Что такое вулканы

Каждая наука имеет свои собственные термины и понятия, и вулканология не является исключением. Знать эти термипы необходимо, так как они позволяют автору выразить спои мысли в краткой форме, без употребления длинных объяснений, а читателю — понять, о чем идет речь.
Слово «вулкан» пришло к нам от древних римлян, которые считали вулканы трубами кузнечных печей. В этих кузницах, по их представлениям, работает бог огня и кузнечного мастерства — Вулквн (в греческой мифологии — Гефест). Название «горы Вулкана» привилось в латинском языке ко всем горам, которые извергали раскаленную лаву и пепел. Затем оно перешло в немецкий, английский и другие европейские языки, а позже было заимствовано русским языком.
В старой русской литературе вулканы назывались огнедышащими горами. «Огнедышащие горы как бы некоторые проломы в теле п казь агот излишество материи, которая подобно внутренней болезни выходя наружу движет и надувает приближенные части... Горы таким же образом то вновь поднявшись загораются на некоторое время и погасают. Иные старую силу отрыгают, иные со* всем обрушившись кончают свое свирепство вовсе...» * -^ так писал Михаил Васильевич Ломоносов о зарождении и погасании вулканов, или огнедышащих гор.
Имеется более десятка определений термина «вулкан», но более всего для него подходит понятие, предложенное

советским геологом, академиком В. А. Обручевым: «Горы, извергающие огонь, дым, мелкие обломки пород и изливающие лаву — расплавленную каменную породу, называются вулканами»\'.
Продукты вулканических извержений в зависимости ог физического состояния делятся на твердые, жидкие и газообразные. Их общее количество и соотношение друг с другом неодинаковы для различных вулканов и во многом определяются химическим составом первичного вещества. Среди этих продуктов наиболее распространены раскаленные жидкие лавы — магма, расплавленная на глубине. На долю лавы в зависимости от типа извержения приходится от 10 до 90% от всего извергающегося материала. Остальную массу составляют застывшие обломки той же лавы, обломки других горных пород, которые были захвачены лавой при подъеме из глубины, а также магматические газы.
Обычно большинство вулканических гор имеет конусообразную форму (рис. 1). Конус имеет большое сходство с терриконами шахт, потому что образуется аналогичным образом. Чаще всего он сложен насыпными продуктами, которые выбрасываются из центра. При вулканических

взрывах обломки разлетаются в разные стороны, но большая их часть падает поблизости и, постепенно накапливаясь, образует гору. Эта гора слагается из различных слоев (рис. 2), представленных лавовыми потоками и слоями туфов, и в разрезе напоминает слоеный пирог. Такие вулканические постройки называются стратовулканами (от лат. strata — слой). На вершине конусовидной горы располагается впадина — кратер. Стенки его уходят в глубь горы круто или отвесно. На дне кратера можно увидеть одно или несколько отверстий, по которым продукты извержения поступают на поверхность. Это жерла вулкана. Они могут быть либо зияющими, либо заполненными последними порциями извергающейся лавы. Когда лава застывает внутри жерла, она образует жерловину, или пекк.
Высота вулканических конусов может достигать больших размеров. Например, конус Ключевской Сощш на Камчатке имеет высоту 4850 м, самый высокий вулкап в Европе — Этна — 3313 м. В Андах в Южной Америке высота вулканических гор достигает 7 км. Хотя не вся гора может быть сложена из вулканического материала, гем не менее эти цифры показывают, что количество извергнутого материала должно быть весьма значительным.
У некоторых вулканов при грандиозных взрывах или
обрушениях кратер может быть очень велик по сравнению с самим вулканом. В таком случае кратер называется кальдерой (от исп. caldera —котел). Кальдеры в поперечнике достигают 10 км и более. Если после образования кальдеры извержение продолжается, то внутри нее может сформироваться второй вулканический конус с кратером на вершине. Такое строение имеет, например, всем хорошо известный итальянский вулкан Везувий. Цеп-тральный конус этого вулкана окружен высоким валом, который .представляет собой размытые края древней кальдеры, или, как ее называют, Монте-Соммы. Эта огромная кальдера образовалась в результате грандиозного взрыва 24 августа 79 г. Новый конус в кальдере, который и является нынешним вулканом Везувием, сформировался почти через 100 лет в результате извержения в 172 г.
