2. Вулканическое извержение

 Вулканическое извержение — это одно из самых неистовых, эффектных и внушающих трепет явлений природы. Поэтому неудивительно, что с незапамятных времен вулканы действо­вали на воображение человека, иногда вызывая в нем ужас, иногда религиозное почитание, иногда эстетическое ощущение красоты и всегда уважение.

Грозные силы, заключенные в вулканах, и очевидная неот­вратимость извержений обычно порождали чувство фатальной неизбежности: вулкан поступит так, как ему заблагорассудит­ся, и с ним не поспоришь! Очень, очень редко осмеливались люди испытывать какие-либо способы, чтобы повлиять на по­ведение вулкана, кроме как жертвоприношения или другие религиозные действия. Однако сегодня мы приходим к убежде­нию, что есть более эффективные средства, которые можно ис­пользовать. Мы уже умеем ослаблять или предотвращать неко­торые разрушительные явления, вызванные вулканической деятельностью, а дальнейшее накопление знаний и опыта по­зволит нам делать еще больше. Более того, мы теперь сознаем, что должны научиться избавлять человечество от катастрофи­ческих последствий деятельности вулканов.

Миллионы людей живут рядом с действующими вулканами, над этими людьми постоянно тяготеет опасность вулканической катастрофы (фото 2.1), но они и дальше будут жить там. Под­считано, что за последние 500 лет в результате деятельности более 500 наземных вулканов погибло примерно 200 тыс. чело­век (см. приложение В). Одни были убиты непосредственно при извержении, другие умерли от голода после уничтожения посе­вов и гибели скота. Сюда не включено несколько десятков тысяч погибших в результате «приливных волн» (т. е. цунами; см. гл. 3), вызванных вулканическими извержениями. В 1902 г. на острове Мартиника (Малые Антильские острова) вулкан Мон-Пеле за какие-то мгновения полностью уничтожил город Сен-Пьер, погибло около 30 тыс. человек. Если мы хотим избежать таких же, а может быть, и еще более страшных катастроф в будущем, мы должны научиться вовремя предупреждать о го­товящейся вспышке вулканической деятельности и должны уметь справляться с результатами этой деятельности.

Нужно продвинуться еще дальше и научиться прямо использовать вулканы и их энергию. Мы уже заставили рабо­тать на себя какую-то часть вулканического тепла в виде при­родного  пара  и  горячей  воды  для  дешевого  производства электроэнергии и отопления домов, к тому же без загрязнения окружающей среды, но это только очень малая доля всего вулканического тепла, которое мы могли бы использовать.

Созданные вулканами участки суши не только обширны, но обычно они и очень плодородны, особенно это сказывается в тропиках  где питательные вещества очень быстро выщелачи­ваются из почвы и выпадающий вулканический пепел восста­навливает ее плодородие. Именно эти плодородные почвы еще более осложняют проблему вулканов, так как они привлекают людей Нельзя найти способ увести людей из этих опаснейших районов, так как урожаи, получаемые там на богатых землях, уже имеют жизненно важное значение, и оно становится еще больше в связи с непрерывным ростом мирового населения. Решение проблемы надо искать в том, чтобы научиться жить возле вулкана: предупреждать о времени, характере и месте приближающегося извержения, избегать его воздействия или облегчать его  ускорять восстановление опустошенных земель. Таковы некоторые из практических целей современной вулканологии.

Одна из наиболее важных практических проблем выражает­ся простым вопросом: в каком случае можно считать, что вул­кан мертв? Если это действительно потухший вулкан, то он больше не опасен, но вулканы могут в течение тысяч лет оста­ваться «тихими», дремлющими, а затем снова возобновить свою деятельность, и часто извержение, знаменующее это пробужде­ние бывает чрезвычайно сильным. Некоторые из самых раз­рушительных извержений связаны с оживлением вулканов, не извергавшихся  на  протяжении  всего  исторического времени и, следовательно, не считавшихся действующими. Среди них, например, извержение Везувия в 79 г. н. э., извержения вулка­нов Ламингтон (1951 г.), Безымянного (1956 г.), Ареналь (1968 г.). Часто говорят, что такое про­буждение вулканов непредсказуемо, но в большинстве случаев оказывается, что люди просто не смогли понять его предзна­менований. Например, всем упомянутым выше извержениям предшествовали многочисленные землетрясения  были, вероятно, и другие признаки. При условии над­лежащего размещения измерительных приборов и при условии бдительной, умелой работы специалистов, интерпретирующих их записи, при наличии имеющихся и накапливающихся знаний все эти извержения можно было, вероятно, предсказать хотя бы в общем виде.

