Вулканы и земетрясения

  СОДЕРЖАНИЕ

  Введение…………………………………………………………………3

  Глава 1 Вулканы

  1.1Общая характеристика вулканизма……………………………………4

  1.2 Вулканическая активность…………………………………………….6

  1.3 Типы вулканических построек; классификация вулканов по форме…7

  1.4 Извержение вулкана и поствулканические явления………………….10

  Глава 2 Землетрясения

  2.1 Общая характеристика землетрясений……………………………….11

  2.2 Сейсмические волны и их измерение ………………………………….14

  2.3 Виды землетрясений……………………………………………………15

  Заключение………………………………………………………………….16

  Список  литературы…………

  ВВЕДЕНИЕ

  Вещество  земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и  в глубинных. В недрах Земли под  внешними ее оболочками происходят сложные  физико-механические и физико-химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие ее. Эти преобразующие процессы и называются эндогенными процессами, которые отражаются в рельефе и играют огромную роль в преобразовании и формировании земной коры, так как регулируют перераспределение материи на поверхности Земли.

  Наиболее  отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлении вулканизма, под которым понимается совокупность явлений, протекающих в земной коре и под нею, приводящих к прорыву расплавленных масс через твердую кору.

  Вторым  видом эндогенных процессов являются землетрясения, проявляющиеся в  определенных участках земной поверхности  в виде кратковременных толчков  или сотрясений.

  Цель  данной работы – проанализировать явления вулканизма и землетрясений, их характер, причины возникновения, а также проследить их влияние на формирование рельефа Земли.

  Задачи  работы:

• Раскрыть сущность вулканизма, а также характер условий, процессов и инструментов образования данного явления;
• Рассмотреть основные аспекты существования такого явления, как землетрясения, дать характеристику данному процессу;
• Оценить степень влияния данных процессов на образование рельефа Земли.

  Глава 1 Вулканы

1. Общая характеристика вулканизма

  Процессы  вулканизма сыграли весьма существенную роль в создании облика Земли, формировании земной коры, атмосферы и гидросферы. Они оказывают воздействие на условия обитания живых организмов и человека. В вулканически активных районах проживает около 400 млн. людей. К настоящему времени на суше известно более 800 вулканов, действовавших в историческое время. Вулканизм охватывает все явления связанные с извержением магмы на поверхность. Когда магма находится в глубине земной коры под большим давлением, все ее газовые компоненты остаются в растворенном состоянии. По мере продвижения магмы к поверхности давление уменьшается, газы начинают выделяться, в результате изливающаяся на поверхность магма существенно отличается от изначальной. Чтобы подчеркнуть это отличие, магму излившуюся на поверхность, называют лавой.

  Ежегодно в мире извергается 20-30 наземных вулканов. При этом около 90% вулканических продуктов поставляют немногочисленные катастрофические извержения, в процессе которых в течение короткого времени выбрасывается 20-150 км3 вулканических продуктов. Еще более распространены подводные вулканы.

  Вулканические пояса располагаются, как правило, вдоль границ литосферных плит, к которым приурочено 98% всей вулканической и сейсмической активности Земли. В соответствии с типом границ плит можно выделить вулканы раздвигающихся (разрастающихся) границ плит и вулканы, расположенные в зонах столкновения плит. Небольшое количество вулканов (около 2%) располагаются вне границ плит и составляют важную группу внутриплитных вулканов.

  Каждый  тип вулканизма характеризуется  степенью плавления исходных пород, скоростью подъема и глубиной отделения расплавов. Эти геодинамические особенности определяют состав исходной магмы, отсутствие или наличие промежуточных магматических очагов в земной коре, интенсивность процессов дифференциации магмы и в конечном итоге - состав лавы и характер вулканических извержений.

  Около половины наземных действующих вулканов мира приурочено к островным дугам. Разнообразны по составу продукты извержений, что указывает на длительную дифференциацию исходных расплавов в коровых магматических очагах и на плавление пород земной коры.

