят о том, как связаны между собой вулканическая и сейсмическая стихия Земли. С одной стороны, если нанести вулканы мира на карту, они всегда окажутся там, где землетрясений много. Значит, связь есть. С другой - вулканы будто избегают районов самых сокрушительных землетрясений, а сильные землетрясения как в пространстве, так и во времени будто стремятся «обойти» вулканы и вулканические извержения.

Вокруг Тихого океана вулканы всегда располагаются на определенном расстоянии от глубоководного желоба, отмечающего поворот литосферы вниз (на Камчатке - на расстоянии 125 километров). Дуга вулканов параллельна дуге желоба. И как выясняется, самые мелкие детали извивов этой дуги привязаны к сейсмической активности в недрах тонущей плиты. В одном месте на планшете наклонной фокальной поверхности есть резкое местное аномальное падение активности, и именно в этом месте несколько вулканов как бы отрываются от дуги и отступают назад, располагаясь уже не узкой ниточкой, а этаким «мысом».

Детали этого процесса еще не ясны. Как эта энергия передается вверх, к вулкану, тоже еще не известно. Сам вулканический очаг, нащупываемый сейсмологами по затуханию в нем поперечных сейсмических волн, располагается гораздо выше, уже в коре. Под ним на глубине 30-100 километров расположен гораздо более обширный магматический очаг (его «нащупали» С.А. Федотов и О.В. Потапова с помощью сейсмических методов См.: Кукал З. Указ. соч. С. 180. ). Видимо, и это не самый нижний этаж сложного аппарата вулкана, ибо еще ниже на той же вертикали находятся найденные Токаревым области утечки сейсмической энергии из тонущей плиты См.: Резанов И.А. Указ. соч. С. 18-19..

Пока не ясно, что за энергия перекачивается из сейсмической формы в вулканическую. Может быть, именно на глубине 160 километров тонущая плита попадает в такие условия все возрастающего давления и температуры, что самые верхние слои тонущей твердой литосферы начинают плавиться, течь, с одной стороны, смягчая жесткость плиты (и оттого на этой глубине меньше землетрясений), с другой - поставляя расплав, магму для огненной фабрики вулканизма...

Итак, связь вулканической и сейсмической стихий Земли есть, но связь обратная - вулканы располагаются над тем местом, где сейсмическая активность резко падает. Глубинные природные процессы происходят в наклонной плите, и большую часть выделяемой в пути энергии она на глубине 160 километров перераспределяет из сейсмической формы в вулканическую.

1.4 Классификация вулканов

Вулканы подразделяются на действующие и потухшие Там же. . Действующими считают вулканы, извержения которых происходили на памяти людей. Такое подразделение очень условно. Ведь историческая эпоха чрезвычайно коротка по сравнению с геологической жизнью Земли. Сколько раз вулкан, считавшийся потухшим, вдруг начинал действовать. Примером может служить Везувий, считавшийся потухшим до катастрофы, вызвавшей гибель Помпеи. В 1888 г. ожил вулкан Бандай-Сан в Японии, уничтоживший 11 деревень; в 1951 г. 5000 человек стали жертвами вулкана Лемингтон в Новой Гвинее. Наконец, в 1956 г. произошло самое сильное извержение XX в. -- взрыв считавшегося потухшим вулкана Безымянного на Камчатке.

Таким образом, потухшие вулканы коварны и таят в себе опасность. Они могут проснуться от вековой спячки и причинить немало неприятностей.

В зависимости от химического состава лавы, поднимающейся из жерла, вулканы также подразделяются на различные типы.

В зависимости от того, насколько лава обогащена содержанием кремнезема, она может быть кислой, основной и средней См.: Кукал З. Указ. соч. С. 102-105..

