Izpratne par vulkānu izcelsmi ir kā došanās aizraujošā ceļojumā uz Zemes centru, kur titāniskie spēki ar milzīgu enerģiju veido mūsu planētas virsmu. Kopš skolas laikiem mēs visi esam iemācījušies, ka vulkāni parādās šeit un tur, taču daži cilvēki patiešām zina, kāpēc tie rodas tieši šajās vietās un kāda ir atšķirība starp tektonisko subdukciju un karsto punktu vulkāniskajiem veidojumiem. Ja esat kādreiz domājis, kā veidojas šie lavas milži un kāpēc Havaju salās un Andos ir tik atšķirīgi vulkāni, turieties pie tā, jo šajā rakstā viss ir izskaidrots skaidrā un pieejamā veidā.
Šeit jūs ne tikai atklāsiet vulkānisma zinātniskos pamatus, bet arī varēsiet salīdzināt ar plātņu robežām (subdukciju) saistīto vulkānisko veidošanās mehānismu ar mazāk zināmo, bet tikpat iespaidīgo karsto punktu fenomenu. Mēs izmantosim informāciju no izglītojošiem, populāriem un zinātniskiem avotiem, lai piedāvātu jums visaptverošu, precīzu un viegli lasāmu pārskatu. Ja jums patīk ģeoloģija vai jūs vienkārši interesē mūsu planētas noslēpumi, sagatavojieties vienkāršā izteiksmē un ar pazīstamiem piemēriem saprast visu, kas saistīts ar vulkānu izcelsmi.
Kas ir vulkāns un kā tas veidojas?
Vulkāns ir ģeoloģiskā struktūra, caur kuru Izkausētais materiāls no Zemes iekšpuses, kas pazīstams kā magma, spēj sasniegt virsmu. Šī magma rodas dziļi mantijā, galvenokārt ārkārtēja karstuma un dažādu fizikālu un ķīmisku procesu dēļ. Kad magma paceļas un izdalās vai nu lavas, gāzu vai piroklastisku materiālu veidā, tā rada dažādas ainavas un potenciālus apdraudējumus, sākot no ugunīgām lavas plūsmām un beidzot ar pelniem, kas var apņemt pasauli.
Vulkāna veidošanās process sākas ar magmas uzkrāšanās magmas kamerās zem Zemes garozas. Palielinoties spiedienam, magma galu galā izkļūst uz virsmas caur plaisām un lūzumiem. Šis uzkrāšanās un izdalīšanās cikls ir kopīgs lielākajai daļai vulkānu, lai gan veids, kādā magma paceļas, un vulkānu atrašanās vieta ir atkarīga no ļoti specifiskiem faktoriem, kas saistīti ar plātņu tektoniku un Zemes apvalka īpašībām.
Magma: izcelsme un dinamika planētas iekšienē
Tas viss sākas simtiem jūdžu zem mūsu kājām. Zemes apvalkā intensīva karstuma dēļ ieži sāk kust, izraisot ļoti karstas magmas kabatas, kas bagātas ar izšķīdušām gāzēm. Šai magmai pārvietojoties uz augšējiem slāņiem, apkārtējais spiediens samazinās, ļaujot gāzēm izplesties, vēl vairāk virzot magmu uz augšu. Šī diferenciācija atspoguļojas vulkānu veidos un to izvirdumos.
Process ir lēns un var ilgt no tūkstošiem līdz miljoniem gadu. Magma tiek uzglabāta pazemes kamerās, kas darbojas kā pagaidu rezervuāri. Tā kā uzkrājas vairāk materiāla, palielinās spiediens, līdz sistēma beidzot plīst, izraisot izvirdumu. Mēs nedrīkstam aizmirst, ka magmas ķīmiskais sastāvs Tas būtiski ietekmē izvirduma veidu: ar silīcija dioksīdu bagātas magmas ir viskozākas un eksplodē daudz spēcīgāk, savukārt šķidrākas magmas, piemēram, Havaju salās, rada garas, mazāk bīstamas lavas plūsmas.
Vulkāniskās aktivitātes globālais sadalījums
Ja jautājam sev, kāpēc visā pasaulē nav nejauši izkaisītu vulkānu, atbilde ir saistīta ar Tektoniskās plāksnes. Lielākā daļa vulkānu atrodas pie tektonisko plākšņu robežām, kur milzīgi litosfēras bloki pārvietojas viens pret otru, radot labvēlīgus apstākļus magmas celšanās.
