Курсовая работа: Вулканізм, як один із факторів рельєфоутворення

Вулканічне нагір'я кратера в Африці створено діяльністю багатьох щитових вулканів. Особливо відомий вимерлий вулкан Нго-ронгоро в Танзанії, в національному парку Се-ренгеті. Його кальдера діаметром 22км обрамлена стінками висотою близько 500м. Кііманджаро - вулканічний масив в Африці, що складається з декількох щитових вулканів, що злилися. Припинив свою діяльність в ранньому плейстоцені. Схили і вершина покриті льодовиками.

Еребус (3798м) - активний вулкан на Антарктичному півострові. В кратері лавове озеро, є фумароли і гейзери.

Чімборасо (6267м) - вулкан в Андах. Вершина покрита льодовиками. Не проявляє активності. Невадо-Охос-дель-Саладо (6885м) - активний стратовулкан в Андах. В кратері є фумаролы.

Ілопанго (627м) — кальдера стародавнього вулкана в Центральній Америці, заповнена озером. З озера підіймаються фонтани вулканічних газів — свідоцтво сольфатарной активності

1.4 Методи дослідження вулканічних явищ та способи їх попередження

Виверження вулканів загрожують життю людей і завдають матеріальної шкоди. Після 1600 р. в результаті вивержень і пов'язаних із ними селів і цунамі загинуло 168 тис. чоловік, жертвами хвороб і голоду, що виникли після вивержень, стали 95 тис. чоловік. Унаслідок виверження вулкана Монтань-Пеле в 1902 р. загинуло ЗО тис. чоловік. У результаті сходу селів із вулкана Руїс у Колумбії в 1985 р. загинули 20 тис. чоловік. Виверження вулкана Кракатау в 1883 р. призвело до утворення цунамі, яке забрало життя 36 тис. чоловік. Характер небезпеки залежить від дії різних факторів. Лавові потоки руйнують будинки, перекривають дороги і сільськогосподарські землі, які на багато сторіч виключаються з господарського використання, поки в результаті процесів вивітрювання не сформується новий грунт. Темпи вивітрювання залежать від кількості атмосферних опадів, температурного режиму, умов стоку й характеру поверхні. Так, наприклад, на більш зволожених схилах вулкана Етна в Італії землеробство на лавових потоках відновилося тільки через 300 років після виверження. Унаслідок вулканічних вивержень на дахах будинків накопичуються потужні шари попелу, що загрожує їхнім обваленням. Потрапляння в легені дрібних часток попелу призводить до загибелі худоби. Завись попелу в повітрі становить небезпеку для автомобільного й повітряного транспорту. Часто на час попелопадів закривають аеропорти. Попелові потоки, що становлять собою розпечену суміш завислого дисперсного матеріалу і вулканічних газів, переміщаються з великою швидкістю. У результаті від опіків і ядухи гинуть люди, тварини, рослини та руйнуються будинки.

Давньоримські міста Помпеї і Геркуланум потрапили в зону дії таких потоків і були засипані попелом під час виверження вулкана Везувій. Вулканічні гази, виділювані вулканами будь-якого типу, піднімаються в атмосферу і зазвичай не заподіюють шкоди, однак частково вони можуть повертатися на поверхню землі у вигляді кислотних дощів. Іноді рельєф місцевості сприяє тому, що вулканічні гази (сірчистий газ, хлористий водень або вуглекислий газ) поширюються біля поверхні землі, знищуючи рослинність або забруднюючи повітря в концентраціях, що перевищують граничні припустимі норми Вулканічні гази можуть завдавати і непрямої шкоди Так, з'єднання фтору, що містяться в них, захоплюються попільними частками, а при випаданні їх на земну поверхню заражають пасовища й водойми, викликаючи важкі захворювання худоби. У такий самий спосіб можуть бути забруднені відкриті джерела водопостачання населення. Величезні руйнування викликають також грязе-кам'яні потоки й цунамі.

Для прогнозування вивержень складаються карти вулканічної небезпеки з показом характеру й ареалів поширення продуктів минулих вивержень і ведеться моніторинг провісників вивержень До таких провісників належить частота слабких вулканічних землетрусів, якщо зазвичай їхня кількість не перевищує 10 за одну добу, то безпосередньо перед виверженням зростає до декількох сотень. Ведуться інструментальні спостереження за навіть незначними деформаціями поверхні. Точність вимірювань вертикаль них переміщень, що фіксуються, наприклад, лазерними приладами, складає -0,25мм, горизонтальних — 6мм, що дозволяє виявляти нахил поверхні всього в 1мм на півкілометра. Дані про зміну висоти, відстані й нахилів використовуються для виявлення центру спучування, що передує виверженню, або прогинання поверхні після нього. Перед виверженням підвищуються температури фумарол, іноді змінюється склад вулканічних газів і інтенсивність їх виділення. Явища-передвісники, що передували більшості досить повно задокументованих вивержень, подібні між собою. Однак з упевненістю прогнозувати, коли саме відбудеться виверження, дуже важко