Кислая лава богата кремнеземом (свыше 65 %), она плотная, вязкая, плохо изливается, скорее выдавливается из жерла вулкана, а потому часто застревает и образует пробки («пальцы»), мешающие нормальному процессу извержения. Нередко такие пробки разрушаются вместе с верхушкой конуса в результате взрыва от скопившихся газов и давления магмы. Но это не означает, что «взрывоопасны» лишь кислые лавы. Наиболее сильный вулканический взрыв прошлого столетия произошел в вулкане Тамбора, извергающего базальтовые лавы. Следовательно, химический состав лав -- не единственная, а возможно, и не главная причина взрывных извержений.

Основная лава, наоборот, мало содержит кремнезема (менее 55 %), она подвижная, текучая, изливаясь, образует быстрые лавовые реки и широко разливается по склонам вулкана и на прилегающей к нему местности.

Средняя лава занимает промежуточное положение (кремнезема в ней 55-65 %); от основной лавы она отличается большей вязкостью, не образует мощных потоков, не так широко разливается.

Наиболее катастрофичны вулканические извержения двух типов: катмайского и вулканского (плинианского) Там же. С. 88-89.. Название первого родилось после извержения вулкана Катмай на Аляске в 1912 г. Мощный вулканический взрыв разрушил конус вулкана, потоки раскаленного пеплового материала исторгнулись из недр. На площади в сотни тысяч квадратных километров отложился слой пепла. Близки к этому типу извержения Безымянного (1956) и вулкана Бандай (1888). Близок к катмайскому и пелейский тип извержений - направленный взрыв без разрушения вулканической постройки, сопровождающийся мгновенным извержением раскаленных газов. Этот тип выделен специалистами после извержения вулкана Мон-Пеле в 1903 г. на острове Мартиника.

Второй тип катастрофических извержений - хорошо известные пароксизмы Везувия, а также извержения Ключевского вулкана на Камчатке, Тамбора в Кракатау. К этому же типу принадлежит и извержение Санторина в ХIV в. до н.э. Все извержения данного типа сопровождаются сильными пароксимальными взрывами, происходящими обычно после периода продолжительного покоя.

Кроме магматических «горячих» вулканов есть и другая разновидность - грязевые. На земле их около 600. Их извержение не столь грозно, как магматических: при извержении из жерла вытекает грязевой поток.

Итак, опыт, накопленный вулканологами мира, свидетельствует о том, что вулканическое извержение - событие относительно локальное, связанное с пробуждением какого-либо одного вулканического аппарата.

2. Прогнозирование вулканических извержений

2.1 Виды прогноза

Для ослабления вредных последствий природных катастроф используется два пути: прогнозирование и предохранение.

Прогнозирование -- это опережающее представление о действительности. Оно является разновидностью интеллектуальной деятельности человека, одной из функций человеческого сознания. Основная причина, побуждающая человека заниматься прогнозированием, состоит в том, что существуют явления, будущего которых он не знает, но это будущее имеет важное значение для решений, принимаемых им в настоящее время. Поэтому человек стремится мысленно проникнуть в это будущее. Будущая ситуация в той или иной мере является неопределенной. И естественно стремление человека снизить уровень этой неопределенности.

Чтобы осуществлять прогнозирование вулканических извержений, нужно вести за ними постоянные наблюдения в течение ряда лет, причем на многих объектах и в разных частях света. Этим занимается целая наука -- вулканология - наука о вулканических процессах, уходящая своими корнями в далекое прошлое.

Любопытно отметить, что одним из первых ученых-естествоиспытателей, которого благодарные потомки заслуженно причислили к пионерам науки вулканологии, был греческий философ, врач, политический деятель Эмпедокл (ок. 490-430 гг. до н.э.) -- человек пытливого ума, старавшийся докопаться до истины и особенно познать закономерности явлений природы. Все ее многообразие он сводил к четырем «корням» -- земле, воде, воздуху и огню. Написал ряд философских трактатов, в том числе работу «О природе». Эмпедокл жил на острове Сицилия и не раз был свидетелем извержений вулканов. Огонь был одним из «корней» его научных концепций, поэтому его весьма интересовали огнедышащие горы. Чтобы иметь возможность воочию наблюдать за извержением Этны, он поселился на кратере вулкана. У вершины Этны ученый прожил несколько лет. К сожалению, результаты его наблюдений не дошли до нашего времени, ибо он трагически погиб во время одного из извержений. В память о первом вулканологе один из конусов Этны назван «Башней философа»