Конусообразную форму имеют наиболее распространенные в настоящее время вулканы, так называемые вулканы центрального типа. К их числу принадлежат все камчатские, курильские, японские, средиземноморские, андийские вулканы. Лавы этих вулканов обычно имеют по-в .пленное содержание оксида кремния (IV) (60—70%), что определяет высокую вязкость лав и является причиной преобладания взрывных явлений при извержениях. Образующиеся обломки (пирокластический материал) слагают конусовидную гору..
Еще одной интересной формой вулканов являются вулканические купола (рис. 3). Они появляются тогда, кг>гда из жерла, как из тюбика зубной пасты, выдавливается очень вязкая лава, которая почти не способна течь. Поэтому непосредственно над жерлом или вокруг него слагаются холмы, часто имеющие очень крутые склоны.
А вот в Исландии, которая также является страной современного вулканизма, строение вулканов совершенно иное. Здесь преимущественно распространены вулканы трещинного типа. Излияние лавы происходит в этой стране не из единого центра, а вдоль крупной трещины — раскола в земной коре. Длина трещин может достигать 30 км. Они протягиваются почти прямолинейно, пересекая горы и речные долины. Лишь изредка встречаются изгибы и коленчатые смещения трещин. При извержениях лава изливается почти на всем протяжении трещины. Она как бы переливается через край и затем течет в обе стороны от трещины, заливая и выравнивая все соседние участки.

После ее застывания образуется ровная поверхность лавового плато. Иногда вдоль трещины формируются небольшие вулканические конусы, состоящие из обломков той же лавы. Такая необычная текучесть лавы связана с ее химическим составом. Для трещинных вулканов Исландии характерны базальтовые лавы, содержащие относительно немного кремнезема, менее 55%. Такие лавы характеризуются очень низкой вязкостью и легко растекаются по поверхности. Это и определило простое геологическое строение острова Исландия. В настоящее время извержения происходят не только па основном острове, но и на прилегающих к нему с юга небольших островах, в районе, который называется Всстманнаэйяр. Здесь в результате подводных извержений зарождаются новые острова. Последним в 1963—1966 гг. возник островок Суртсэй. Образование островов начинается с подводных пепловых извержений, • которые постепенно создают пеп-ловый конус. Конус размывается морем, но вулканические взрывы поставляют новый материал. Как только кратер вулкана перестанет заливаться морской водой, из него начинает выливаться лава. Она покрывает конус плотной броней и предохраняет его от размыва. Но если извержение лавы не происходит, возникший остров быстро размывается. Так получилось в 1783 г. с островом Ниэй.
И еще об одной форме вулканов следует рассказать. Уто так называемые лавовые озера. В таком озере в большом плоском кратере диаметром до 5 км располагается почти незастывающая масса расплавленной базальтовой лавы с содержанием оксида кремния (IV) до 50%. Размеры озера сокращаются в периоды между извержениями и резко увеличиваются во время извержений. Происходят своеобразные наводнения: лавы выходят из берегов и затапливают значительные площади в пределах кратера, иногда выливаются за его пределы. Наиболее известные зачовые озера существовали на Гавайских островах. В результате последних извержений вулкана Килауэа, в 1959, 1963 и 1965 гг., образовалось три лавовых озера глубиной от 15 до 120 м. Эти озера уже застыли, хотя температура при излиянии лав составляла 1140—1285°С. Застывание продолжалось от 10 месяцев до 25 лет как с поверхности под воздействием воздуха и дождя, так и снизу под воздействием холодных горных пород. В этих застывших озерах еще есть линзы расплавленного материала на глу-бипе 30—40 м. В настоящее время лавовое озеро имеется лишь в. Африке на вулкане Нирагонго. Склоны кратера не позволяют расплавленной лаве свободно вытекать из озера. Но на поверхности озера непрерывно происходит движение расплавленной массы, возникают лавовые фонтаны высотой до 100 м и более. Поверхность озера непрерывно волнуется, возникают зыбь, волны (рис. 4). Застывшая корка, покрывающая поверхность озера, погружается на глубину и вновь плавится. Зрелище лавовых озер производит большое впечатление.
Существует еще очень большое число вулканов разнообразных по форме вулканической постройки и по характеру извержений. Обычно они представляют собой комбинации главных вулканических типов, о которых уже было рассказано. Кроме вулканических гор и холмов, располагающихся на поверхности Земли, действующие вулканы имеют выводной канал, по которому в вулканическое жерло поступает расплавленный материал снизу.
