Как «работают» вулканы Камчатки

Главная достопримечательность Камчатки видна еще до приземления в аэропорту «Елизово» Петропавловска-Камчатского. Вулканы с заснеженными вершинами вздымаются поверх низкой облачности, вызывая восторг пассажиров нашего авиалайнера. В хорошую погоду вулканы видны отовсюду — и из аэропорта, и практически с любого места в Петропавловске-Камчатском.

Видны оба вулкана и из окна Института вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН (ИВиС ДВО РАН), где занимаются изучением грозной природной стихии. «Камчатка- один из самых активных вулканических регионов мира, — говорит замдиректора ИВиС по науке, завлабораторией геодинамики переходных зон Николай Селиверстов. — Здесь насчитывается 30 активных вулканов, еще шесть — на Северных Курилах, а это 10% всех действующих в мире вулканов».

Вокруг Тихого океана протянулось «Тихоокеанское огненное кольцо» — цепочка из более чем 300 самых активных вулканов нашей планеты: Камчатка, Курильские, Японские, Филиппинские острова, Новая Гвинея, Соломоновы острова, Новая Зеландия, северо-восточная Антарктида, Огненная Земля, Анды, Кордильеры и Алеутские острова. «В Тихом океане существуют зоны спрединга, где рождается океанская литосфера- срединно-океанские хребты, — объясняет Николай Селиверстов.- А на периферии океана расположены зоны субдукции — здесь литосфера, в составе пород которой содержится большое количество воды, погружается под материковую плиту. Вода резко понижает температуру плавления пород, и в результате при достижении глубины 150−200 км, где температура достаточно высока, породы плавятся — образуется магматический очаг, питающий вулканы островных дуг, — это так называемый островодужный тип магматизма. К этому типу относятся камчатские и курильские вулканы. Другие типы магматизма — это магматизм срединно-океанских хребтов, а также внутриплитовый, связанный с подъемом плюмов (струй) очень горячей магмы с больших глубин, из нижней мантии, которые ‘прожигают' литосферу. К последнему типу относятся гавайские вулканы, а исландские представляют собой сочетание срединно-океанского и внутриплитового магматизма».

Классификацию магмы принято вести по содержанию диоксида кремния — базальты (48−52% SiO2), андезиты (53−64%), дациты (65−70%) и риолиты (71−76%). Состав влияет на физические свойства и во многом определяет тип вулканизма. Чем выше содержание диоксида кремния, тем бóльшую вязкость имеет поднимающаяся к поверхности магма и тем больше газов она несет в растворенном состоянии. Магма островных дуг — это андезиты и дациты, богатые кремнеземом. Магма срединно-океанских хребтов и внутриплитовых плюмов — базальты.

Собственно вулканы — это места поднятия на поверхность магматического вещества (это и магма, и газы). Извержение, при котором жидкая базальтовая лава спокойно истекает, называется эффузивным. Вулканические газы образуют фонтаны лавы в сотни метров высотой с застывающими в воздухе каплями (лапиллями), но без мелкодисперсного пепла. Такой тип извержений характерен для вулканов Гавайев и Исландии. Жидкая лава растекается далеко вокруг, образуя конус с очень пологими склонами. Потоки лавы в длину могут достигать сотен километров (например, у вулкана Катла в Исландии — около 300 км). Мощность (толщина) этих потоков невелика — не более десятка метров. Вулканы, сложенные такими слоями застывшей лавы, называют щитовыми. «На Камчатке в 1975—1976 годах наблюдалось извержение гавайского типа, — говорит старший научный сотрудник лаборатории активного вулканизма и динамики извержений Сергей Самойленко. — Это Большое трещинное Толбачинское извержение вулкана Плоский Толбачик. За длительную историю этого вулкана в окрестностях его постройки за счет подпора снизу образовалось множество трещин. Вдоль каждой из них возникли системы конусов, через которые изливалась лава. Каждый такой конус моногенный, то есть извергался только один раз».

Андезибазальты образуют более густую лаву, для них характерны глыбовые потоки толщиной в десятки метров — набор перекатывающихся камней с пластичным ядром. Газ выходит порциями, но, поскольку лава более густая, она образует характерные фонтаны, сопровождаемые дроблением материала на поверхности с образованием бомб (фрагментов размером более 10 см), шлаков (лапиллей) и пеплов (менее 2 мм). Такое эффузивное извержение относят к стромболианскому типу (от названия средиземноморского вулканического острова Стромболи). Типичный камчатский представитель этого класса — Ключевской, самый высокий вулкан Евразии. Характерная постройка таких вулканов — стратовулкан. Это конус, образованный слоями лавы и тефры (материал, перенесенный по воздуху, — бомбы, шлаки, пепел). Стратовулканы весьма высоки, поскольку они растут в высоту, а не в ширину.