Первая научная вулканологическая обсерватория была организована в 1842 г. на склоне вулкана Везувия. В странах, где наблюдается вулканическая деятельность -- Италии, Японии, Индонезии, США, России, стали создавать сеть стационарных станций для наблюдения за вулканами и организовывать научные обсерватории. Наибольшее развитие наука вулканология получила в 20-м столетии.

В наше время ученые-вулканологи с целью изучения вулканов и прогнозирования извержений поднимаются к кратерам вулканов, наблюдают за развитием извержений, берут пробы лавы, пепла и газов, ведут хронологические записи. Изучением жизни вулканов у нас в стране занимается ряд организаций; ведущее место среди них принадлежит Институту вулканологии Академии наук в городе Петропавловске-Камчатском. Институт производит свои исследования в природной лаборатории, где представлены самые разнообразные вулканы -- большие и малые, действующие, уснувшие, потухшие, буйные и спокойные.

Различаются два вида прогнозов - поисковый и нормативный.

Поисковый прогноз - это определение возможных состояний вулкана в будущем. Здесь имеется в виду условное продолжение в будущее тенденций развития изучаемого вулкана в прошлом и настоящем. Такой прогноз отвечает на вопрос: произойдет ли извержение (когда произойдет, какой силы и какого характера) при условии сохранения существующих тенденций в развитии вулкана?

Нормативный прогноз представляет собой определение путей и сроков достижения возможных состояний объекта прогнозирования, принимаемых в качестве цели. Имеется в виду прогнозирование достижения желательных состояний на основе заранее заданных норм, идеалов, стимулов, целей. Такой прогноз в рассматриваемом нами случае отвечает на вопрос: какими путями достичь уменьшения потерь от извержения?

По периоду упреждения -- промежутку времени, на который рассчитан прогноз, различаются краткосрочные, среднесрочные, долгосрочные прогнозы.

Краткосрочный прогноз рассчитан преимущественно на количественные изменения. Долгосрочный прогноз предусматривает предсказание и качественных изменений в состоянии вулкана.

По масштабу прогнозирования выделяют: 1) макропрогнозирование - прогноз о состоянии вулканов одной из зон их распространения в целом; 2) региональное прогнозирование - прогноз о состоянии группы вулканов одного из регионов; 3) прогноз о состоянии отдельного вулкана.

В вулканологии множество прогнозов основано на правиле, полученном на основании наблюдений за многими десятками вулканов: при своем пробуждении вулкан должен проявить мощь, пропорциональную длительности предшествовавшей стадии покоя.

Известно, что Япония относится к числу районов земного шара, наиболее неблагополучных в сейсмическом отношении. Не раз предсказывались катастрофы, в которых предвещались разрушение Токио и гибель сотен тысяч людей. Одним из таких пророков стал японский ученый-метеоролог Масатоси Сагара. Он опубликовал в 1982 г. книгу «Великое извержение Фудзи», в которой содержалось предупреждение о том, что с 10 по 15 сентября 1983 г. произойдет грандиозное извержение вулкана Фудзиямы; это приведет к разрушению многочисленных населенных пунктов и массовой гибели людей. Свой прогноз он подкреплял следующими доводами: со времени знаменитого извержения вулкана Фудзиямы в 1707 г. в чреве его накопилось огромное количество энергии, и она ищет выхода; автор заметил, что птицы перестали летать близ вулкана, и еще: в сентябре 1983 г. ожидается сильный тайфун, который нагонит воду, она достигнет магматического очага под вулканом, это и даст толчок к извержению. Новые горячие источники, появившиеся на склонах, тоже, по его мнению, свидетельствуют о подготовке вулкана к действию в грядущем году.