Вулканические области на Земле многочисленны. Своей необычной красотой, дикостью, беспорядочным нагромождением скал они напоминают первобытный хаос. Рельеф в областях современного вулканизма очень своеобразен. Это проявляется не только в образовании специфических форм: вулканических конусов, кальдер, лавовых

потоков. При извержениях земная поверхность покрывается слоем рыхлых, легко проницаемых отложений. Это приводит к тому, что вода просачивается на глубину, и на поверхности Земли отсутствуют ручьи и реки. В таких местах очень часто можно видеть древние речные долины, «законсервированные» пеплопадом. Неудивительно -поэтому, что во многих странах в вулканических областях организованы заповедники и национальные парки. Одним из самых старых национальных парков является Гавайский, организованный на островах Гавайского архипелага в 1916 г. Площадь его около 900 км2. Гавайский архипелаг состоит из 8 больших и большого числа малых островов; мелкие острова — коралловые, крупные — вулканические. Вулканический остров Гавайя, на котором располагается\' заповедник, выступает из глади Тихого океана черными лавовыми утесами. Ближе к центру острова появляется все большее число вулканических конусов, многие из них очень высоки. Действующий вулкан Мауна-Лоа достигает в высоту 4170 м.
Если обычно люди в страхе убегают от извергающихся вулканов, посетители Гавайского национального парка, ьаоборот, мечтают стать свидетелями вулканического извержения и не боятся его. Происходит это потому, что лавы гавайских вулканов с большим содержанием железа и магния и малой вязкостью не так опасны, как лавы другого химического состава. Поэтому, когда начинаются вулканические извержения, можно подойти даже к краю кратера. На вулкан Мауна-Лоа до высоты 2000 м ведет узкая мощеная дорога, затем до самой вершины проложена тропинка. По пути к кратеру можно отдохнуть в-двух туристских приютах, один из которых расположен на высоте 3000 м, а второй — на самой вершине вулкана. Отсюда хорошо видна кальдера\" глубиной примерно 180 м, которую гавайцы называют Мокаувеовео. Эллипсовидная кальдера а длину имеет около 5 км, в ширину примерно 500 и.
В 1926 г. лава прорвалась через трещину в юго-западной стене кальдеры вулкана Мауна-Лоа и ее поток уничтожил деревню. Самое большое последнее извержение этого вулкана произошло в июне 1950 г. По трещине в юго-. западной стене кальдеры начала изливаться лава и, двигаясь очень медленно, через час достигла моря. Фронт потока высотой 15 м представлял собой крутой уступ, сложенный красновато-бурой, почти черной, спекшейся породой. В течение отдельных промежутков времени поток совершенно не двигался и казался застывшим. Лишь выделяющиеся сернистые газы и специфический запах горячего железа, как в литейной, свидетельствовали о том, что лава имеет высокую температуру. Был слышен непрерывный резкий треск застывающих глыб. Во время таких спокойных периодов лавовый поток выделял мало теплоты и можно было подойти к самому краю потока или даже взобраться на него.
Более доступным и чаще посещаемым является вулкан Килауэа высотой 1230 м. Самое интересное извержение по произошло в 1959 с. Фонтаны лавы взлетали да жмсэту 600 м над поверхностью лавового озера. В ночь о 13 на 14 сентября 1977 г. вулкан вновь начал дейлво-р.чь. На вершине вулкана построен музей, где собраны все данные о вулканической деятельности в Гавайском национальном парке. Экспозиция музея рассказывает об истории и развитии заповедника; в нем демонстрируют цветные фильмы, показывающие извержения отдельных вулканов. Тут же можно узнать, какие туристические тропы открыты. Вследствие продолжающейся вулканической деятельности тропы часто заливает потоками лавы

или заваливает глыбами. Вокруг кальдеры на вершине Килауэа идет вымощенная тропа. С нее можпо видеть кратер и лавовый тоннель. Тарстон, который возник в результате того, что поверхность лавового потока застыла, а в его нижних частях лава продолжала течь. На месте вытекшей лавы образовался тоннель длиной более 120 м и высотой в отдельных местах до 6 м. Памятная тропа Мауана-Ики ведет туристов в те места, где когда-то извержепие уничтожило гавайскую армию. До сих пор на окаменевшей земле видны многочисленные отпечатки босых ног. На тех участках, до которых не достают потоки лавы, бурно развивается тропическая растительность. Многие растения являются .эндемичными, т. е. они больше нигде не произрастают. Из них наиболее интересно огело (Vaccinium reticulatum), п юды которого подобны чернике. Об этом растении много говорится в старипных гавайских песнях и легендах. Древние обитатели Гавайев приносили его в дар богине огня Пеле. Имя этой богини увековечено и в некоторых лавовых образованиях, например так называемые слезы и волосы Пеле (рис. 5) — обломки базальтового стекла, образующегося при застывапии лавовых фонтанов в воз-Духе.