Для передбачення можливого виверження ведуться систематичні інструментальні спостереження в спеціальних обсерваторіях. Найстарша вулканологічна обсерваторія була заснована в 1841 — 1845 рр на Везувію в Італії, потім з 1912 р. почали діяти обсерваторія на вулкані Кілауеа на о. Гаваї і приблизно одночасно — кілька обсерваторій у Японії Моніторині вулканів проводиться також у США (у тому числі на вулкані Сент-Хеленс), Індонезії в обсерваторії біля вулкана Мерапі на о. Ява, в Ісландії, у Росії Інститутом вулканології РАН (Камчатка), Рабауле (Папуа-Нова Гвінея), на островах Гваделупа і Мартиніка у Вест-Індії, розпочаті програми моніторингу в Коста-Ріці й Колумбії.

Попереджати про можливу вулканічну небезпеку і вживати заходів щодо зменшення наслідків повинна цивільна влада, якій вулканологи надають необхідну інформацію. Система оповіщення населення може бути звуковою (сирени) або світловою (наприклад, на шосе біля підніжжя вулкана Сакурадзіма в Японії миготливі сигнальні вогні попереджають автомобілістів про випадання попелу). Встановлюються також попереджуючі прилади, що спрацьовують при підвищених концентраціях небезпечних вулканічних газів, наприклад сірководню. На дорогах у небезпечних районах, де йде виверження, розміщають дорожні загородження.

Для зниження вулканічної небезпеки використовуються як складні інженерні споруди, так і зовсім прості способи. Наприклад, при виверженні вулкана Міякедзіма в Японії в 1985 р. успішно застосовувалося охолодження фронту лавового потоку морською водою. Влаштовуючи штучні проломи в застиглій лаві, що обмежувала потоки на схилах вулканів, вдавалося змінювати їхній напрямок Для захисту від грязе-кам'яних потоків — лахарів — застосовують огороджувальні насипи й дамби, що спрямовують потоки у певне русло. Для запобігання виникненню лахара кратерне озеро іноді спускають за допомогою тунелю (вулкан Келуд на о. Ява в Індонезії). У деяких районах встановлюють спеціальні системи спостереження за грозовими хмарами, що могли б принести зливи й активізувати лахари. У місцях випадання продуктів виверження споруджують різноманітні навіси та безпечні притулки.

РОЗДІЛ 2. Комплексна характеристика вулканізму

2.1 Класифікація вулканічних процесів

Продукти, що виходять на поверхню під час вулканічних вивержень, істотно розрізняються за складом й обсягом. Самі виверження мають різну інтенсивність і тривалість. На цих характеристиках і ґрунтується найбільш уживана класифікація типів вивержень. Але буває, що характер вивержень змінюється від однієї події до іншої, а іноді в процесі того самого виверження.

Плініанський тип називається за іменем римського вченого Плінія Старшого, котрий загинув при виверженні Везувію в 79 р. н. є. Виверження цього типу характеризуються найбільшою інтенсивністю (в атмосферу на висоту 20—50 км викидається велика кількість попелу) і відбуваються безупинно протягом декількох годин і навіть днів. Пемза дацитового або ріолітового складу утворюється з грузлої лави. Продукти вулканічних викидів укривають велику площу, а їхній обсяг коливається від 0,1 до 50 км³ і більше. Виверження може завершитися обваленням вулканічної споруди й утворенням кальдери. Іноді при виверженні виникають пекучі хмари, але лавові потоки утворюються не завжди. Дрібнийпопіл сильним вітром із швидкістю до 100 км/год. розноситься на великі відстані. Попіл, викинутий у 1932 р. вулканом Серро-Асуль у Чилі, був виявлений за 3000км від нього. До плініанського типу належить також сильне виверження вулкана Сент-Хеленс (шт. Вашингтон, США) 18 травня 1980 p., коли висота еруптивного стовпа досягала 6000м. За 10 годин безперервного виверження було викинуто близько 0,1 км³ тефри і більше 2,35 т сірчистого ангідриду. При виверженні Кракатау (Індонезія) у 1883 р. обсяг тефри склав 18км³ , а попільна хмара піднялася на висоту 80км. Основна фаза цього виверження тривала приблизно 18 годин.