Прогноз Сагары не оправдался. Но ученые не опровергают того, что такая катастрофа может случиться.

Далеко не всегда можно точно истолковать показания сейсмографов и наклономеров, особенно в отношении чреватых опасными взрывами страто-вулканов, число которых весьма велико в обводе Тихоокеанского огненного кольца.

О приближении мощных вулканических извержений в некоторых случаях говорит необычное поведение животных. После катастрофического извержения Мон-Пеле 8 мая 1902 г. город был разрушен за считанные секунды. Погибло 30 тыс. человек, и был найден один-единственный труп кошки. Оказывается, еще с середины апреля животные почувствовали неладное. Перелетные птицы вместо того, чтобы, как обычно, сделать привал на озере вблизи города, устремились на юг Америки. На склоне Мон-Пеле обитало множество змей. Но уже во второй половине апреля они начали покидать обжитые места. За ними потянулись и другие пресмыкающиеся.

Разгадка поведения животных заключается, по-видимому, в том, что повышение температуры почвы, выделение газов, легкие сотрясения земли и другие тревожные явления, не улавливающиеся органами чувств человека, вызывают беспокойство более восприимчивых к ним животных.

Вулканологические прогнозы основываются на фиксации изменений режима вулкана. Они осуществляются путем наблюдения за определенными физическими и химическими параметрами. Трудность заключается в истолковании наблюдаемых измерений.

За шесть месяцев до извержения Килауэа в декабре 1939 -- январе 1960 г. сейсмографы уже сигнализировали о пробуждении вулкана. Благодаря сети наблюдательных станций на острове Гавайи научные сотрудники вулканологической обсерватории заранее определили глубину очагов -- 50 км, что было неожиданно, так как нижняя граница земной коры там лежит всего на 15 км ниже уровня моря.

В последующие недели вулканологи отметили постепенное уменьшение глубины очагов и, замеряя скорость этого восхождения, установили, когда магма начнет выходить на поверхность. Тщательно изучая все явления, связанные, судя по опыту прежних исследований, с процессом восхождения магмы, вулканологи обсерватории зафиксирован, где именно (кратер Икп) и когда начнется извержение. В своих прогнозах они пошли еще дальше: после трехнедельного пароксизма они не только предсказали, что извержение еще не закончилось и возобновится с новой силой, но и указали на место повторного действия вулкана -- близ селения Капоо. В результате удалось своевременно эвакуировать жителей этого селения.

Итак, прогнозирование вулканических извержений - это специальные научные исследования вулканических процессов, явлений, в итоге которых из уже известных сведений о прошлом и настоящем исследуемого объекта (вулкана) получают представление о возможном будущем его состоянии, о возможности и масштабах будущего извержения.

2.2 Методы прогнозирования

В вулканологии используются следующие методы прогнозирования: экспертные оценки, «метод Дельфи», метод математического моделирования, линейное программирование, экстраполяция, построение сценариев; прогнозные графы; и др. Чаще всего для правильного прогноза необходим комплексный подход, сочетающий логический анализ, экспертные оценки и нормативные расчеты. В каждой группе методов существуют десятки способов разработки прогнозов.

Общая логическая последовательность важнейших операций разработки прогноза сводится к следующим основным этапам: предпрогнозная ориентация (программа исследования и уточнение задания на прогноз); построение исходной (базовой) модели прогнозируемого вулкана методами системного анализа; сбор данных прогнозного фона (например, данных о силе предыдущих извержений данного вулкана и т.д.); построение серии предварительных поисковых моделей методами поискового анализа; оценка достоверности и точности прогноза; разбор подготовленного прогноза.

Для осуществления прогнозирования необходимы многочисленные данные: как происходит извержение магмы, каков ее состав, температура, наличие газов, о расплавах, возникающих на глубинах в десятки километров, и о составе содержащихся в ней газов. Необходимы также данные о прошлых извержениях того или иного вулкана и о периодах молчания. Так, к моментам извержений 79 г. н.э. (Везувий) и 1968 г. (вулкан Ареналь, Коста-Рика) эти вулканы считались потухшими навсегда и ожили совершенно неожиданно для населения.