В нашей стране к вулканическим районам, где очень ярко сочетаются удивительные контрасты природы, принадлежит Камчатка. Это область вулканов, красивейших гейзеров, горячих источников. Все здесь так или иначе связано с вулканическими извержениями. Многие возвышенности в этой горной стране имеют вулканическое происхождение. На сравнительно небольшой площади полуострова располагается 28 действующих, около 130 потухших Еулканов, сотни горячих минеральных источников и гейзеров. Петропавловск — столица Камчатской области - располагается на сопках, которые тоже некогда извергали огонь. С них можно видеть группу вулканических гор. Высокий, ребристый, с белоснежной вершиной вулкан Вилюйчик, двух конусный Авачинский вулкан, неприступную заснеженную вершину Корякского вулкана высотой около 3,5 км. В глубине Камчатского полуострова над покрытой лесами и болотами долиной реки Камчатки возвышаются каменистые склоны обширного Ключевского хребта. Здесь поднимаются к небу красноватые конусы величайших вулканов Азии. Склоны их изрезаны глубокими ущельями. Самым высоким среди них является вулкан Ключевская Сопка. Ее геометрически правильный конус, сложенный переслаивающимися пластами лав и туфов^ поднимается на высоту 4850 м над уровнем моря. Покрытый снегом, с постоянно курящейся вершиной, вулкан необыкновенно красив. На его вершине располагается кратер диаметром 700 и глубиной 250 м.
На восточном берегу полуострова Камчатка, у холодных берегов Кроноцкого залива, тянется гряда вулканических сопок. Отсюда начинается территория Крояоцкого государственного заповедника, занимающего площадь около миллиона гектаров. Здесь располагаются действующие и гаснущие вулканы, гейзеры, горячие источники а т. д. К заповеднику относится Долина Гейзеров, несколько озер, горные равнины, снежные поля и обширные лесные просторы. Все это находится под охраной .государства,
Вблизи Тихоокеанского побережья располагается группа давпо уснувших\' вулканов. Вершина одного из них, увенчанная рядом острых неприступных скал, уже не\" имеет правильной формы конуса. Это старый, дави» потух, пгай вулкан Семячик, или Сопка Зубчатая, как называют его местные жители. Отдельные скальные пики сопки достигают в высоту 1700 м. Чуть южнее расположена другая группа вулканов — Центральный Семячик. Среди вулканов этой группы наиболее известен вулкан Бурлящий — небольшой потухающий вулкан, почти не заметный на фоне окружающего горного рельефа. Но уже издали слышен грохот многочисленных сольфатар на склонах вулкапа. На одном из склонов из двух темных отверстий со страшным грохотом беспрерывно бьют струи перегретого пара. Одпо из этих отверстий туристы прозвали Пастью дьявола: по краям черной дыры сидят словно зубы белые острые камни. В кратере вулкана, прорезанном руслами студеных ручьев, лежит вечный снег, а рядом зеленеют травы, цветут летом и зимой цветы иван-чая, поодаль — обильная голубика.
Одной из самых красивых вулканических гор мира считается Кроноцкий вулкан высотой 3528 м, удивительно правильный конус которого располагается около одноименного озера. У этого стратовулкана на вершине отсутствует кратер. Несмотря на крутые склоны (выше 3000 м угол склона достигает 45°), около вершины находится несколько ледников. Вокруг располагается несколько паразитических конусов. Самый крупный из них — сопка Красная на берегу Кроноцного озера, заполнившего кальдеру бывшего вулкана и имеющего площадь 200 км2.