Labs piemērs tam ir Klusā okeāna uguns gredzens, apgabals, kas ieskauj Kluso okeānu un kurā koncentrējas aptuveni 75% no planētas aktīvajiem vulkāniem. Tādā pašā veidā, in kanāriju salas Vulkānismam ir arī svarīga loma, kaut arī citā kontekstā, kas detalizēti izskaidrots tā konkrētajā rakstā.
Tektoniskās plāksnes: vulkāniskās aktivitātes virzītājspēks
Zemes garoza ir sadrumstalota vairākās daļās stingras tektoniskās plāksnes, kas peld uz daļēji izkusušas mantijas. Šīs plāksnes pārvietojas lēni, ko virza konvekcijas strāvas, ko rada planētas iekšējais siltums. Saskare starp plāksnēm rada dažāda veida piemales: saplūstošs, diverģents un transformējošs, katrs no tiem ir saistīts ar dažādām ģeoloģiskām parādībām un vulkānu veidiem.
Galvenās tektoniskās plāksnes un to attiecības ar vulkāniem
- Klusā okeāna plate: Tas aptver lielu daļu Klusā okeāna, atjauno savu robežu, paplašinot okeāna dibenu un saduras ar citiem apgabaliem, kas ir Uguns gredzena atslēga.
- Nazca plāksneAtrodas Klusā okeāna austrumu daļā, tas saduras ar Dienvidamerikas plāksni, radot vulkānus Andos.
- Dienvidamerikas plāksne: Tā atbalsta lielāko daļu Dienvidamerikas ar vulkāniskas un seismiskas aktivitātes zonām, īpaši Andu kalnu grēdā.
- Amerikāņu plate: Ietver Ziemeļameriku un daļu Atlantijas okeāna ar īpašu seismisko un vulkānisko aktivitāti saskares zonā ar Klusā okeāna plāksni.
- Eirāzijas, Āfrikas, Antarktikas, IndoAustrālijas un Filipīnu plātnes: Saistīts arī ar subdukcijas zonām, okeāna izplešanos un vulkāniskajiem lokiem.
Šīs kustības nosaka uz Zemes atrodamo vulkānu atrašanās vietu un veidu.
Plākšņu kustības un robežu veidi
Tektoniskās plāksnes var sadurties, atdalīties vai slīdēt uz sāniem, kas izraisa dažādas vulkāniskās struktūras un procesus:
- Konverģences ierobežojumi: Saduras divas plāksnes; Viena, parasti okeāna, nogrimst zem otras (subdukcija), kūstot un radot magmu, kas rada vulkānus.
- Atšķirīgi ierobežojumi: Plāksnes atdalās, ļaujot magmai pacelties un veidoties jaunai garozai, kas ir raksturīgs okeāna vidus grēdām.
- Pārveidot robežas: Plāksnes slīd viena otrai garām, izraisot bojājumus un ievērojamu seismisko aktivitāti, kas bieži ir mazāk saistīta ar vulkānismu, bet ar ievērojamiem piemēriem.
Tektoniskās subdukcijas loma vulkānismā
Pie konverģentām robežām okeāna plātnes subdukcija zem kontinentālās plātnes izraisa vulkāniskie loki ar ļoti sprādzienbīstamiem vulkāniem. Radītā magma ir bagāta ar silīcija dioksīdu un gāzēm, kas izraisa vardarbīgus izvirdumus un lielu daudzumu vulkānisko pelnu, piroklastiskā šķidruma un viskozas lavas uzkrāšanos. Šī procesa piemēri ir atrodami Andos Dienvidamerikā un Aleuta loka Aļaskā. Vulkāni var rasties arī no subdukcijas starp divām okeāna plāksnēm, radot salu lokus, kā tas notiek Āzijas Klusajā okeānā.
Ja abas plāksnes ir kontinentālas, pati subdukcija notiek retāk, tā vietā palielinoties lielu kalnu grēdām, piemēram, Himalajiem, kas vairāk ir saistīti ar kalnu veidošanos, nevis ar aktīviem vulkāniem.
Vulkānisms okeāna vidusdaļas grēdās un kontinentālās plaisās
L atšķirīgas robežas ir vēl viens tipisks vulkāniskās aktivitātes scenārijs. Šeit magma izdalās caur plaisām, ko rada plākšņu atdalīšana, izplešanās procesos, kas veidojas jaunas okeāna garozas. Reprezentatīvākais gadījums ir vidusatlantijas grēda, kas iet cauri Islandei un citām vietām, radot daudzus vulkānus ar mazāk sprādzienbīstamiem izvirdumiem un plūstošāku bazalta tipa lavu.
