Введение

Стратовулкан, также известный как композитный вулкан, – это конический вулкан, образованный множеством слоев затвердевшей лавы и тефры. В отличие от щитовых вулканов, стратовулканы характеризуются крутым профилем с кратером на вершине и периодическими взрывными и эффузивными извержениями, хотя у некоторых вершины обрушились, образовав кальдеры. Лава, извергающаяся из стратовулканов, обычно быстро остывает и затвердевает, не успевая далеко растекаться из-за высокой вязкости. Магма, формирующая эту лаву, часто является фелсической, с высоким или средним содержанием кремнезема (например, в риолите, даците или андезите), и меньшим количеством менее вязкой мафической магмы. Обширные потоки фелсической лавы встречаются редко, но они могли распространяться на значительные расстояния. Стратовулканы иногда называют композитными из-за их слоистой структуры, формирующейся в результате последовательных извержений. Они являются одними из наиболее распространенных типов вулканов, в отличие от менее распространенных щитовых вулканов. Два примера стратовулканов, известных своими катастрофическими извержениями, – это Кракатау в Индонезии, извергавшийся в 1883 году, и Везувий в Италии, извергавшийся в 79 году; оба извержения привели к гибели тысяч людей. В современное время катастрофически извергались гора Сент-Хеленс в штате Вашингтон (США) и гора Пинатубо на Филиппинах, но с меньшим числом жертв. Существование стратовулканов на других телах Солнечной системы пока не доказано. Возможным исключением является наличие некоторых изолированных массивов на Марсе, например, Zephyria Tholus.

Создание

Стратовулканы широко распространены в зонах субдукции, образуя цепочки и скопления вдоль тектонических границ плит, где океаническая кора поддвигается под континентальную кору (континентальный вулканизм дуги, например, Каскадный хребет, Анды, Кампания) или другую океаническую плиту (вулканизм островной дуги, например, Япония, Филиппины, Алеутские острова). Магма, формирующая стратовулканы, поднимается, когда вода, заключенная как в гидратированных минералах, так и в пористых базальтах верхней океанической коры, высвобождается в мантию астеносферы над опускающейся океанической плитой. Высвобождение воды из гидратированных минералов называется «обезвоживанием» и происходит при определенных давлении и температуре для каждого минерала по мере погружения плиты на большую глубину. Освободившаяся вода снижает температуру плавления вышележащих пород мантии, которые затем частично плавятся, поднимаются (вследствие меньшей плотности по сравнению с окружающей мантией) и временно накапливаются у основания литосферы. Затем магма поднимается сквозь кору, ассимилируя богатые кремнезёмом породы коры, что приводит к образованию конечного промежуточного состава. Когда магма приближается к поверхности, она скапливается в магматической камере внутри коры под стратовулканом. Механизмы, запускающие окончательное извержение, остаются предметом дальнейших исследований. Возможные механизмы включают:

Дифференциацию магмы, при которой самая легкая, богатая кремнезёмом магма и летучие вещества, такие как вода, галогены и диоксид серы, концентрируются в верхней части магматической камеры. Это может значительно повысить давление. Фракционную кристаллизацию магмы. Когда безводные минералы, такие как полевой шпат, кристаллизуются из магмы, это концентрирует летучие вещества в оставшейся жидкости, что может привести ко второму вскипанию, вызывающему отделение газовой фазы (углекислый газ или вода) от жидкой магмы и повышение давления в магматической камере. Внедрение свежей магмы в магматическую камеру, которая смешивается и нагревает более холодную магму, уже присутствующую там. Это может высвободить летучие вещества из раствора и снизить плотность более холодной магмы, что увеличивает давление. Существуют значительные доказательства смешивания магмы непосредственно перед многими извержениями, включая богатые магнием кристаллы оливина в свежевылившейся кремнезёмистой лаве, не имеющие реакционной каймы. Это возможно только в том случае, если лава изверглась сразу после смешивания, поскольку оливин быстро реагирует с кремнезёмистой магмой, образуя кайму пироксена. Прогрессивное плавление окружающих вмещающих пород. Эти внутренние факторы могут быть модифицированы внешними факторами, такими как обрушение сектора, землетрясения или взаимодействие с грунтовыми водами. Некоторые из этих факторов работают только при определенных условиях. Например, обрушение сектора (когда часть фланга вулкана обрушивается в виде массивного оползня) может спровоцировать извержение только очень мелкой магматической камеры. Дифференциация магмы и тепловое расширение также неэффективны в качестве факторов, запускающих извержения из глубоких магматических камер.

