Вулканическая деятельность на поверхности Земли

План:

1.Вулканизм

2.Вулканическая  деятельность на поверхности  Земли

3.Извержение  вулкана Везувий

4.Землетрясение

5.Механизм землетрясений и их  классификация

6.Крупное землетрясение в Сицилии

1.Вулканизм

Вулканизм — совокупность явлений, связанных с образованием и перемещением магмы в глубинах Земли и её извержением на поверхность суши, дна морей и океанов в виде лав, пирокластического материала и газов. Вулканическая деятельность в глубинах Земли обусловливает образование магмы, магматических очагов и каналов, а на поверхности — вулканических конусов, куполов, плато, лавовых потоков, кальдер, гейзеров, горячих источников. Основным типом вулканической деятельности является вулканическое извержение. Породы из магмы в недрах называются магматическими, а попавшие на поверхность — вулканическими. Вулканы выделяют в атмосферу огромное количество газов и пыли, играющих значительную роль в формировании атмосферы Земли и оказывающих влияние на гидросферу. Наиболее интенсивно вулканизм проявляется на границах литосферных плит. За счёт всех форм вулканической деятельности объём земной коры ежегодно увеличивается на несколько кубических километров. Вулканическая активность неравномерна во времени, имеют место вспышки активности в различных масштабах, носящие название вулканического катастрофизма, оказывают резкое прямое и косвенное воздействие на биосферу Земли.

2.Вулканическая деятельность на поверхности Земли

Излияние магмы на поверхность Земли по тектоническим трещинам и каналам называется вулканическим извержением. С началом извержения над каналами, по которым изливается магма, возникает геологическое образование, сложенное продуктами извержения, которое называется вулканом. При продолжении извержения вулканическое сооружение увеличивается в размерах, эволюционирует его строение и состав слагающих его пород. На склоне вулканического конуса появляются небольшие побочные вулканы с собственными каналами, ответвляющимися от главного. Вулканическое сооружение может быть двойным (тип "Сомма - Везувий") - в кальдере или кратере полуразрушенной древней постройки формируется конус молодого вулкана. Крупные вулканические постройки достигают объёма сотен(напр. Ключевская сопка, Шивелуч) и тысяч (Моуна-Лоа) кубических километров. Вулканы Моуна-Лоа и Моуна-Кеа на гавайских островах являются крупнейшими вулканическими постройками на Земле. Абсолютная высота построек - свыше 11 км, из которых более 4-х км. приходится на надводную часть. Относительно уровня моря наиболее высокими являются стратовулканы Анд.

В зависимости от формы подводящего канала вулканы разделяются на центральные и трещинные. Мощное трещинное извержение, подобное извержению Лаки в Исландии в 1783 г. называется линейным. Группа центральных либо трещинных извержений, явно связанных с единым магматическим очагом, носит название площадного (ареального) извержения. Примером данного извержения является излияние базальтовых лав Декана на площади более 200 тыс. кв.км.

