Пятая стихия. Глава 3. Извержение вулканов

После того, как мы «расправились» с атмосферой, давайте посмотрим, что делается в литосфере – твердой оболочке Земли. Литосфера распространяется вглубь Земли примерно на 1200 км. Она имеет верхний слой толщиной около 120 км с удельным весом 2,8 г/см3  и внутренний (нижний) слой с удельным весом 3,6 – 4,0 г/см3.
Сама же Земля представляет из себя геоид (почти шар) с радиусом около 6380 км. По современным представлениям в центре Земли находится твердая внутренняя часть ядра радиусом около 1150 км и с температурой около 4000°С. Откровенно говоря, трудно представить, что при такой температуре какой-то химический элемент или сплав может находиться в твердом состоянии. Внутреннюю часть ядра окружает расплавленное ядро (вот это уже понятно), состоящее из железа и никеля. Толщина наружной части ядра равна примерно 2300 км. Таким образом, ядро нашей планеты имеет радиус около 3500 км (точнее 3450 км). Основную массу ядра составляет железо (примерно 90% от всей массы ядра), никель (10%), а также кобальт, медь и другие элементы.
Ядро Земли окружает мантия, состоящая из твердых силикатных пород, находящихся в стекловато-вязком состоянии. Толщина мантии примерно равна 2800 км. Ну а дальше, ближе к поверхности Земли, уже находится литосфера. Верхнюю часть литосферы называют корой, которая имеет толщину 6-40 км.
Если сложить все толщины слоев, то получится как раз около 6380 км, т.е. радиус Земли.
Литосфера Земли и земная кора – не одно и то же. Поэтому результаты ваших арифметических вычислений могут быть отличными от 6380 км. Просто выше в достаточно понятном виде, как нам кажется, приведены две гипотезы строения Земли. Ведь так глубоко в Землю никто не «забирался». Известно (рассчитано), что ядро Земли находится под огромным давлением – около 3 млн. атмосфер, а температура по мере углубления в недра Земли постоянно повышается. Это повышение температуры составляет примерно 1°С на 20-40 метров глубины. Максимальная температура, измеренная на одной из буровых установок в Калифорнии, равнялась 133°С. А что же будет глубже?
Уже на глубине около 70 км температура будет равна примерно 2000°С. При такой температуре все известные горные породы должны находиться в расплавленном огненно-жидком состоянии.
Известно, что по мере углубления в недра Земли увеличивается и атмосферное давление (примерно 250 атмосфер на каждые 10 км глубины), повышающее температуру плавления, но на указанной выше глубине твердые породы должны переходить в вязкие текучие полужидкие массы. А это уже переход к магматической оболочке или области магмы, которую теперь часто называют мантией (магма в переводе с древнегреческого – тестообразная масса).
Наружная огненно-жидкая оболочка по мере остывания Земли становилась все более  и более вязкой. На ней, как накипь, всплывают затвердевшие каменные глыбы. Постепенно наружная поверхность остывает, твердеет, и образуется земная кора.
Иногда огненные потоки прорывают эту кору изнутри, но по мере остывания Земли подобные прорывы (извержения) становятся все реже и реже. Земля «одевается» крепким каменным панцирем, который постепенно остывает. Теперь, через 4,5 млрд. лет, по этому панцирю мы можем пройтись и босиком.
Таким образом мы с вами, уважаемый читатель, знаем, что практически половина, вернее большая половина, нашего «шарика» представляет собой расплавленную массу, которая находится под огромным давлением. А из физики известно, что давление всегда стремится выровняться и выравнивается, если есть такая возможность, со скоростью звука. Вот поэтому силы давления «ищут слабину» в земной коре для того, чтобы вырваться наружу. Непросто сейчас им это делать, но все-таки иногда получается. Здесь можно вспомнить известное крылатое выражение «вода дырочку найдет». Правда, в нашем случае это не вода, а магма.