2.1. Лавовые потоки.

На протяжении истории человечества лаво­вые потоки уничтожили большое количество материальных ценностей, созданных людьми, но редко уносили их жизнь: эти потоки продвигаются медленно, поэтому люди и животные успевают уйти от них. Перебраться через широкие активные потоки лав бывает трудно или невозможно — отчасти из-за сильной рассеченности их поверхности и из-за излучаемого ими тепла, но еще более из-за того, что нагретый над потоком воз­дух чересчур разрежен, и человек, которому и так очень трудно преодолевать такую неровную поверхность, может потерять сознание или вообще умереть от недостатка кислорода. Воз­можно, некоторые люди погибли именно так. В 1823 г., когда поток очень жидкой лавы, изливавшейся из нескольких жерл на юго-западном склоне вулкана Килауэа, с большой скоро­стью надвигался на одну прибрежную деревню, большинство жителей успели убежать в безопасное место, но, как гласит предание, некоторые старики и малые дети не могли бежать быстро и погибли.

Таким образом, в отношении лавовых потоков задача со­стоит не столько в спасении человеческих жизней, сколько в за­щите имущества и в том, чтобы научиться в кратчайшее время делать поверхность потока пригодной для сельского хозяйства.

Чтобы привести пример разрушений, связанных с лавовыми потоками, снова обратимся к нашему классическому вул­кану— Везувию. После того как в 172 г. н. э. начал расти но­вый конус Везувия, лавовые потоки неоднократно наползали на виноградники и селения, располагавшиеся в нижней части склонов этой горы, причем одним из крупнейших таких эпизо­дов было извержение 1906 г. В начале 1905 г. расплавленная лава занимала внутри конуса высокое положение, почти до­ходя до краев кратера. Вес столба жидкой лавы, возвышав­шегося на  1340 м  над уровнем   соседнего Неаполитанского залива, оказывал сильное распирающее действие на стенки ко­нуса. По этой ли причине или вследствие тектонических движе­ний, связанных со смещениями в более глубоких частях земной коры, но в мае конус треснул, и на его северо-западном склоне, в 120 м ниже кромки кратера, образовались жерла, откуда в течение 10 следующих месяцев изливались лавовые потоки, не причиняя серьезного вреда.

Еще более сильное извержение Этны произошло в 1669 г. на южном склоне горы. Лава двигалась на юг, уничтожая посевы, сады и деревни, и дошла до стен древней феодальной крепости Катания. Стены держались несколько дней, при этом лава на­громождалась возле них, и часть потока обошла крепость и на­правилась к Ионическому морю. Однако в конце концов слабый участок стены не выдержал, лава двинулась в город и уничто­жила некоторые его части, причем большинство зданий было сдвинуто и разрушено, но более прочные строения устояли и были погребены лавовым потоком. Современный уровень земли у входа в замок Орсини (средневековый бастион с толстыми прочными стенами) — это уровень бывшего второго этажа, но помещения первого этажа сохранились и используются до сих пор. Основание замка покрыто слоем лавы толщиной 9—12 м.

Крупнейшее лавовое извержение исторического времени — это извержение 1783 г. в Исландии, упоминавшееся ранее. Лава одного этого извержения покрыла площадь 560 км2, уни­чтожив несколько крестьянских хозяйств. Но даже это изверже­ние кажется небольшим по сравнению с настоящими «лаво­выми наводнениями» доисторических времен. Потоки, в резуль­тате накопления которых образовались огромные лавовые рав­нины, такие, как плато Колумбия на востоке штата Вашингтон

2.2. Грязевые потоки.

Когда говорят «грязь», то обычно представ­ляют себе что-то мешающее, неприятное, но едва ли опасное; однако за последние несколько столетий грязь, стекающая со склонов, уничтожила больше материальных ценностей, чем лю­бое другое вулканическое явление, и унесла тысячи человечес­ких жизней. Грязевые потоки надо считать главным после выпа­дения тефры элементом вулканической опасности.