Но, пожалуй, к самым интересным явлениям природы в Кроноцком заповеднике нужно отнести Долину Гейзеров и кальдеру Узон. Долина Гейзеров была обнаружаяа в 1941 г. Это открытие вызвало большой интерес в научных кругах. Долина реки Гейзерной располагается в 20 км от Кроноцкого залива. Вверх по течению, после слияния рек Гейзерной и Шумной, насчитывается 31 гейзер и много горячих источников. Целый ряд фумарол, грязевых вулканов, озер с горячей водой свидетельствует о существовании на глубине расплавленных масс горных пород. Кальдера Узон образовалась в результате нескольких вулканических взрывов уже в давние времена и имеет в диаметре 10—11 км. В ней находятся небольшие озера — Центральное, Фумарольное и другие, а также большое поле, на котором, распространены горячие источники и сольфатары. В юго-восточной части кальдера прорезана долиной речки Шумной, которая обрывается восьмидесятиметровым водопадом в ближайшую долину. На озерах масса водоплавающих птиц, их берега покрывает обильная растительность. В такой великолепной природной лаборатории работает комплексная экспедиция Вулканологического института Академии наук СССР. Она изучает вопросы использования термальной энергии, прогноза вулканических извержений и т. д., здесь исследуется влияние лавовых почв и теплых источников на рост растений.
На территории Кроноцкого государственного заповедника, кроме вулканических феноменов, охраняются также некоторые виды редких растений и животных.
Вулкан Фудзияма высотой 3776 м является не только самой высокой горой Японии, но и ее народным символом. Японцы утверждают, что он является самым красивым вулканом мира, а его кратер глубиной 220 м они почитают как святыню. Уже в старых народных песнях восхваляется красота Фудзиямы. Величественно возвышается эта гора над окрестностями в 90 км на запад от Токио. В ясную погоду она хорошо видна из столицы. Последнее извержение вулкана было в 1770 г. С тех пор его деятельность затихла, и пока ничто не предвещает возобновления извержений. В июле и августе на Фудзияме почти нет снега, и на вершину горы можно безопасно подняться. Для каждого японца дело чести по крайней мере раз в жизни совершить это восхождение. Поэтому каждый год летом большие группы людей устремляются на ее вершину. Между долиной и вершиной — десять остановок. До пятой, которая располагается на высоте 2500 м, можно доехать автомобилем. Но оставшиеся 1200 м каждый должен пройти пешком,. Большинство японцев приходит к вулкану вечером и достигает вершины ночью. Около 7 ч вечера начинается массовое восхождение. За субботу и воскресенье на вулкан поднимается 60—80 тыс. челсвзк. Вулканы создают незабываемые пейзажи. Число на-. циоиальных парков и заповедников в различных странах постоянно растет. Миллионы туристов имеют возможность посетить эти весьма своеобразные уголки нашей планеты. Извержения вулканов, наблюдаемые с близкого расстояния, представляют собой ни с чем не сравнимое зрелище. В кратере с шумом двшкущегося поезда непрерывно бьют ослепительные фонтаны лавы, дающие начало\" огненной реке. Движение этого потока напоминает ход гусеничного трактора. Крупные серо-бурые глыбы, постоянно меняющие свою форму, шевелятся, перекатываются, надвигаются одна на другую. От потока исходит сильный жар, между глыбами светятся красные огоньки. Поверхность только что расколовшихся глыб оранжево-желтая, но быстро тускнеющая. Над жерлом вулкана на головокружительную высоту взлетают фейерверки раскаленных вулканических бомб, выбрасываются черные клубы пепла. От беспрерывного грохота закладывает уши. В темных облаках, окутывающих место извержения, время от времени сверкают молнии. Все это производит потрясающее впечатление, напоминает о поистине титанических силах, бушующих в недрах планеты.
В древние времена люди вследствие своего невежества объясняли все грозные явления природы действием сверхъестественных сил. Народы, живущие на вулканических островах или просто неподалеку от вулкана, считали их жилищем бога огня, огнедышащего дракона или другого порождения человеческой фантазии. Человек во, все времена испытывал ужас перед вулканами и преклонялся перед ними. Даже сейчас, когда мы вооружены современными достижениями науки, невольно охватывает трепет, когда видишь устрашающий черный столб, поднимающийся на высоту в несколько километров, огненный поток лавы, стекающий по склонам и уничтожающий все на своем пути, дождь из пепла и камней, покрывающих плотным слоем землю, и слышишь грозные громовые раскаты вулканических взрывов. Что же можно говорить о наших темных неграмотных предках, которых при виде таких явлений охватывал панический ужас? Они считали, что это гневаются подземные духи, и пытались как-то умилостивить их.
