§4.4 Энергия вулканических извержений.

Энергию вулканического извержения оценивают, исходя из анализа процессов, имеющих место при извержении. Выделяемая энергия включает в себя: энергию вулканического землетрясения; энергию, расходуемую на разрушение горных пород; тепловую энергию в форме тепла, содержащегося в извергнутой лаве и газах. Определяющим видом энергии является тепловая энергия. Последняя оценивается массой извергнутого материала и его температурой [14].

, (4.12)

где Е – высвобождаемая тепловая энергия, кал (1 кал=4,19 Дж);

V – объем извергнутого материала, м³;

– его средняя плотность, кг/м³;

– превышение температуры лавы над температурой воздуха, ⁰С;

с₁ – удельная теплоемкость лавы (0,25 ккал/кгּград.⁰);

с₂ – теплота плавления (с₂=50 ккал/кг для расплавленной лавы и с₂=0 для твердого материала).

Пример. Оценить энергию вулканического извержения, если объем извергнутого материала (лавы) составляет 1 км³, температура лавы 1200⁰, плотность кг/м³ температура воздуха 0⁰.

Решение. 1.Энергию вулканического извержения рассчитываем по формуле 4.12

(4.12)

Как отмечалось в параграфе §1.1, при извержении вулкана в атмосферу было выброшено ~18 км³ магматического материала. Энергия такого извержения могла составлять .

§4.2. Выброс ядовитых газов в атмосферу, пеплопад,

движение лавового потока.

Вулканические извержения сопровождаются различными явлениями.

Прежде всего, при извержениях вулканов происходят землетрясения различной интенсивности. Воздействие землетрясений на различные объекты рассматривалось ранее в главе I.

Большую опасность представляет выброс ядовитых газов в атмосферу. Так при извержении вулкана Везувия на города Помпеи и Стабию обрушилось облако ядовитых газов. Многие жители погибли от токсического действия этих газов.

Материалы извержения, выброшенные в атмосферу и состоящие из смеси мелких и мельчайших обломков и частиц пород, в дальнейшем переносятся и распространяются следующими двумя способами – в виде пеплопада и пеплового потока.

Мельчайшие частицы и мелкообломочные продукты извержения, выброшенные вместе с горячими газами высоко в воздух, переносятся в атмосфере под действием турбулентности и ветра на большие расстояния. При этом возможно образование «огненных облаков». По мере затухания турбулентности несущая способность воздуха уменьшается, и под действием силы тяжести частицы осаждаются на земную поверхность в виде пеплопада. Мощность осадка пепла (толщина пеплового слоя) достигает часто нескольких метров, в отдельных случаях – десятков метров и более. Так при уже упоминавшемся извержении вулкана Везувия три города Помпеи, Геркулантум, Стабия, – были погребены под толстым слоем вулканического пепла. И только через 17 столетий, когда о существовании этих городов было забыто, случайно при рытье колодца были обнаружены античные статуи, а затем в результате археологических раскопок был открыт погребенный город Помпеи и несколько позднее два других.

При пепловом потоке аккумуляция материала потока происходит из горячей, раскаленной смеси мелких и мельчайших обломков и газа, захваченных в быстрое турбулентное движение и смещающихся вниз по склону вулкана. Движение пеплового потока происходит под действием силы тяжести. Пепловый поток в форме раскаленного облака наблюдался, например, при извержении вулкана Мон–Пеле на острове Мартиника в Атлантическом океане в 1902 г.

Характерным признаком извержения является истечение лавы из кратера и движение ее по склону вулкана. При этом может сформироваться мощный поток (настоящая река из огненной лавы), который уничтожает все на своем пути, пока не затвердеет при остывании. Длина лавовых потоков может достигать десятков километров. Мощность (толщина) потоков – до нескольких десятков метров, скорость продвижения – несколько километров в сутки.

При извержении лавы с повышенной вязкостью в жерле вулкана могут образоваться пробки, в результате чего давление газов сильно возрастает, как следствие – происходят взрывы. Мощные взрывы способны произвести большие разрушения. При взрывах, как правило, выбрасываются вулканические бомбы. Они представляют собой крупные комки лавы. К ним относятся также выброшенные при извержении крупные камни диаметром обычно от 0,5 м до 5…7 м [14]. Дальность полета бомб составляет несколько километров, иногда – до десятков километров. Например, при извержении вулкана Безымянный на Камчатке вулканические бомбы летели на расстояние до 25 км.

Наконец, извержение связано не только с отложением материала на земной поверхности, но и с извлечением из глубин значительного объема магмы. Возникшая при этом полость может обрушиться, образуя кальдеру (от испанского caldera – большой котел) – глубокую котлообразную впадину вследствие провала вершины вулкана, а иногда и прилегающей к нему местности. Диаметр кальдеры достигает 10…15 километров и более. Такое обрушение приводит к особо тяжелым последствиям.

Таким образом, вулканическое извержение представляет собой природную катастрофу, которая может повлечь за собой большие разрушения и человеческие жертвы. При извержении имеет место комбинированный очаг поражения в результате действия целого ряда поражающих факторов.