Transformācijas defekti un vulkāniskā aktivitāte
Jo pārveidojot robežas, tāpat kā slavenais San Andrés vaina Kalifornijā plākšņu sānu slīdēšana galvenokārt rada zemestrīces un zemes kustības. Lai gan vulkānisms šeit ir retāk sastopams, to dažkārt var saistīt ar lūzumiem, kas ļauj ik pa laikam izkļūt no magmas.
Karstie punkti: vulkānisms prom no plātņu robežām
Papildus plātņu robežām pastāv vulkānisma forma, kas saistīta ar karstie punkti, fiksētās zonas mantijā, kur Siltums anomāli paceļas un izkausē pārklājošo garozu. Šāda veida darbība ir neatkarīga no robežām starp tektoniskajām plāksnēm un notiek tajās, radot vulkānus vietās, kas atrodas tālu no klasiskajām robežām.
Karstie punkti izskaidro vulkānisko salu ķēžu veidošanās, piemēram, Havaju salās, un secīgu vulkānu veidošanos, tektoniskajai plāksnei pārvietojoties pa fiksēto karsto punktu. Salai attālinoties no karstā punkta, vulkānisms beidzas un cikls atkārtojas jaunās karstā punkta vietās.
Kā darbojas karstie punkti?
Mehānisms ir balstīts uz esamību nenormāli karsti termiski slāņi, kas paceļas no dziļās mantijas. Sasniedzot garozas pamatni, tie izkausē lielu daudzumu materiāla, kas paceļas un galu galā veido vulkānus. Laika gaitā plāksnes nobīde rada a vulkānu ķēde viena aktīva vulkāna vietā, kā tas ir Havaju salās, kur Lielā sala ir jaunākā un aktīvākā, savukārt citas vecākas, erozijas salas arvien vairāk attālinās no karstā punkta.
Tiek lēsts, ka tādas ir ap 42 karstajiem punktiem uz Zemes, dažas no ievērojamākajām ir Jeloustona (ASV), Reinjonas sala, Islande un pati Havaju salu ķēde.
Atšķirības starp subdukcijas un karsto punktu vulkāniem
Lai pilnībā izprastu subdukcijas un karsto punktu vulkānu salīdzinājumu, ir jāanalizē vairāki galvenie aspekti:
- Atrašanās vieta: Subdukcijas defekti vienmēr ir plāksnes robežās, savukārt karstā punkta defekti var būt plāksnes vidū.
- Magmas veids: Subdukcijas vulkānos parasti ir ar silīcija dioksīdu bagāta magma, kas ir viskozāka un sprādzienbīstamāka; Karstajos punktos ir bazalta magma, kas ir mazāk viskoza un tajā ir vairāk šķidruma izvirdumu.
- Klasiskie piemēri: Andos, Japānā un Uguns gredzens subdukcijas gadījumā; Havaju salas, Jeloustonas vai Reinjonas salas karstajiem punktiem.
- Ilgums un attīstība: Subdukcijas vulkāni parasti paliek aktīvi tik ilgi, kamēr turpinās sadursmes process, savukārt karsto punktu vulkāni rada vulkānu ķēdes miljoniem gadu, plāksnei pārvietojoties virs karstā punkta.
Vissvarīgākās vulkāniskās zonas uz planētas
Klusā okeāna uguns gredzens
El Klusā okeāna uguns gredzens Tas ieskauj Klusā okeāna baseinu un ir apgabals ar lielāko vulkānisko un seismisko aktivitāti pasaulē. Šeit 80% aktīvo vulkānu un lielākā daļa zemestrīču Tās rodas vairāku plākšņu, piemēram, Klusā okeāna, Naskas, Kokosu un Filipīnu plātņu, intensīvas subdukcijas dēļ.
Dienvidamerikā, Andu kalni Tā ir mājvieta daudziem aktīviem vulkāniem, piemēram, Nevado Ojos del Salado, augstākajiem pasaulē, un citiem slaveniem vulkāniem Čīlē un Argentīnā. Ziemeļamerikā visievērojamākie ir Saint Helens kalns ASV un Popokatepetls Meksikā.
Vidusjūras-Āzijas vulkāniskā zona
Vēl viena ievērojama sloksne ir tā, kas iet no Atlantijas okeāna līdz Klusajam okeānam, šķērsojot Vidusjūru un Āziju, kur Āfrikas un Eirāzijas plātņu sadursmes rezultātā Itālijā rodas vēsturiski vulkāni, piemēram, Etna, Vezuvs un Stromboli.
