Вулканизм — самый молодой и самый древний из геологических процессов на Земле
Если представить, какой была наша планета 3 — 4 млрд. лет назад, то перед нами возникнет ужасающая картина: взрывы, непрекращающийся грохот, огромные фонтаны извергающейся магмы, целые моря расплавленного вещества, — словом, царство вулканизма на ранних стадиях формирования поверхности Земли.
О самой ранней стадии вулканизма (ее часто называют `лунной`) нельзя судить по имеющимся сейчас горным породам. Первозданных вулканических пород практически не сохранилось, все они за миллиарды лет были переработаны в результате позднейших процессов. Однако такие породы есть на Луне, которая намного раньше, чем Земля, прекратила тектоническую активность, поэтому модель «лунной стадии» в развитии вулканизма на Земле может быть построена на основе реально существующих пород на Луне.
Вулканизм — совокупность явлений, связанных с перемещением магмы в верхней мантии и земной коре, а также на поверхности Земли. Ему свойственна максимально концентрированная энергия на единицу площади. Самыми яркими примерами вулканической деятельности служат, конечно, сами вулканы. Местоположение их определяется, прежде всего, тектоническим строением земной коры, поэтому во многом (хотя и не полностью) области распространения вулканизма и землетрясений совпадают. Ученые выделяют наземный и подводный вулканизм.
При наземном вулканизме резко сменяются условия преобразования магматического вещества. При извержении в нем падают давление среды (с 102 до 1 кг/см2), плотность (с 2 до 1,3 • 10(-3) г/см3), вязкость и т. д. Подводный вулканизм протекает в более плотной среде, чем воздушная. Уже на глубине около 2 км давление паров воды в магме становится меньше давления окружающей воды. Образование паров на больших глубинах невозможно. Вулканы могут находиться и подо льдом. Такие вулканы наблюдаются в Исландии и Антарктиде. В недалеком прошлом они, например, существовали на Кавказе, а также в Саянах.
Признаками близкого извержения являются некоторые изменения в земной коре и сейсмические толчки. Это происходит при нарастании давления в жерле вулкана из-за пробки лавы, оставшейся от предыдущего извержения. Вещество, выбрасываемое взрывами, состоит из газов, паров, жидкой лавы и твердого материала. При небольшой мощности взрывов на поверхность прорываются только газы. Иногда объем вулканического материала такой значительный, что по периферии вулкана формируются холмистые равнины, сложенные из пепла и обломков.
В 1912 г. при сильном взрыве вулкана Катмай на Алеутских островах было выброшено в атмосферу почти 16 км3 пепла и пемзы. У подножия вулкана толщина слоя пепла достигла 15 м, а в 160 км от него — 3 м. Взрыв вулкана был слышен за 1200 км. Пепла в воздухе оказалось так много, что вулкан и его окрестности погрузились в ночную тьму; в воздухе ощущался запах серы. При взрывах вулканов Безымянный и Шевелуч на Камчатке наблюдались такие же явления. При извержении разрушаются и выбрасываются не только материалы старых вулканов, но и породы кристаллического фундамента. Обломочный материал бывает сильно раздроблен, а потому обломки имеют остроугольную форму. Их величина достигает 15 м.
Слоистые вулканы ученые обычно называют стратовулканами. Они формируются за сравнительно короткое время, однако и оно различается: Парикутин (Мексика) — за 10 — 12 лет; Исалько (Сальвадор) — за 200 лет. За такой промежуток времени вулкан извергает на поверхность большой объем обломочного материала. Например, Ключевская сопка (Камчатка) за последние 50 лет выбрасывала в среднем около 0,03 км3 обломков в год, т. е. почти 45 млн. т ежегодно. При вулканических извержениях обычно изливается лава. Иногда ее так много, что в кратерах образуются лавовые озера. В кальдере (от исп. caldera, букв. — большой котел; здесь — котлообразная впадина) вулкана Килауэа на Гавайских островах такое лавовое озеро то появляется, то исчезает. Над его поверхностью поднимаются фонтаны магмы высотой 20 м. По трещинам часть лавы вытекает на склоны вулкана. Извержения иногда сопровождаются «палящими тучами» — раскаленными облаками. Они насыщены газами и содержат много обломочного материала. Объем лавовых потоков измеряется сотнями и тысячами кубометров в секунду. Скорость потоков зависит от вязкости вещества, наклона поверхности и колеблется от 10 до 60 км/ч. Лавовые потоки образуют волнистые и глыбовые равнины. Волнистые равнины формируются наиболее подвижными лавами и по характеру рельефа напоминают огромные скрученные канаты. При умеренных скоростях движения лавы образуются участки с плитовадной поверхностью, а в толще лав — пустоты в виде туннелей. Глыбовые равнины сложены более вязкими лавами. Когда лавовый поток коробится, возникают трещины, вызывающие дробление на глыбы и блоки поперечником до 5 м. При этом большая часть глыб имеет остроугольную форму. Вязкая лава малоподвижна и часто накапливается в виде «куполов выжимания» возле жерла вулкана. Выдавливание такой лавы происходит медленно, в течение многих месяцев и даже лет. Вулканическая деятельность сопровождается выбросами горячих вод. Гидротермальные процессы приводят к появлению гейзеров.
Каналы выхода паров, имеющих температуру 130 — 165°С и содержащих примеси углекислоты, мышьяка, водорода, серы, хлора и других элементов, называют фумаролами. Такие каналы наблюдаются в кальдерах и кратерах потухших вулканов, в лавовых потоках, на склонах вулканов. На месте выходов газов и паров формируются натечные конусы, террасы, «языки», сложенные породами, образовавшимися при кристаллизации минералов. Иногда по периферии фумарол образуются крупные скопления серы (в сольфатарах).
Подводный вулканизм изучен слабее, чем наземный, хотя подводных вулканов на дне океанов достаточно много. В зону срединно-океанических хребтов ежегодно поступает 5 — 6 км3 лавы, тогда как на суше — всего около 1 км3. Бывают взрывы вулканов, при которых поднимаются кипарисовидные столбы вещества. От вулкана отделяются облака (в воде!) пепла и мелкозема, выбрасываются глыбы и вулканические бомбы. Однако излияния лав протекают здесь гораздо медленнее, чем на суше. Лавы состоят в основном из базальтов, а по форме напоминают шаровые лавы.
О подледном вулканизме известно еще меньше, чем о подводном. Наблюдения в Исландии и Антарктиде показали, что эти особые вулканические процессы возникают при взаимодействии прочной земной коры, льда и атмосферы. В Исландии, например, ряд вулканов располагается в основании покровных ледников. Мощность льда, перекрывающего жерла вулканов, достигает 300 — 500 м. При извержениях, которые сопровождаются интенсивным плавлением льда, происходит высвобождение морены и смешивание ее с пирокластическим материалом.
Непременные спутники вулканов — вулканотектонические поднятия и опускания поверхности. В Исландии длина разрывных нарушений, связанных с поднятиями, достигает десятков километров, а амплитуда — 30 — 40 м. При активизации вулканов наблюдаются не только вертикальные, но и горизонтальные подвижки. Известны крупные впадины по периферии вулканов, например, вокруг Ключевской сопки, происхождение которых обусловлено оседанием земной коры после освобождения магматического источника.