У разных народов сохранилось много легенд и поверий, связанных с вулканическими извержениями. Известный вулканолог Г. А. Макдональд приводит, например, такую легенду, существующую у полинезийцев. Молодой вождь как-то раз спускался по склону холма на своих санях с костяными полозьями. К нему подошла старая женщина и попросила сани. Вождь грубо отказал ей. Тогда рассерженная женщина (а это была богиня огня Пеле) топнула ногой о землю. Земля разверзлась, из трещины повалил дым и полетели раскаленные камни. Только тогда вождь догадался, кто перед ним, и бросился бежать. С трудом спасся он от раскаленных камней, которые бросала ему вслед богиня.
О священной горе Фудзияма мы уже упоминали. И если ученые сейчас бесстрастно классифицируют, что Фудзияма представляет собой типичный стратовулкан, состоящий из трех вулканов: Комитаки, Ко-Фудзи, Син-Фудзи, если коллекционеры собирают на его склонах обломки обсидиана, пемзы и вулканических бомб, то для большинства японцев вулкан был и остается символом красоты и силы, предметом поклонения. Безмятежное величие Фудзиямы с его снежной шапкой в облаках над зеленым морем растительности вызывает чувство восхищения. Ритуал поклонения этому вулкану отображен на многих старинных

японских картинах, например на гравюрах Хокусаи (рис. 6). И в настоящее время Фудзияма в Японии в большом почете. Однажды группу европейских туристов привезли на место, откуда хорошо виден вулкан Фудзияма, высадили из автобуса и оставили на два часа. Туристы возмущались этой задержкой, а экскурсоводы вежливо, но твердо заявили, что по программе экскурсии с девяти тридцати до одиннадцати тридцати предусмотрено любование вулканом Фудзияма.
У народов, живущих по берегам Средиземного моря, существовало много поэтических легенд, связанных с вулканическими извержениями. Одна из этих легенд, отраженная в греческой и римской мифологии, рассказывает о борьбе богов и титанов, красочно характеризуя разгул стихий. Ужасна и упорна была эта борьба. Стонала земля, грохот наполнил воздух, все кругом колебалось. Огонь охватил всю землю, моря кипели, густой дым заволок все непроницаемой пеленой. И наконец, Юпитер (в греческой мифологии — Зевс) исторг сверкающие молнии и победил штанов в этой борьбе. Земля успокоилась, и вновь засиялo солнце. За поэтическими строками этой легенды можно видеть вполне реалистическое описание вулканического извержения. Древние римляне связывали также вулканические извержения с непрекращающейся работой бога огня Вулкана в своей кузнице. У одного из древнеримских поэтов можно прочесть такие строки: «Там... находится жилище бога, через край этих бездонных жерл вырывается огонь Вулкана, а в этих мрачных подземельях раздается грохот, рожденный работой его кузниц» \'.
Первые попытки научного объяснения вулканической деятельности мы находим уже в трудах философов древности. Демокрит предполагал, что извержения вулканов вызываются движением воды или воздуха через каналы внутри Земли. Платон также верил в существование этих полостей и считал, что по ним перемещаются потоки изначальных субстанций вселенной — земли, воздуха, огня и воды. Очень близкие к современным взгляды о происхождении вулканов развивал римский философ Сенека: вулканы — зто отверстия в земле, через которые расплавленная масса поступает из глубины. В качестве примеров он приводил вулканы Этна, Санторин, Вулкано и Стром-боли.
Но в эпоху средневековья прогрессивное развитие науки, в том числе и науки о вулканах, затормозилось. Церковники не были в этом заинтересованы, и ученые схоласты тех лёт занимались бесконечным толкованием трудов древних авторов, которые церковь объявила священными. Как будто бы вновь вернулись древние времена. Вулканы принимали эа вход в ад или сам ад, грохот извержений •-» за крики кающихся грешников и т. д.
И лишь в конце XVII в. ученые пытаются объяснить вулканические извержения химическими процессами. Например, в конце XVII в. было высказано предположение, что извержение происходит в результате взрыва серы, смешанной с песком и другими материалами. В 1700 г. были проведены даже соответствующие эксперименты. Смесь серы в металлического железа, обильно смоченную водой, зарывали в землю. Эта смесь постепенно нагревалась и в конце концов самопроизвольно воспламенялась. Она взрывала перекрывающий слой и вырывалась вместе с языками пламени и дымом. Весь этот процесс напоминал вулканическое извержение. Большая роль серы при извержениях подчеркивалась М. В. Ломоносовым, который в своем трактате «Слово о рождении металлов от трясения Земли» писал: «Рассуждая толикое подземного огня множество, тотчас мысль обращается к познанию материи, которою он содержится: что возгорению удобнее серы, что к содержанию и питанию огня ее неодолимее... Какая горючая материя изобильнее оныя из недр Земли выходит. Загоревшись, великое количество серы в вемном недре и расширив тяжкой воздух в пропастях, в лежащую сверьху землю оным упирает, поднимает и по разным сторонам разным количеством движения разными образы трясения нроивводит, и в тех местах прежде всего прорывается, где найдет меньше сопротивления; разрушенной вемной поверхности легкие части выстреливают на вовдух, которые, падая, окрестные поля ваннмают, протчие ради великой огромности, осилив тягостию своею пламень и обрушась, гору составляют».