Иногда вулканы не просто истекают лавой, а взрываются — это эксплозивные извержения. В зависимости от мощности взрыва, объема выброшенного материала и продолжительности извержения их относят к вулканскому, плинианскому или пелейскому типу.

Вулканский тип (от названия средиземноморского острова Вулькано) — это периодические извержения андезибазальтовых стратовулканов, сопровождаемые лавовыми потоками и выбросами пепла, при которых дробление материала происходит еще в канале, а не на поверхности.

Андезитовые и дацитовые вулканы ведут себя по-другому. По мере выдавливания очень вязкой лавы из кратера она успевает застыть, но снизу ее подпирают новые порции — образуется лавовый купол. Иногда, когда газы успевают уходить через трещины, лава застывает прямо в канале и на поверхность выдавливаются обелиски в виде каменных столбов. Лава насыщена газами под давлением, и когда давление достигает критического — происходит взрыв. Это плинианский тип извержения (по имени Плиния Старшего, римского ученого и писателя, погибшего при извержении Везувия в 79 году н.э.), взрыв с выбросом большого количества газов, пепла и мощных пирокластических потоков, сжигающих все на своем пути. К этому типу относятся извержения Кракатау в 1883 году и Пинатубо в 1991-м.

Еще более разрушителен пелейский тип. Он получил название от вулкана Мон-Пеле на острове Мартиника, который в 1902 году взорвался с образованием «палящих туч» — пирокластических потоков, уничтоживших город Сен-Пьер с 30-тысячным населением. К этому типу относят и извержение вулкана Безымянный на Камчатке в 1956 году. «Согласно реконструкции, там произошел направленный взрыв, разрушивший постройку, — поясняет Сергей Самойленко. — Что-то похожее 30 000 лет назад произошло с вулканом Авачинский, поскольку южная часть его постройки полностью разрушена. За считанные минуты образовались 140-метровые отложения, на которых и стоит сейчас значительная часть Петропавловска. Почти 20 000 лет вулкан молчал, затем постройка выросла вновь. В последнем столетии были и эффузивные, и эксплозивные извержения. В 1945 году за восемь часов вулкан выбросил огромное количество шлака, который до сих пор используется в строительстве».

Еще один тип вулканических взрывов — фреатические. Они происходят, когда к магматическому очагу через трещины проникает вода и когда раскаленная лава при обычном извержении попадает на ледники, покрывающие вулканы. Эти взрывы сопровождаются огромным количеством пепла — именно поэтому извержения исландских вулканов, для которых характерны такие процессы, способны парализовать авиасообщение над Европой.

Для того чтобы предсказывать извержения, вулканологи отслеживают различные данные. В первую очередь это информация с сейсмостанций. «Когда вещество движется под поверхностью горы, она начинает дрожать, — говорит Сергей Самойленко. — Непрерывная вибрация свидетельствует о происходящих внутри вулкана процессах. Впрочем, это далеко не всегда дает возможность делать какие-либо прогнозы. Например, сейсмостанции вблизи вулкана Кизимен в течение последнего года показывают, что там что-то происходит. Но когда ждать извержения — мы не знаем». «У каждого вулкана свой характер, — добавляет Николай Селиверстов. — Например, Шивелуч или Ключевской предупреждают об извержении заранее небольшими вулканическими землетрясениями. Безымянный тоже, но за очень короткое время. А вот Авачинский в 1991 году начал извергаться без предупреждения. Некоторые общие модели есть, но работают они далеко не всегда».

О готовящемся извержении можно также догадаться по изменению химического состава газов (например, соотношению хлора и серы). Интересные результаты для некоторых вулканов дают и геодезические наблюдения.

Если извержение (хотя и не каждое) можно предсказать, нельзя ли его предотвратить? Вулканологи в ответ на этот вопрос улыбаются. «Увы, энергии, доступные человеку, включая ядерные взрывы, все равно на порядки не дотягивают до тех, которые под силу природе, — отвечает на мой вопрос Сергей Самойленко. — Можно ли использовать направленные взрывы, чтобы повернуть извержение в нужную сторону? Крайне сомнительно, что такой взрыв можно правильно рассчитать, ведь вулкан — это огромное и сложное многослойное сооружение, с множеством трещин, неоднородностей, с различной толщиной слоев. Поведение постройки при взрыве непредсказуемо, и возможен вариант, что взрыв только ухудшит положение».

«Есть только один надежный способ прекратить извержения, — смеется Николай Селиверстов. — Нужно всего лишь остановить движение литосферных плит. Но это вопрос инженерии планетарного масштаба».