Тип вулканического извержения зависит от состава магмы. Выделяют 4 главных типа: эффузивный, смешанный, экструзивный и эксплозивный. (другие названия - соответственно гавайский, страмболианский, купольный и вулканский). Гавайский тип извержения, создающий чаще всего щитовидные вулканы, отличается относительно спокойным излиянием жидкой (базальтовой) лавы, образующей в кратерах огненно-жидкие озёра и лавовые потоки. Газы, содержащиеся в небольшом количестве, образуют фонтаны, выбрасывающие комки и капли жидкой лавы, которые вытягиваются в полёте в тонкие стеклянные нити (Килауэа). В стромболианском типе извержений, создающем обычно стратовулканы, наряду с достаточно обильными излияниями жидких лав базальтового и андезито-базальтового состава, преобладающими являются небольшие взрывы, которые выбрасывают куски шлака и разнообразные витые и веретенообразные бомбы (Стромболи на Липарских островах, некоторые извержения Ключевской Сопки, Кроноцкая сопка). Для купольного типа характерно выжимание и выталкивание вязкой (андезитовой, дацитовой или риолитовой) лавы сильным напором газов из канала вулкана и образование куполов (Центральный Семячик на Камчатке), криптокуполов (Сёва-Синдзан), конусокуполов (вулкан Иванова) и обелисков (Шивелуч на Камчатке). Вулканский тип извержения обусловлен насыщенной газом магмой, приповерхностная либо поверхностная дегазация которой приводит к мощным взрывам с выбросами огромных чёрных туч, нагруженных большим количеством вулканического пепла. Лавы вязкие андезитового, дацитового или риолитового состава образуют небольшие потоки (Вулькано, Авачинская Сопка и Карымская Сопка на Камчатке). Каждый из главных типов извержений разделяется на несколько подтипов, называемых как правило по имени вулканов, для которых они наиболее характерны. Из них особо выделяются пелейский и катмайский, промежуточные между купольным и вулканским типами. Характерной особенностью первого является образование куполов и происходящие из под куполов направленные взрывы очень горячих газовых туч, переполненных самовзрывающимися в полёте и при скатывании по склону вулканов обломками и глыбами лав (Монтань-Пеле на острове Мартиника, 1902). Извержения катмайского подтипа (название дано в честь извержения на Аляске в окрестностях вулкана Катмаи в 1912 году) отличаются выбрасыванием огромных масс (во время извержения Катмаи суммарный объём продуктов составил около 28 (по некоторым оценкам до 35) куб.км) раскалённого вулканического песка, пемзы и газа, происходящим из системы многочисленных трещин. Куполообразующие извержения иногда сопровождаются раскалёнными или достаточно охлажденными лавинами, а также грязевыми потоками. Ультравулканский (плинианский) подтип (Везувий, 79 г., Сент-Хеленс., 1980 и др.) выражается в наиболее сильных взрывах, выбрасывающих огромные количества обломков лав и пород стенок канала. Извержение Кракатаунского типа (Кракатау, 1883) отличается от плинианского дополнительным явлением - образованием цунами. Извержения подводных вулканов, расположенных в очень глубоких местах, обычно незаметны, так как большое давление воды препятствует взрывным извержениям. В мелких местах извержения выражаются взрывами (выбросами) огромных количеств пара и газов, переполненных мелкими обломками лавы. Газовый взрыв, вызванный давлением пара нагретых грунтовых вод (либо давлением пара, возникшего в результате таяния снега на проснувшемся вулкане и просачиванием воды в подводящий канал) называется фреатическим извержением.

3.Извержение вулкана Везувий

24 августа 79 года над спящим вулканом Везувий поднялось черное дымовое облако. Затем появился пепел, который был настолько густым, что закрыл собою солнце. Когда происходило извержение, жители окрестностей просто ужаснулись, поскольку на улице наступила настоящая ночь. Из неба сыпались не только сгустки пепла, но и тяжелые камни. В результате извержение вулкана Везувия уничтожило города Помпеи и Геркуланум. Кроме того, во время извержения пострадали жители города Стабий и нескольких селений.

Буквально в момент все накрыло лавой. В ходе проведенных позднее раскопок ученые установили, что в уничтоженных Везувием городах практически все осталось так, как до момента гибели: на улицах и в домах были найдены люди, дома сохранились с той же бытовой обстановкой. Казалось, что жизнь в этих городах просто замерла.

Когда извержение вулкана Везувия уничтожило города Помпеи и Геркуланум, его пепел долетал даже до Сирии и Египта.

По историческим данным, в результате извержения Везувия погибли 20 тысяч жителей Помпей. Многим удалось спастись, но некоторых людей стихия застала уже вдали от города.

4.Землетрясение

Землетрясение — быстрые смещения, колебания земной поверхности в результате подземных толчков. Небольшие землетрясения могут быть вызваны сильными взрывами, обрушениями сводов пустот подземных полостей — горных выработок, естественных пустот (карстовых пещер). Небольшие толчки может вызывать также подъём лавы при вулканических извержениях.

Но чаще всего землетрясения (а большие землетрясения всегда) обусловлены быстрым смещением участка земной коры как целого в момент пластической (хрупкой) деформации упруго напряженных пород в очаге землетрясения. Большинство очагов землетрясений возникает близ поверхности Земли. Само смещение происходит под действием упругих сил за счет разрядки-уменьшения упругих деформаций в объеме всего участка плиты в ходе его смещения к положению равновесия (к состоянию с минимальными упругими деформациями). Другими словами, землетрясение представляет собой быстрый переход потенциальной энергии, накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию колебаний этих самых недр (сейсмические волны), в энергию изменения структуры пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород в очаге землетрясения.

Предел прочности пород земной коры превышается в результате роста суммы сил, действующих на нее:

1. Силы вязкого трения мантийных конвекционных потоков о земную кору;
2. Архимедовой силы, действующая на легкую кору со стороны более тяжелой пластичной мантии;
3. Лунно-солнечных приливов;
4. Изменяющегося атмосферного давления.