Дальнейшее развитие науки о вулканах и причинах их извержения свявано с работами ученых двух крупных направлений в геологии XVIII и XIX вв. —плутонистами и нептунистами. Плутонисты (названные так по имени бога подземного мира Плутона) утверждали наличие в глубине Земли крупных расплавленных масс, которые и являются источником, питающим вулканы. Нептунисты (получили свое название по имени морского бога Нептуна) считали, что все породы на Земле появились при выпадении осадков из воды. Даже столбчатую отдельность в базальтах они объясняли, считая приемы базальтов крупными кристаллами, образовавшимися в воде. Причиной возникновения вулканической деятельности они считали горение по* гребенных угольных пластов.
Потребовались многие годы неустанной работы нескольких поколепий геологов, чтобы окончательно была доказана связь вулканизма с глубинными явлениями, протекающими в недрах Земли. Прежде чем перейти к объяснению этих явлений, необходимо, хотя бы кратко, рассмотреть химические составы природных соединений— минералов и горных пород, которые участвуют в вулканических процессах. Это тем более необходимо, что мы не« однократно будем возвращаться к этим образованиям в нашей книге при оценке химических и физико-химических процессов, сопровождающих вулканизм.
Земная кора состоит на 47% из кислорода, 28%\' кремния, 9% алюминия. Таких элементов, как Fe, Ca, Na, К и Mg, содержится в вемной коре 2—5%, остальных — несколько долей процента. Горные породы, входящие в состав земной коры, слагают горы, долины рек, низины, потому что песок и глина также относятся к горным породам. В природе горные породы находятся в естественных \' или искусственных обнажениях, их обломки можно найти на вспаханном поле. В городах выходов горных пород меньше, но из них, собственно, построен весь город. Из глины были сделаны кирпичи, из известняков и доломитов получены известь, цемент и т. д.
Все горные породы по способу образования подразделяются на изверженные (среди которых выделяются и интересующие нас вулканические породы), осадочные и метаморфические. Они состоят из минералов. К минералам принадлежат природные химические соединения, представляющие собой оксиды, галогениды, карбонаты, силикаты, сульфиды о сульфаты, соли других кислот, а также самородные металлы. Для нас наиболее интересны так называемые породообразующие минералы, т. е. мипера-лы, которые слагают горные породы, и прежде всего вулканические горные породы. Наиболее распространены среди этих минералов алюмосиликаты — соли поликремниевых кислот, имеющие сложное строение. Простейшая из них — ортокремниевая.
Соли этой кислоты (Mg2SiC>4 или Fe2SiC>4) образуют минерал оливин. Это одни из самых простых химических соединений в ряду сложных алюмосиликатов. Большое разнообразие природных солей поликремниевых кислот вызвано главным обравом двумя причинами: полимеризацией комплексов SiO2 и замещением кремния алюминием. Для простоты будем изображать все сложные алюмосиликаты в виде их оксидов, как это принято в школьных программах по химии.