При извержении Везувия в 79 г. н. э., когда Помпеи были погребены под слоем пепла, Геркуланум был погребен грязе­выми потоками, возникшими в результате сильных дождей на верхних частях склонов вулкана, покрытых мощными пепловыми отложениями. Обломочный материал, отложенный грязевыми потоками, затвердевает почти как бетон. Из-за этого раскопать развалины Геркуланума оказалось гораздо труднее, чем Пом­пеи; кроме того, Геркуланум был погребен глубже.

Опять же, когда говорят «грязь», обычно представляют себе тонкозернистый материал. Большинство грязевых потоков дей­ствительно содержит значительную долю тонкообломочного ма­териала, но в них много и угловатых глыб размером часто больше 30 см, а некоторые глыбы бывают размером в несколько метров. Нередко грубый материал преобладает над мелким, причем соотношение размеров обломков зависит от исходного материала. Грязевые потоки сметают и вбирают в себя все, что попадается на их пути, и часто они содержат много органиче­ского материала: от листьев до целых стволов деревьев, иногда даже трупы животных или людей. Здесь рассмотрены только те грязевые потоки, которые прямо связаны с вулканической дея­тельностью; о других грязевых потоках рассказывается в гл. 4.

Главная причина того, что грязевые потоки так часто возни­кают на вулканах, — это изобилие рыхлых обломков горных пород, покрывающих обычно склоны действующих вулканов; обломки смешиваются с текущей водой и образуют грязь. Боль­шинство вулканических грязевых потоков холодные, но бывают и горячие; обычно они химически почти нейтральны, однако иногда сильно насыщены кислотами и вызывают серьезные ожоги. Движение грязевых потоков целиком обусловлено силой тяжести, и их скорость зависит в основном от крутизны склона, по которому они движутся, и от вязкости самой грязи, но важны также и такие факторы, как размеры русла и неровность по­верхности. Вязкость зависит главным образом от соотношения твердого материала и воды; некоторые потоки состоят преиму­щественно из воды, в других содержание твердого материала доходит до 95%.

Некоторые грязевые потоки образуются в результате того, что палящие лавины или пепловые потоки смешиваются с гор­ными реками. В 1929 г. палящие лавины вулкана Санта-Мария (в Гватемале) соединились с реками и превратились в грязевые потоки, прошедшие затем путь в 100 км. В районе вулкана Ме-рапи (центральная Ява) такие же грязевые потоки, но меньше­го размера, образовавшиеся из палящих лавин и горных речек, причинили громадный ущерб сельскохозяйственным землям и унесли много человеческих жизней.

Лавины другого происхождения также могут создавать гря­зевые потоки. Например, в 1888 г. низкотемпературная экспло-зия пара на вулкане Бандай (в Японии) разорвала боковую стенку вулканического конуса, и верхняя часть этой стенки обрушилась. Породы были уже частично переработаны вулка­ническими газами и превратились в глину. Из раздробленного материала рухнувшей стенки возникла лавина; она понеслась вниз, смешалась с водой горных речек и образовала грязевые потоки, которые погребли деревни и убили 400 человек.

Грязь может образоваться и в воздухе, при соприкосновении выброшенного пепла с дождевыми тучами. Падая на землю, она иногда покрывает растительность таким плотным слоем, что ломаются сучья деревьев; иногда сползает широкими «просты­нями» со склонов вулкана и соседних холмов. Подобное наблю­далось во время извержения Ирасу (в Коста-Рике) в 1963 г.

Подавляющее большинство вулканических грязевых потоков образуется в результате сильных дождей, выпадающих на по­крытые обломочным материалом склоны эксплозивных вулка­нов. Иногда дождь возникает при конденсации пара в облаках вулканического газа, но как правило он имеет обычное атмос­ферное происхождение, особенно в тропиках, где проливные дожди, например во время муссонов, часто влекут за собой гря­зевые потоки. Количество материала, отложенного грязевыми потоками вокруг основания многих тропических вулканов, огромно. По сути дела, в окрестностях многих из них трудно найти что-либо иное, кроме отложений грязевых потоков и пере­мытого материала из них. Большая часть материала грязевых потоков образуется из рыхлых, неконсолидированных отложений тефры на горных склонах, но иногда, например при извержении Майона в 1968 г., он представляет собой продукт размыва отло­жений палящих лавин.