Опасности

В истории взрывные извержения в зоне субдукции (конвергентная граница) вулканов представляли наибольшую опасность для цивилизаций. Стратвулканы субдукционной зоны, такие как гора Сент-Хеленс, гора Этна и гора Пинатубо, обычно извергаются с взрывной силой, потому что магма слишком вязкая, чтобы обеспечить свободный выход вулканических газов. В результате огромное внутреннее давление заключенных вулканических газов сохраняется и перемешивается в пастообразной магме. После прорыва жерла и открытия кратера магма взрывно дегазируется. Магма и газы вырываются с высокой скоростью и огромной силой. С 1600 года н.э. извержения вулканов унесли жизни почти 300 000 человек. Большинство смертей было вызвано пирокластическими потоками и лахарами – смертельно опасными явлениями, которые часто сопровождают взрывные извержения стратовулканов зоны субдукции. Пирокластические потоки – это быстрые, подобно лавинам, обрушивающиеся на землю, раскаленные смеси горячего вулканического мусора, мелкой золы, фрагментированной лавы и перегретых газов, которые могут развивать скорость свыше. Около 30 000 человек погибли от пирокластических потоков во время извержения горы Пеле в 1902 году на острове Мартиника в Карибском бассейне. В марте и апреле 1982 года три взрывных извержения вулкана Эль-Чихон в штате Чьяпас на юго-востоке Мексики вызвали самую страшную вулканическую катастрофу в истории страны. Деревни в пределах досягаемости вулкана были уничтожены пирокластическими потоками, что привело к гибели более 2000 человек. Два вулкана, включенных в программу «Десятилетие вулканов», извергавшиеся в 1991 году, служат примерами опасностей, связанных со стратовулканами. 15 июня гора Пинатубо выбросила в воздух облако пепла и образовала огромные пирокластические потоки и лахарные наводнения, которые опустошили обширную территорию вокруг вулкана. Пинатубо, расположенный в Центральном Лусоне примерно к западу-северо-западу от Манилы, находился в бездействии в течение шести столетий до извержения 1991 года, которое считается одним из крупнейших извержений в XX веке. Также в 1991 году вулкан Унзен, расположенный на острове Кюсю примерно к востоку от Нагасаки, пробудился после 200-летнего сна и образовал новый лавовый купол на своей вершине. Начиная с июня, повторные обрушения этого извергающегося купола генерировали пепловые потоки, которые спускались по склонам горы со скоростью до. Унзен – один из более чем 75 действующих вулканов в Японии; извержение 1792 года унесло жизни более 15 000 человек – самая страшная вулканическая катастрофа в истории страны. Извержение Везувия в 79 году н.э. полностью погребло под толстыми отложениями пирокластических потоков и лавовых потоков близлежащие древние города Помпеи и Геркуланум. Хотя число погибших оценивается от 13 000 до 26 000 человек, точная цифра до сих пор неизвестна. Везувий признан одним из самых опасных вулканов в мире из-за его способности к мощным взрывным извержениям в сочетании с высокой плотностью населения в окрестностях Неаполя (около 3,6 миллиона жителей).

Пепел

Кроме того, что вулканические облака могут влиять на климат, облака, образующиеся при взрывных извержениях, представляют серьезную опасность для авиации. Например, во время извержения вулкана Галунгунг на Яве в 1982 году самолет British Airways, рейс 9, попал в облако пепла, что привело к временной потере тяги двигателей и структурным повреждениям. За последние два десятилетия более 60 самолетов, в основном коммерческие авиалайнеры, были повреждены при столкновении с вулканическим пеплом в полете. В некоторых случаях это приводило к потере тяги во всех двигателях, что требовало экстренной посадки. По состоянию на 1999 год, не было зафиксировано авиакатастроф, вызванных попаданием реактивных самолетов в вулканический пепел. Выпадение пепла представляет угрозу для здоровья при вдыхании, а также для имущества при его значительном накоплении. Плотные облака горячего вулканического пепла могут выбрасываться вследствие обрушения извергающегося столба или в сторону из-за частичного обрушения вулканического конуса или лавового купола во время взрывных извержений. Эти облака способны генерировать разрушительные пирокластические потоки или выбросы.