Spānijā, lai gan pašreizējā aktivitāte ir neliela, reģioni pussalas dienvidaustrumos, piemēram, Almerija un Mursija, liecina par seno vulkānismu.
Indijas zona un Āfrikas zona
Indijas okeānā, Reinjonas sala ir vispazīstamākais karstā punkta vulkāna gadījums, un Austrumāfrikā Rifta ieleja Tas ir vēl viens no lielākajiem vulkāniskajiem scenārijiem ar tādiem piemēriem kā Nyiragongo (Kongo Demokrātiskā Republika) un Erta Ale (Etiopija), kas norāda uz intensīvu darbību, kas saistīta ar plākšņu atdalīšanu un karsto punktu klātbūtni.
Atlantijas okeāna zona un okeāna grēdas
La vidusatlantijas grēda Tā ir zemūdens vulkāniskā ass, kas iet caur Atlantijas okeāna centru, kur plākšņu atdalīšanās ļauj magmai izkļūt un veidot vulkāniskas salas, piemēram, Azoru salas un, galvenokārt, . Kanāriju salās kalnu grēdas efekts un karsto punktu darbība apvienojumā rada tikpat iespaidīgas ainavas kā La Palma un Lansarote.
Izvirduma procesi un vulkāniskās izpausmes
Vulkāniskā darbība izpaužas daudzos veidos. Izsitumi var sākties ar gāzu, pelnu un piroklastu izdalīšanās, turpiniet ar vardarbīgiem sprādzieniem vai pastāvīgu lavas atbrīvošanu. Tālāk mēs apskatīsim šo procesu visatbilstošākos raksturlielumus.
Magmas kameru veidošanās un spiediens
Viss sākas ar magmas uzkrāšanās pazemes kamerās. Iekšējā spiediena pieaugums, palielinoties magmas un gāzu daudzumam, var salauzt iezi, līdz galu galā atveras caurule uz virsmu.
Lavas, piroklastu un gāzu izdalīšanās
- Mazgāts: Izkausēti ieži, kas plūst pa virsmu, var būt ļoti viskozi (subdukcijas vulkāni) vai ļoti šķidri (karstie punkti).
- Piroklasti: Cietie fragmenti, sākot no milimetru lieliem pelniem līdz vairākus metrus lieliem blokiem, kas vardarbīgi izmesti sprādzienbīstamāko izvirdumu laikā.
- Vulkāniskās gāzes: Sēra dioksīds, ūdens tvaiki, oglekļa dioksīds un citi savienojumi, kas var būt toksiski un izjaukt klimatu.
Sprādzienbīstamākos vulkānu veidos var veidoties izvirdums piroklastiskās plūsmas (gāzu, pelnu un akmeņu lavīnas ļoti lielā ātrumā un temperatūrā) un lahars (vulkāniskās dubļu plūsmas, kas var aprakt veselas teritorijas).
Briesmas un riski, kas saistīti ar vulkānisko darbību
Vulkānisms ir viens no postošākajiem un tajā pašā laikā radošākajiem spēkiem uz Zemes. Tās galvenie apdraudējumi ietver:
- Lavas plūsmas: Lai gan tie parasti pārvietojas lēni, tie iznīcina visu savā ceļā un nodara ievērojamu kaitējumu infrastruktūrai, ceļiem un labībai.
- Piroklastiskās plūsmas: Tās ir visbīstamākās lavīnas, kas spēj sasniegt ātrumu, kas pārsniedz 700 km/h, un ekstrēmas temperatūras, kas iznīcina visas dzīvības formas un izposta pilsētas, kā tas notika Pompejā.
- Lahārs: Vulkānisko pelnu un ūdens veidotās dubļu plūsmas, kas spēj lielā ātrumā aprakt apdzīvotās vietas.
- Vulkāniskie pelni: Tie bojā elpceļus, piesārņo ūdeni un augsni, var izraisīt ēku jumtu sabrukšanu un ietekmēt gaisa satiksmi. Turklāt, sasniedzot atmosfēras augšējos slāņus, tie rada klimata ietekmi.
Mēs nedrīkstam aizmirst, ka, lai arī tas ir postoši, Vulkāni bagātina lauksaimniecības augsni un rada jaunas ekosistēmas, papildus tam, ka tas ir ģeotermālās enerģijas avots, tūristu piesaiste un galvenie elementi cilvēces vēsturē.