Аналіз 25 найсильніших історичних вивержень показує, що періоди спокою, які передували плініанським виверженням, складали в середньому 865 років.

Пелейський тип. Виверження цього типу характеризуються дуже грузлою лавою, що твердішає до виходу з жерла з утворенням одного або декількох екструзивних куполів, вижиманням над ним обеліска, викидами пекучих хмар. До цього типу належало виверження в 1902 р. вулкана Монтань-Пеле на о Мартиніка

Вулканський (Етно-Везувіанський) тип. Виверження цього типу (назва походить від о. Вулькано в Середземному морі) нетривалі — від декількох хвилин до декількох годин, але поновлюються кожні кілька днів або тижнів протягом декількох місяців. Висота еруптивного стовпа сягає 20км. Магма текуча, базальтового або андезитового складу. Характерним є формування лавових потоків, а попільні викиди й екструзивні куполи виникають не завжди. Вулканічні споруди побудовані з лави і пірокластичного матеріалу (стратовулкани). Обсяг таких вулканічних споруд досить великий — від 10 до 100 км³ . Вік стратовулканів складає від 10 000 до 100 000 років Періодичність вивержень окремих вулканів не встановлена До цього типу належить вулкан Фуего у Гватемалі, що викидається кожні кілька років, викиди попелу базальтового складу іноді сягають стратосфери, а їхній обсяг при одному з вивержень склав 0,1 км³ .

Стромболіанський тип. Цей тип названий за іменем вулканічного о Стром-болі в Середземному морі Стромболіанське виверження характеризується безперервною еруптивною діяльністю протягом декількох місяців або навіть років і не дуже великою висотою еруптивного стовпа (рідко вище 10км). Відомі випадки, коли відбувалося розбризкування лави в радіусі -300м, але майже вся вона поверталася в кратер. Характерними є лавові потоки. Попільні покрови мають меншу площу, ніж при виверженнях вулканського типу. Склад продуктів вивержень зазвичай базальтовий, рідше — андезитовий. Вулкан Стромболі знаходиться в стані активності протягом більше 400 років, вулкан Ясур на о. Танна (Вануату) у Тихому океані — протягом більше 200 років. Будова-жерл і характер вивержень у цих вулканів дуже близькі. Деякі виверження стромболіанського типу створюють жужільні конуси, що складаються з базальтового або, рідше, андезитового шлаку. Діаметр жужільного конуса біля основи коливається від 0,25 до 2,5км, середня висота складає 170м Жужільні конуси зазвичай утворюються протягом одного виверження, а вулкани називаються моногенними. Так, наприклад, при виверженні вулкана Парікутин (Мексика) за період із початку його активності 20 лютого 1943 р. до закінчення 9 березня 1952 р. утворився конус вулканічного шлаку заввишки 300м, попелом були засипані околиці, а лава поширилася на площі 18 км² і знищила кілька населених пунктів.

Гаванський тип вивержень характеризується виливами рідкої базальтової лави Фонтани лави, що викидається з тріщин або розламів, можуть сягати заввишки 1000м, а іноді й 2000м пірокластичних продуктів викидається мало, більшу їхню частину складають бризи, що. падають поблизу джерела виверження. Лави виливаються з тріщин, отворів (жерл), розташованих уздовж тріщини, або кратерів, що іноді вміщає лавові озера Коли жерло тільки одне, лава розтікається радіально, утворюючи щитовий вулкан з дуже положистими — до 10° — схилами (у стратовулканів жужільні конуси й крутизна схилів близько 30°). Щитові вулкани складені шарами порівняно тонких лавових потоків і не містять попелу (наприклад, відомі вулкани на о Гаваї — Мауна-Лоа й Кілауеа). Перші описи вулканів такого типу стосуються вулканів Ісландії (наприклад вулкан Крабла на півночі Ісландії, розташований у рифтовій зоні) Дуже близькі до гавайського типу виверження вулкана Фурнез на о. Реюньон в Індійському океані

2.2 Продукти вулканічних вивержень

З вулканiв на земну поверхню надходять газоподiбнi, твердi и рiдкi продукти. Гази, якi насичують магму, є безпосередньою причиною вулканiчних вивержень. У разi виникнення ослаблених (трiщинуватих) зон над магматичним осередком розчиненi в ньому гази переходять у свiй нормальний стан, що супроводжується суттєвим зростанням їхнього об’єму. Це призводить до «закипання» магматичного розплаву i пiдiймання його разом iз газами вгору. У рiдких магмах основного складу дегазацiя вiдбувається вiдносно легко, у в’язких кислих магмах вона може призводити до експлозивної дiяльностi (вибухiв).