Лава

Лавовые потоки из стратовулканов обычно не представляют значительной угрозы для людей или животных, поскольку высоковязкая лава движется достаточно медленно, чтобы все успели покинуть зону потока. Лавовые потоки представляют большую угрозу для имущества. Однако не все стратовулканы извергают вязкую и липкую лаву. Нирагонго, расположенный вблизи озера Киву в центральной Африке, очень опасен, потому что его магма имеет необычно низкое содержание кремнезёма, что делает её весьма текучей. Текучая лава обычно ассоциируется с образованием широких щитовых вулканов, таких как вулканы Гавайских островов, но Нирагонго имеет очень крутые склоны, по которым лава может стекать со скоростью до… Лавовые потоки могут растопить лёд и ледники, накопившиеся в кратере вулкана и на верхних склонах, образуя мощные лахарные потоки. В редких случаях, обычно текучая лава может также формировать массивные лавовые фонтаны, в то время как более вязкая лава может затвердевать в жерле, создавая вулканическую пробку, которая может привести к крайне взрывным извержениям.

Вулканические бомбы

Вулканические бомбы — это экструзивные магматические породы размером от книг до небольших автомобилей, которые с силой выбрасываются из стратовулканов во время их кульминационных фаз извержения. Эти "бомбы" могут отлетать на расстояние более километра от вулкана и представляют опасность для зданий и живых существ, двигаясь в воздухе с очень высокой скоростью (сотни километров в час). Большинство бомб не взрываются при ударе, но обладают достаточной кинетической энергией, чтобы оказывать разрушительное воздействие, сравнимое с взрывом.

Лахар

Лахар (от яванского термина, обозначающего вулканические грязевые потоки) – это смесь вулканических обломков и воды. Лахары обычно образуются из двух источников: дождевых осадков или таяния снега и льда под воздействием горячих вулканических элементов, таких как лава. В зависимости от соотношения и температуры воды к вулканическому материалу, лахары могут быть от густых, вязких потоков, по консистенции напоминающих мокрый бетон, до быстродвижущихся, жидких наводнений. Спускаясь по крутым склонам стратовулканов, лахары обладают достаточной силой и скоростью, чтобы разрушать и затапливать все на своем пути. Горячие облака пепла, потоки лавы и пирокластические выбросы, произошедшие во время извержения вулкана Невадо-дель-Руис в Колумбии в 1985 году, растопили снег и лед на вершине высокого вулкана в Андах. Последовавший лахар затопил город Армеро и близлежащие населенные пункты, унеся жизни 25 000 человек.

Влияние на климат и атмосферу

Как и в вышеуказанных примерах, в то время как извержения Унзен в историческом прошлом приводили к гибели людей и значительным локальным разрушениям, воздействие извержения вулкана Пинатубо в июне 1991 года было глобальным. Во всем мире были зафиксированы температуры, немного ниже обычных, а яркие закаты и интенсивные восходы солнца объяснялись наличием в атмосфере частиц; это извержение подняло частицы высоко в стратосферу. Аэрозоли, образовавшиеся из диоксида серы (SO2), диоксида углерода (CO2) и других газов, распространились по всему миру. Масса SO2 в этом облаке – около 22 миллионов тонн – в сочетании с водой (как вулканического, так и атмосферного происхождения) образовала капли серной кислоты, блокируя часть солнечного света от достижения тропосферы и земной поверхности. Охлаждение в некоторых регионах, по оценкам, достигало 0,5 °C (0,9 °F). Извержение масштаба вулкана Пинатубо обычно влияет на погоду в течение нескольких лет; материал, выброшенный в стратосферу, постепенно опускается в тропосферу, где вымывается дождями и облачными осадками. Схожее, но значительно более мощное явление произошло во время катастрофического извержения вулкана Тамбора в апреле 1815 года на острове Сумбава в Индонезии. Извержение горы Тамбора признано самым мощным извержением в истории наблюдений. Его изверженное облако понизило глобальную температуру до 3,5 °C (6,3 °F). В год, последовавший за извержением, большая часть Северного полушария пережила резкое похолодание летом. В некоторых частях Европы, Азии, Африки и Северной Америки 1816 год вошел в историю как «Год без лета», что привело к серьезному сельскохозяйственному кризису и кратковременному, но жестокому голоду, вызвавшему ряд бедствий на большей части пострадавших континентов.