На вооружении специалистов-вулканологов многочисленные и самые разнообразные приборы: сейсмографы, магнитомеры, макробарографы, устройства для выполнения химических анализов, электронная аппаратура и многое другое.

Перед началом извержения вулкан дает «предупреждение». Об этом тотчас же доносят приборы, регистрирующие колебания почвы, изменения, происходящие в магнитных полях, повышение температуры выделяющихся газов. Приборы наклономеры фиксируют в это время «вспучивание» склонов вулкана. Имея такое «предупреждение», вулканологи еще располагают временем, чтобы успеть сообщить о готовящемся извержении для принятия необходимых мер. Так было предсказано с высокой точностью извержение вулкана Толбачика в 1975 г.

Один из наиболее перспективных методов прогнозирования вулканических извержений -- изучение эволюции химического состава газов. Установлено, что состав газов после извержения изменяется в следующем порядке: вначале выделяются НС1, HF, NH₄, C1, Н₂О, СО, О₂ (галлоидная стадия), затем -- H₂S, SO₂, Н₂О, CO, Н₂ (сернистая стадия), дальше -- СО₂, Н₂, Н₂О (углекислая стадия) и, наконец, едва нагретый пар. Если активность вулкана возрастает, то состав газов изменяется в обратном порядке. Следовательно, постоянное изучение вулканических газов позволит предсказать извержение.

Л.В. Сурнина и Л.Г. Воронина исследовали состав газов вулкана Эбеко. В одном его участке (так называемое Северо-Восточное поле) содержание НС1 в течение ряда лет изменялось следующим образом (в объемн. %): 1957 г. - 0,19; 1960 г. - 0,28; 1961 г. - 2,86; 1962 г. - 5,06. Таким образом, количество хлористого водорода постепенно увеличивалось, что свидетельствовало о возраставшей активности Эбеко, завершившейся извержением в 1963 г.

Завершая же рассмотрение вопроса о прогнозировании извержений вулканов, нужно отметить, что сегодня одним из главных препятствий как для успешного прогноза, так и для осуществления надежных мер защиты против разгула стихии, в частности, извержений вулканов, является отсутствие систематических общих представлений о механизмах подготовки, возникновения и воздействия на нас этих грозных и необычных явлений природы.

3. Мероприятия по защите и уменьшению последствий вулканических извержений

3.1 Поражающие факторы и разрушающие воздействия, прямой и косвенный ущерб

Вулканические взрывы очень опасны для человека.

Поражающие факторы и разрушающие воздействия при извержении вулкана:

Это, прежде всего, сама лава. Так, жертвы при извержении вулкана Мон-Пеле (о. Мартиник, Малые Антильские острова) были вызваны почти мгновенным действием «палящей лавины», накрывшей г. Сен-Пьер. Погибли все его 30 000 жителей.

От расплавленной лавы и выпадения пепла возможны ожоги у людей.

Извержение вулкана часто вызывает цунами, что также приводит к многочисленным жертвам.

Падение камней, извергнутых из вулкана, ведет к гибели и травмам людей. Возможно заваливание людей грунтом, нанесение им ударов и травм падающими предметами.

Непосредственный материальный ущерб от извержений вулканов заключается в повреждении и разрушении жилых и производственных зданий, автомобильных и железных дорог, линий электропередач и связи, мелиоративных систем, гибели скота и урожая сельскохозяйственных культур, порче и уничтожении сырья, топлива, продуктов питания, кормов, удобрений и т. п.

Извержения могут сопровождаться пожарами вследствие обрывов и короткого замыкания электрокабелей и проводов, а также разрывами водопроводных и канализационных труб, электрических, телевизионных и телеграфных кабелей, находящихся в земле, из-за последующей неравномерной осадки грунта.