Сравнительно просто предсказать вероятный путь многих грязевых потоков, потому что они движутся по долинам; другое дело — предсказать время их возникновения. Вероятно, самое большее, что можно сделать, это изучить условия, благоприят­ствующие их образованию, и оповещать население об их угрозе. Толстый покров рыхлый тефры, который может превратиться в результате сильных дождей в текучую грязь; активные купола или лавовые потоки, которые могут растопить снег и вызвать потоки талых вод; особые условия, при которых горячие или холодные лавины могут сорваться в долины рек и ручьев, — за всем этим надо внимательно следить. Некоторые грязевые по­токи, такие, как в начале извержения Мон-Пеле в 1902 г., ве­роятно, предсказать нельзя, но все-таки бывает возможно пред­сказать само извержение, с которым они могут быть связаны. Необходимо иметь в виду, что грязевые потоки могут возник­нуть на начальной, да и на более поздней стадии любого извер­жения эксплозивного вулкана.

2.3. Прорывы ледниковых вод.

Здесь уже упоминались наводне­ния и грязевые потоки, образующиеся при таянии ледников на вулканах Вильяррика и Котопахи, но они выглядят незначитель­ными по сравнению с настоящими потопами, которые возникают при вулканических извержениях, происходящих под некоторыми ледниками Исландии. На протяжении нескольких часов такие «ледниковые прорывы» могут быть более многоводными, чем крупнейшие реки мира. Некоторые прорывы ледника Мирдальс (Мирдальсйёкудль),  вызванные извержениями  покрытого им вулкана Катла, выносят более 92 тыс. м3 воды в секунду, а об­щий объем прорвавшейся воды может быть больше 6 км3!

2.4. Вулканические газы.

Львиная доля всего газа, выделяемого вулканами, приходится на водяной пар, но вместе с ним в раз­личных пропорциях выделяются и другие газы; среди них глав­ные: двуокись углерода (углекислый газ) СО2, окись углерода СО, серные газы SO2, SO3, сероводород H2S, хлористый водород НС1 и фтористый водород HF. Все эти газы при значительной концентрации вредны для растений и животных. Некоторые газы приносят вред даже при очень небольшом их содержании. Сернистый и серный ангидриды, соединяясь с водой, образуют соответственно сернистую и серную кислоту. С подветренной сто­роны от дымящих жерл часто образуется туман, состоящий из аэрозоля кислот.

Газы могут выделяться через главное эруптивное жерло (или через несколько жерл) вулкана, но часто они выходят и через сравнительно узкие отверстия, через которые никогда не извер­гались ни лава, ни пепел. Отверстия, через которые выделяется только газ, называются фумаролами, а о самом процессе выхода газа без извержения лавы или тефры часто говорят как о фумарольной деятельности. Обычно фумарольная деятельность про­должается в течение нескольких недель, месяцев или лет после окончания извержений лавы или тефры. Фумаролы, выделяющие серные газы, называются сольфатарами, а низкотемпературные фумаролы, выделяющие много СО2 (иногда СО), — мофеттами. I азы выделяются лавовыми и пепловыми потоками либо по всей их поверхности, либо в виде четко локализованных фумарол.

Кислотные газы вредны и для растительности, и для метал­лов. Когда ветер относит такие газы в сторону от вулкана, по­вреждается листва и опадают плоды; это может вызвать полное оголение и гибель растений. Там, где среди вредных газов пре­обладают серные, их воздействие на листву очень похоже на то, как действуют на нее дым металлургических заводов или силь­ный городской смог.

Вулкан Масая-Ниндири в Никарагуа— сложный двойной конус с несколькими кратерами. За последнее столетие было не­сколько периодов, каждый по нескольку лет, когда одно из жерл в кратере Сантьяго выделяло много водяного пара и сер­ных газов, которые держались над кратером в виде большого облака. Вулкан располагается в центральной впадине Никара­гуа, его высота всего лишь около 700 м. К западу от него нахо­дится возвышенность, и кофейные плантации поднимаются по ней на высоту несколько большую, чем вершина вулкана Ветры относили газовое облако на запад, и оно захватывало полосу шириной 5—8 км (фиг. 2.15), внутри которой на площади при­мерно 150 км2 плантациям причинялся ущерб на сумму в де­сятки миллионов долларов; страдали также посевы пшеницы и других зерновых культур вплоть до самого Тихого океана. Про­волочные изгороди, телефонные провода и металлическое обо­рудование на плантациях и на цементном заводе у побережья повреждались кислотами. Точно такой же ущерб был нанесен плантациям кофе и других культур к западу от вулкана Ирасу в Коста-Рике.