К породообразующим минералам принадлежат кварц, оливин, различные пироксены, амфиболы, слюды, полевые шпаты. Именно этих главных минералов сложено примерно 90% всей вемной коры, т. е. всех горных пород, распространенных в пределах литосферы. Они слагают также большую часть вулканических горных пород. Но для этой группы пород характерна еще одна очень важная составная часть — вулканическое стекло. По химическому составу оно соответствует всей горной породе в целом, но составляющие его химические элементы в результате быстрого застывания расплавленного стекла не успели образовать химические соединения или минералы, а представляют собой аморфную переохлажденную жидкость. Обыкновенное бутылочное стекло, например, по характеру близко к некоторым видам вулканических стекол. В основном вулканическая горная порода состоит из вулканического стекла, в котором в небольшом количестве выделяются обособления отдельных минералов или их кристаллы. По своему химическому составу вулканические породы подразделяются на несколько групп. Как правило, содержание различных компонентов в этих породах выражают в процентах, беря за основу содержание оксидов различных элементов: БЮг, AI2O3, FeO, MgO, CaO и т. д. С помощью такого деления пород на группы производится так называемая петрохимическая классификация вулканических пород (от греч. «петро» — камень, в буквальном переводе — химическая классификация камней). Высокое содержание оксида кремния (IV) характерно для кислых вулканических пород. К ним принадлежат риолиты, липариты, кератофиты. Они, как правило, состоят из вулканического стекла и минералов: кварца, волевых пшатов и незначительного количества слюды. Содержание кремне-вема SiO2 в них составляет от 70 до 78%, а оксидов MgO, FeO, CaO — самое низкое среди всех вулканических пород, оно не превышает 1—2%. Для них характерно довольно высокое содержание основных оксидов, которое в сумме достигает 6—9%. Но есть вулканические породы, еще более богатые основными оксидами — до 15— 20%. Это так называемые щелочные породы, к которым принадлежат фонолиты, трахиты и другие более редкие вулканические породы. Они имеют своеобразный минеральный состав. Из перечисленных выше минералов в них присутствует лишь полевой шпат КгО-АЬОз-бБЮг; содержание оксида кремния {TV) 5Юг (около 55—60%) в,породах не дает возможности выделиться свободному кремнезему в виде минерала кварца. Этого оксида не хватает даже для образования натриевого полевого шпата альбита и вместо него выделяется другой алюмосиликат — нефелин. Отсюда легко понять, почему в этой породе отсутствует кварц SiQa:
Na2O-Al2O3-2Si02+4Si02=Na20-Al203*6SiO2
Следовательно, вместо нефелина получается альбит.
Для\' современных вулканов более характерны вулканические породы, которые выделяют в группы средних и основных пород. К первым принадлежат андезиты, ко вторым— базальты. Они широко распространены в областях современного вулканизма на Камчатке, Курильских островах, Гавайях и в других районах земного шара. В породах среднего состава содержание оксида кремния Si02 достигает 55—60 %. Это вулканическое стекло, полевые шпаты CaO•AliOa-2Si02,_ амфиболы, пироксены, слюды. В основных породах оксида кремния (IV) менее 55%. В бавальтах минералы представлены пироксенами, полевыми шпатами, оливином (2MgO-Si02) (плагиоклазами). Широко распространено вулканическое стекло. Весьма высоко в базальтах содержание железа, магния и кальция, составляющие 10—15% (для каждого оксида этих элементов). Есть еще одна группа — ультраосновные горные породы, в которых оксида кремния (IV) менее 40%, но оксидов железа, магния, кальция около 25% (для каждого оксида). Такой химический состав пород определяет их минеральный состав. Низкое содержание оксида кремния (IV) не способствует образованию пироксенов, и их место занимает оливин.
Количество кремневема и глинозема в породах так мало, что вдесь почти не образуются полевые пшаты и их место занимают кальциевые пироксены. В противном случае (т. е. при высоких содержаниях Si02 и АЬОз) в этих породах образовались бы кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы):
CaO-2MgO-2Si02+Al203+2Si02=
= 2MgO • 2Si02+СаО • А120з • 2Si02
В этой главе кратко изложено о главных разновидностях вулканических пород. В действительности их число во много раз больше. Кроме вулканических пород, которые содержат стекло, при вулканической деятельности образуются и другие горные породы. Они имеют тот же химический состав, но стекло в них полностью превращено в другие минералы, или, как говорят геологи, раскристаллизо-вапо. Эти породы обычно образуются на большой глубине под вулканами, их застывание происходит в течение длительного времени в условиях более высоких давлений и температур. За это время расплавленная масса успевает образовать кристаллы. Эти породы называются субвулка-нитоскимч, т. е. почти вулканическими.
Ко есть еще одна группа магматических горных пород, которые по связаны непосредственно с вулканической деятельностью. Это так называемые интрузивные горные породы. Они образуются в результате кристаллизации магмы на большой глубине при высоком давлении. По своему химическому составу они почти полностью соответствуют охарактеризованным ранее вулканическим породам, но имеют иное кристаллическое строение. К числу интрузивных горных пород принадлежат известный всем гранит, габбро, диорит и многие другие.