Когда прочность земной коры не выдерживает сил внутреннего давления Земли, магма вырывается наружу. Громадная разница давления внутри Земли и снаружи приводит к тому, что, вырываясь на поверхность, внутреннее давление «забрасывает» громадные камни и газы на высоту 10 км, а то и больше, от поверхности Земли. Это и есть извержение вулканов. При этом магма выливается на поверхность в виде лавы. По сути дела и магма, и лава представляют собой расплавленные огненные горные породы. Магма не взлетит вверх на десять километров. Она «спокойно» выльется из кратера и потечет вниз, уничтожая все на своем пути. Это СТИХИЯ, от которой никуда не денешься. Её медленное течение только добавляет стекающей лаве мощи и величия.
Не везде на земном шаре есть благоприятные условия для «прорыва» земной коры. Но там, где есть такие условия, извержения вулканов бывают достаточно регулярно. Геологи и вулканологи (есть такая специальность) хорошо знают эти места на Земле. Часто извергающиеся вулканы называют активными, редко – спящими, а те, что на памяти человечества не извергались – потухшими. Для вулканических районов характерны и другие достаточно редкие на земном шаре явления: гейзеры, горячие минеральные источники, кипящие грязевые озёра и другие.
Даже «молчащие» вулканы просто отличить от других гор. Во-первых, почти все вулканы имеют конусообразную форму. Во-вторых, в верхней части вулкана находится воронкообразное отверстие, которое называется кратером. Этот кратер заканчивается жерлом, уходящим в недра Земли. Ширина кратера иногда доходит до 50-70 км, а его глубина бывает разной.
Для нас самый известный вулкан – это Ключевская Сопка, расположенный на Камчатке. Этот вулкан следует отнести к действующим. Там же на Камчатке находится и известная Долина гейзеров. Гора Арарат, тоже вулкан, считалась вулканом потухшим и никак не проявляла себя в течение почти двух тысячелетий. Однако в 1840 году из трещин, образовавшихся в горе, вдруг вырвались потоки грязи, газы с сильным запахом серы, пошел «каменный дождь». И хотя все это извержение продолжалось всего один час, соседняя деревня Ахуры и древний монастырь Святого Ильи были полностью разрушены и залиты грязью..

Пожалуй, все мы знаем и о вулкане Везувий, который находится в Италии недалеко от Неаполя. Известным этот вулкан сделал Карл Брюллов, написавший прекрасную картину «Последний день Помпеи». В 79 году нашей эры из-за страшного извержения Везувия погибло сразу три города: Помпеи, Геркуланум и Стабия. Помпеи был засыпан пеплом, а два других города залиты грязевыми потоками и лавой.
Вулканическая деятельность есть на всех континентах Земли кроме Австралии. Даже в Антарктиде есть вулканы. Перечислять наиболее «знаменитые» вулканы, пожалуй, большого смысла нет, и мы не будем этого делать. В разных книжках и справочниках вы, если захотите, сможете найти подробную информацию о вулканической деятельности на Земле.

Для того чтобы лучше понять физику извержения вулканов, приведем такой обывательский пример. Вы надуваете детский резиновый шарик и вдруг замечаете, что в одном месте на поверхности шарика резина тоньше (почти прозрачная), и ваш шарик в этом месте раздувается больше. Получается флюс. Если вы и дальше будете надувать шарик, то он лопнет, и лопнет обязательно в том месте, где резина оказалась тоньше. Вот вам и «маленькое извержение вулкана». Шарик лопнул в том месте, где в резиновой оболочке была «слабина» не выдержав разницы давлений внутри шара и вне его.
И еще одно обывательское объяснение процесса извержения вулканов. Это случилось очень давно с автором этих строк. Наша группа уезжала из ещё пионерского лагеря. Не желая увозить обратно всё оставшееся, мы развели костер и кидали в него ненужные бумаги, тряпки и прочий мусор. Кто-то бросил в костер закрытый тюбик с остатками зубной пасты. Ничего опасного, страшного, в этом мы не увидели. Но тюбик нагрелся, паста совсем расплавилась, внутри тюбика увеличилось давление. В конце концов тюбик не выдержал и взорвался, обдав всех, кто находился рядом с костром, горячей зубной пастой. Вот вам пример ещё одного маленького извержения.
Сейчас, пожалуй, трудно (рано) говорить о возможности прогнозирования извержения вулканов, хотя эта стихия, безусловно, интересует всех. Можно еще как-то оценить и спрогнозировать сейсмическую активность Земли в том или ином регионе. Это позволит косвенно предсказать возможность извержения вулканов и не больше. Однако, появившиеся над кратером вулкана столбы газа, какой-то гул, непонятное беспокойство животных и т.д. могут служить признаком того, что вулкан «просыпается».
Прогнозировать окончание извержения вулкана – тоже дело безнадежное. Единственное, что поддается прогнозу и прогнозируется – это вулканический пепел. При извержении вулкана пепел «забрасывается» на высоту до 10 и более километров. Как раз на этих высотах по всему миру летают большие транспортные самолеты. Для них вулканический пепел – опасное природное явление. На эшелоне (высоте) полёта значительно ухудшается видимость, может быть нарушена радиосвязь самолёта с землей, несколько затрудняется работа авиационных двигателей. Поэтому в интересах авиации в районах возможного появления вулканического пепла этот пепел прогнозируется и прогнозируется направление и скорость его перемещения.

Уважаемый читатель! Автор не ставил перед собой задачу серьезно, с хорошим математическим обоснованием вникать во все процессы, происходящие на Земле, над Землей, под Землей и на воде.  Это практически невозможно сделать. Хотелось на понятном языке при минимуме научных терминов постараться объяснить происходящие на Земле процессы, и будем рады, если удастся это сделать.