Эти же силы приводят и к возрастанию потенциальной энергии упругой деформации пород в результате смещения плит под их действием. Плотность потенциальной энергии упругих деформаций под действием перечисленных сил нарастает практически во всем объеме плиты (по-разному в разных точках). В момент землетрясения потенциальная энергия упругой деформации в очаге землетрясения быстро (почти мгновенно) снижается до минимальной остаточной (чуть ли не до нуля). Тогда как в окрестностях очага за счет сдвига во время землетрясения плиты как целого упругие деформации несколько увеличиваются. Поэтому и случаются часто в окрестностях главного повторные землетрясения — афтершоки. Точно так же малые «предварительные» землетрясения — форшоки — могут спровоцировать большое в окрестностях первоначального малого землетрясения. Большое землетрясение (с большим сдвигом плиты) может вызвать последующие индуцированные землетрясения даже на удаленных краях плиты.

Из перечисленных сил первые две намного больше 3-ей и 4-й, но скорость их изменения намного меньше, чем скорость изменения приливных и атмосферных сил. Поэтому точное время прихода землетрясения (год, день, минута) определяется изменением атмосферного давления и приливными силами. Тогда как гораздо большие, но медленно меняющиеся силы вязкого трения и Архимедовы силы задают время прихода землетрясения (с очагом в данной точке) с точностью до столетий и тысячелетий. 

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. К счастью, большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Глубокофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах до 700 км от поверхности, происходят на конвергентных границах литосферных плит и связаны с субдукцией.

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

5.Механизм землетрясений и их классификация

Горообразовательные, вулканические и сейсмические процессы географически тяготеют друг к другу. Однако во времени они происходят, как правило, неодновременно и всегда с разной продолжительностью. Кроме того, есть районы с резко выраженной только сейсмической активностью. Например, многие Средней Азии отличаются высокой сейсмичностью, но не имеют вулканов. На Камчатке и в Чили вулканы и землетрясения проявляются на одной и той же территории, но редко одновременно.

Многие из сейсмологов, говоря о механизме землетрясений, придерживаются теории упругого высвобождения или упругой отдачи. Они связывают возникновение землетрясений с внезапным высвобождением энергии упругой деформации. В результате длительных движений в районе разлома и накопления в связи с этим напряжений, достигающих предельных для прочности пород величины, происходит разрыв или срез этих пород с внезапным быстрым смещением – упругой отдачей, вследствие чего и возникают сейсмические волны. Таким образом, очень медленные и длительные тектонические движения при землетрясении переходят в сейсмические движения, отличающиеся большой скоростью, что происходит в результате быстрой “ разрядки”, накопленной упругой энергии. Это разрядка происходит всего за 10-15 секунд (редко за 40-60 секунд).

При зарождении землетрясения происходит разрушение породы на ограниченном участке, расположенном на определенной глубине от поверхности Земли. В связи с возникшем ослаблением происходит развитие дислокации на очаг или гипоцентральную часть область землетрясения. Разрушение произойдет там, где порода наименее прочна,а это может быть в разломах между блоками. В силу каких-то глубинных процессов отдельные участки коры поднимаются или опускаются. При медленном смещении в земной коре происходят пластические деформации. При более быстрых движениях и при большем их градиенте напряжения, возникающие в коре, не успевая рассасываться, достигают величин, при которых в данных условиях происходит нарушение сплошности – либо по готовому, отчасти уже залечившемуся разрыву, либо с образованием нового. С увеличением глубины возрастают всесторонние сжимающие напряжения, и поэтому возникают большие силы трения, препятствующие быстрому разрушению. Возможно по этой причине глубокофокусные землетрясения отличаются большой энергией и продолжительностью.

В настоящее время наиболее распространены две модели распространения сил, вызывающих разрыв в очаге. Первая основана на предположении действия в очаге пары сил, вызывающих касательные усилия вдоль линии разрыва и момент; согласно второй модели в зоне очага существуют две взаимно перпендикулярных пары сил.

Кроме землетрясений, вызванных тектоническими движениями в земной коре и в верхних слоях мантии, существуют два других типа землетрясений, происходящих вследствие извержения вулканов и карстовых явлений, которые очень локальны, редки и обладают малой силой. Землетрясения могут быть вызваны искусственным путем, например при подземном взрыве. Колебания поверхности могут земли могут быть вызваны и работой промышленного оборудования, движением транспорта и т. д. При использовании чувствительной аппаратуры можно убедиться, что поверхность земли постоянно колеблется; эти колебания очень малы и по этой причине называются микросейсмическими. Наличие микросейсм позволяет извлечь очень полезную информацию как для сейсмологов, так и для инженеров- строителей.