Вулканические извержения

Вулканические извержения представляют собой все явления, связанные с подъемом нагреваемых субстанций из глубин Земли на поверхность: газы, горячую воду (пар) и лаву (расплавленную породу).

Вулканы обычно тяготеют к районам современной тектонической активности. В России это Курило-Камчатская зона.

Извержения вулканов могут сопровождаться потоками лавы, пепла, образованием кальдеры (обрушением полости), выбросом вулканических бомб (до 50 см), лахарами – грязевые потоки, которые образуются из вулканических кратеров.

Извержения вулканов переходят в ЧС в условиях наличия близлежащих городов, поселков, объектов экономики и других случаях возникновения опасности для людей и материальных ценностей.

Бедствия, связанные с неустойчивостью склонов, являются особой опасностью в горных районах. Любой склон может явиться потенциальной причиной катастрофы. Под действием силы тяжести при потере устойчивости склон может разрушиться, вызвав тяжелые последствия.

Рис. 186. Критическая высота откоса: λ – угол наклона плоскости скольжения

Катастрофические явления, происходящие на склонах, необязательно должны быть быстрыми. Медленное скольжение в море скального берега с постройками в течение года не менее опасная катастрофа, чем быстрые смещения. Прогрессирующее разрушение склонов может быть хрупким (происходит быстро) или типа ползучести (происходит медленно). Склоны, сложенные рыхлыми породами, характеризуются устойчивостью откоса. Критическая высота откоса (рис. 186):

h_c = W (b; j),

где b – угол откоса; g – вес клина; φ – угол внутреннего трения; С – сцепление (входит в прочность); W – масса оползня; h_c – высота откоса.

В целом проектирование откосов производится в соответствии с упомянутыми критериями. Кроме того, при анализе устойчивости необходимо учитывать влияние поровой воды, которая ослабляет прочность пород на сдвиг.

Склоны, сложенные скальными породами, также рассчитываются по параметру критической высоты. Здесь отличие заключается в механизме смещения: смещение происходит по трещинам, пересекающим склон. При высоких (более 80 м) склонах вес скальных пород обусловливает концентрацию напряжений у основания склона.

К наиболее опасным явлениям, сопровождающим извержения вулканов, относятся лавовые потоки, выпадения тефры, вулканические грязевые потоки, вулканические наводнения, палящая вулканическая туча и вулканические газы.

Лавовые потоки состоят из лавы – расплава горных пород, разогретых до 900–1000°С. В зависимости от состава горных пород лава может быть жидкой или вязкой. При извержении вулкана лава изливается из трещин в склоне вулкана либо переливается через край кратера вулкана и стекает к его подножию. Чем мощнее лавовый поток, больше уклон конуса вулкана и жиже лава, тем быстрее он передвигается. Диапазон скоростей лавовых потоков достаточно широк: от нескольких сантиметров в час до нескольких десятков километров в час. В отдельных, наиболее опасных случаях скорость лавовых потоков может достигать 100 км в час. Чаще всего она не превышает 1 км в час.

Лавовые потоки при смертоносных температурах представляют опасность лишь тогда, когда на их пути оказываются населенные пункты. Однако и в этом случае остается время на эвакуацию населения и проведение различных защитных мероприятий.

Тефра состоит из обломков застывшей лавы, более древних подповерхностных горных пород и раздробленного вулканического материала, образующего конус вулкана. Тефра образуется при вулканическом взрыве, сопровождающем извержение вулкана. Наиболее крупные обломки тефры называются вулканическими бомбами, несколько меньшие по размеру – лапиллами, еще более мелкие – вулканическим песком, а мельчайшие – пеплом.

Вулканические бомбы отлетают на несколько километров от кратера. Лапиллы и вулканический песок могут распространяться на десятки километров, а пепел в высоких слоях атмосферы может несколько раз обогнуть земной шар. Объем тефры при некоторых вулканических извержениях значительно превосходит объем лавы; иногда выбросы тефры составляют десятки кубических километров.

Выпадение тефры приводит к уничтожению животных, растений, возможна гибель людей. Вероятность выпадения тефры на населенный пункт в значительной степени зависит от направления ветра.

Мощные слои пепла на склонах вулкана находятся в неустойчивом положении. Когда на них ложатся новые порции пепла, они соскальзывают со склона вулкана. В некоторых случаях пепел пропитывается водой, в результате чего образуются вулканические грязевые потоки. Скорость грязевых потоков может достигать нескольких десятков километров в час. Такие потоки обладают значительной плотностью и могут во время своего движения увлекать крупные глыбы, что увеличивает их опасность. Вследствие большой скорости движения грязевых потоков затрудняется проведение спасательных работ и эвакуация населения.

При таянии ледников во время вулканических извержений может сразу образоваться огромное количество воды, что приводит к вулканическим наводнениям. Точно подсчитать, какое количество воды спустил ледник, трудно, хотя это весьма важно для планирования мер защиты от вулканического наводнения. Это объясняется тем, что ледники имеют много внутренних полостей, заполненных водой, которая добавляется к воде, возникающей при таянии ледников во время вулканического извержения.

Палящая вулканическая туча представляет собой смесь раскаленных газов и тефры. Поражающее действие палящей тучи обусловлено образующейся при ее возникновении ударной волной (ветром у краев тучи), распространяющейся со скоростью до 40 км/ч, и валом жара (до 1000°С). Кроме того, сама туча может передвигаться с большой скоростью (90–200 км/ч).

Вулканическое извержение всегда сопровождается выделением вулканических газов и смеси с водяными парами.

Вулканические газы представляют собой смесь сернистого и серного окислов, сероводорода, хлористоводородной и фтористоводородной кислот в газообразном состоянии,
а также углекислого и угарного газов в больших концентрациях, смертельно опасных для человека. Выделение вулканических газов может продолжаться десятки миллионов лет даже после того, как вулкан перестал выбрасывать лаву и пепел.

Резкие колебания климата обусловлены изменением теплофизических свойств атмосферы за счет ее загрязнения вулканическими газами и аэрозолями. При крупнейших извержениях вулканические выбросы распространяются в атмосфере над всей планетой. Примесь углекислого газа и силикатных частиц может создавать парниковый эффект, ведущий к потеплению земной поверхности; большинство же аэрозолей в атмосфере приводит к похолоданию. Конкретный эффект извержения зависит от химического состава, количества выброшенного материала и от расположения его источника.

При извержениях островных и подводных вулканов часто возникают цунами. Кроме того, образующиеся при подводных извержениях облака вспыхивающих газов и пара могут служить причиной гибели морских судов. Возможно, газ способен выделяться не только в точках извержения, но и на соседних с ним больших пространствах морского дна, покрытого отложениями с высоким содержанием газогидратов. Последние могут распадаться на воду и газ при довольно малых изменениях давления, температуры, химического состава вышележащей толщи воды.