Рiдкi продукти вулканiчних вивержень представленi лавою, яка вiдрiзняється вiд магми лише вмiстом розчинених у нiй газiв i так само, як i магма, залежно вiд вмiсту SiО₂ може бути кислою, середньою, основною.

Найпоширенiшi основнi базальтовi лави мають переважно темне забарвлення, вмiст кремнезему в них становить до 52 %. Базальтовi лави характеризуються низькою в’язкiстю i зумовленою цим високою рухомiстю. Температура їх на виходi становить близько 1200 °С. Такi лави пiд час виверження розтiкаються по схилах зi швидкiстю кiлька метрiв на хвилину на значнi вiдстанi, утворюючи потоки, покриви.

Так, пiд час Виверження вулкана Бiлюкай на Камчатцi (бiчний кратер вулкана Ключевська сопка) у 1938 р. було зафiксовано такi швидкостi перемiщення лави: на вiдстанi 10м вiд кратера — ЗО м/хв, 50м — 10, 100м — б i 1000м— лише 0,6 м/кв.

Зовсiм iнакше вiдбувається виверження лав кислого i середнього складу. Кислi лави, вмiст кремнезему в яких перевищує 65 %, через їхню високу в’язкiсть течуть вкрай повiлъно, вихiд газiв iз них утруднений. Тому виверження таких лав часто спричиняє закупорення кратера i супроводжується вибухами. Майже всi катастрофiчнi виверження на пам’ятi людства були пов’язанi з вулканiзмом кислого та середнъого складу. Температура кислих i середнiх лав дещо нижча i становить 800... 1000°С.

Пiд час застигання та кристалiзацiї лав в умовах земної поверхнi утворюються ефузивнi породи.

Лава — це магма, що виливається на земну поверхню при виверженнях, а потім твердішає. Виливання лави може відбуватися з основного вершинного кратера, бічного кратера на схилі вулкана або з тріщин, зв'язаних із вулканічним вогнищем. Вона стікає вниз уздовж схилу у вигляді лавового потоку. У деяких випадках відбувається виливання лави в рифтових зонах величезної довжини. Наприклад, в Ісландії в 1783 р. у межах ланцюга кратерів Лакі, що витягнувся уздовж тектонічного розламу на відстань близько 20км, відбувся вилив ~12,5 км³ лави, що розподілилася на площі -570 км² .

Таблиця 2.1 Середній хімічний склад деяких лав (у вагових відсотках)

Оксиди	SiO2	Al2 O3	Fe2 O	FeO	MgO	CaO	Na2 O	H2 O	P2 O5	MnO
Нефеліновий Базальт	37,6	10,8	5,7	8,3	13,1	13,4	3,8	1,5	1	0,1
Базальт	48,5	14,3	3,1	8,5	8,8	10,4	2,3	0,7	0,3	0,2
Андезит	54,1	17,2	3,5	5,5	4,4	7,9	3,7	0,9	0,3	0,1
Тацит	63,6	16,7	2,2	3	2,1	5,5	4	0,6	0,2	0,1
Фоноліт	56,9	20,2	2,3	1,8	0,6	1,9	8,7	1	0,2	0,2
Трахіт	60,2	17,8	2,6	1,8	1,3	2,9	5,4	0,5	0,2	0,2
Ріоліт	73,1	12	2,1	1,6	0,2	0,8	4,3	0,6	0,1	0,1

Рухається над поверхнею ґрунту зі швидкістю ~ 100 км/год., утворює попільні потоки. Вони поширюються на багато кілометрів, іноді долаючи водні простори й височини Ці утворення відомі також під назвою пекучих хмар; вони настільки розпечені, що світяться вночі.

У попільних потоках можуть бути також великі уламки, у тому числі й шматки породи, вирвані зі стінок жерла вулкана. Найчастіше пекучі хмари утворюються при обваленні стовпа попелу й газів, що викидаються вертикально з жерла. Під дією сили ваги, яка протидіє тискові газів, що викидаються, крайові частини стовпа починають осідати й спускатися вздовж схилу вулкана у вигляді розпеченої лавини У деяких випадках пекучі хмари виникають на периферії вулканічного купола або біля основи вулканічного обеліска. Можливим є також їх викидання з кільцевих тріщин навколо кальдери. Відкладення попільних потоків утворюють вулканічну породу ігнімбрит. Ці потоки транспортують як дрібні, так і великі фрагменти пемзи. Якщо ігнімбрити відкладаються досить потужним шаром, внутрішні горизонти можуть мати настільки високу температуру, що уламки пемзи плавляться, утворюючи спечений ігнімбрит, або спечений туф.