Vulkānu izvirdumu uzraudzība un prognozēšana
Izvirdumu prognozēšana joprojām ir izaicinājums, taču tehnoloģiju attīstība ir ļāvusi gandrīz pastāvīgi uzraudzīt visbīstamākos vulkānus. Zinātnieki uzrauga seismisko aktivitāti, vulkānu formas izmaiņas, gāzu emisijas un citus parametrus. lai paredzētu iespējamos izvirdumus.
the iepriekšējās pazīmes Tie bieži ietver nelielas zemestrīces, vulkāna pietūkumu, gāzes sastāva izmaiņas un temperatūras paaugstināšanos. Tomēr ne visi signāli izraisa izvirdumus, un ne visi vulkāni uzvedas vienādi, apgrūtinot precīzas prognozes.
Konkrēti piemēri: no Andiem līdz Havaju salām, caur Islandi un Kanāriju salām
Lai ilustrētu visu iepriekš minēto, sīkāk apskatīsim dažus ikoniskus piemērus:
- Andi (Dienvidamerika): Subdukcijas vulkānos, piemēram, Nevado Ojos del Salado, ir sprādzienbīstami izvirdumi un tie veido garāko vulkānisko ķēdi uz planētas.
- Havaju salas (Klusais okeāns): Karstais punkts rada bazalta vulkānu salas ar salīdzinoši klusiem izvirdumiem un plašām lavas plūsmām. Salas ķēde dokumentē Klusā okeāna plāksnes kustību miljoniem gadu.
- Islande (Atlantijas okeāna ziemeļu daļa): Atrodas Vidusatlantijas grēdā un karstajā vietā, tas sajauc plaisu un karsto punktu vulkānismu; Tur ir daudz vulkānu un ģeotermālo ainavu.
- Kanāriju salas (Atlantijas okeāns): Vulkānisko salu piemērs, ko veido magmas pieaugums, kas saistīts ar karstajiem punktiem un plaisu struktūrām, par ko liecina nesenais La Palmas izvirdums.
Vulkānu izvirdumu ietekme visā vēsturē
Daži izvirdumi ir iezīmējuši cilvēces vēsturi. Viens no Tamboras kalns 1815. gadā tā ir slavena ar to, ka izraisīja "gadu bez vasaras", ietekmējot visu globālo klimatu un izraisot badu. Viņš Vesubio mont apglabāja veselas pilsētas 79 AD un Svētās Helēnas kalna izvirdums 1980. gadā ASV demonstrēja subdukcijas vulkānu postošo spēku. Pašlaik izvirdums La Palma 2021. gadā parādīja, kā mūsdienu novērošana un tehnoloģijas var samazināt cilvēku nodarīto kaitējumu, lai gan materiālie zaudējumi ir neizbēgami.
Šo notikumu izpēte ir ļoti svarīga, lai izprastu ne tikai Zemes dinamiku, bet arī vulkānu lomu klimata pārmaiņās un ekosistēmu un cilvēku sabiedrību evolūcijā.
Vulkānisma nākotne: jaunas tehnoloģijas un izaicinājumi
Vulkānu zinātne turpina virzīties uz priekšu, pateicoties attālinātās uzraudzības sistēmas, satelīti un reāllaika seismiskie tīkli. Jaunas modelēšanas metodes ļauj labāk izprast iekšējos procesus un uzlabot prognozēšanas modeļus. Turklāt izglītība un zinātniskā izplatīšana Tie palīdz sabiedrībai izprast riskus un ieguvumus, ko rada dzīve vulkāna tuvumā.
Turpmākie pētījumi ir vērsti uz labāku izpratni par Karstie punkti, dziļās magmas izcelsme un vulkānisma un klimata mijiedarbība. Turklāt citu planētu, piemēram, Marsa un Venēras, izpēte atklāj paralēles un atšķirības ar Zemi, atverot jaunu ēru vulkānisko parādību izpētē planētu mērogā.
Tūkstošgades vulkāni ir vienlaikus veidojuši ainavas, kalpojuši kā auglības un iznīcināšanas avoti, leģendu varoņi un vides pārmaiņu virzītājspēki. Izpratne par mehānismiem, kas tos rada, izmantojot tektonisko subdukciju vai karstos punktus, ir svarīga ne tikai katastrofu prognozēšanai, bet arī mūsu planētas neparastās dzīvotspējas apbrīnošanai. Vulkānisms nebūt nav tikai drauds, bet arī liecina par Zemes dinamismu un pastāvīgu aicinājumu turpināt izpētīt noslēpumus.