  По  сравнению с островодужным вулканизмом, вулканы, расположенные по другую сторону Тихого океана на Американских континентах, характеризуются составом близким к гранитоидам. Для вулканов с таким составом лав весьма характерным является взрывной тип извержений. Эти особенности обусловлены значительно большей, по сравнению с островными дугами, мощностью земной коры континентального типа, сложенной осадочными, метаморфическими и гранитоидными породами.

  Внутриплитный вулканизм (вулканизм "горячих точек") связан с долгоживущими локальными восходящими потоками нагретого мантийного вещества (т.н. "горячими точками"). При воздействии этих потоков на движущиеся литосферные плиты в них возникают очаги плавления и лавы извергаются на поверхность. В случае малоподвижных континентов формируются долгоживущие центры вулканической деятельности, в которых

вулканические извержения происходят в течение  нескольких геологических периодов (десятков - сотен миллионов лет). Примером являются вулканы нагорий Ахагар и Тибести в центре Африканского континента в районе с мощной континентальной земной корой и вулканы островов Зеленого мыса и Камеруна на его пассивной окраине, имеющей утоненную кору континентального типа. На быстро перемещающейся литосферной плите с корой океанического типа возникает цепочка вулканических островов и подводных гор, в пределах которой возраст вулканов закономерно возрастает при удалении от "горячей точки". Примером является Гавайско-Императорский хребет.

2. Вулканическая активность

  Вулканы делятся в зависимости от степени  вулканической активности на действующие, спящие и потухшие. Действующим вулканом принято считать вулкан, извергавшийся  в исторический период времени или  в голоцене. Понятие активный достаточно неточное, так как вулкан, имеющий действующие фумаролы, некоторые учёные относят к активным, а некоторые к потухшим. Спящими считаются недействующие вулканы, на которых возможны извержения, а потухшими — на которых они маловероятны.

  Вместе с тем, среди вулканологов нет единого мнения, как определить активный вулкан. Период активности вулкана может продолжаться от нескольких месяцев до нескольких миллионов лет. Многие вулканы проявляли вулканическую активность несколько десятков тысяч лет назад, но в настоящее время не считаются действующими.

  Астрофизики, в историческом аспекте, считают, что  вулканическая активность, вызванная, в свою очередь, приливным воздействием других небесных тел, может способствовать появлению жизни. В частности, именно вулканы внесли вклад в формирование земной атмосферы и гидросферы, выбросив значительное количество углекислого газа и водяного пара, так же учёные отмечают, что слишком активный вулканизм, как например на спутнике Юпитера Ио, может сделать поверхность планеты непригодной для жизни. В то же время слабая тектоническая активность ведёт к исчезновению углекислого газа и стерилизации планеты. «Эти два случая представляют собой потенциальные границы обитаемости планет и существуют наряду с традиционными параметрами зон жизни для систем маломассивных звезд главной последовательности», — пишут учёные.

   1.3 Типы вулканических построек; классификация вулканов по форме

  В общем виде вулканы подразделяются на линейные и центральные, однако это  деление условно, так как большинство вулканов приурочены к линейным тектоническим нарушениям (разломам) в земной коре.

  Линейные  вулканы или вулканы трещинного типа, обладают протяжёнными подводящими  каналами, связанными с глубоким расколом коры. Как правило, из таких трещин изливается базальтовая жидкая магма, которая растекаясь в стороны, образует крупные лавовые покровы. Вдоль трещин возникают пологие валы разбрызгивания, широкие плоские конусы, лавовые поля. Если магма имеет более кислый состав (более высокое содержание диоксида кремния в расплаве), образуются линейные экструзивные валы и массивы. Когда происходят взрывные извержения, то могут возникать эксплозивные рвы протяжённостью в десятки километров.

  Вулканы центрального типа имеют центральный  подводящий канал, или жерло, ведущее к поверхности от магматического очага. Жерло оканчивается расширением, кратером, который по мере роста вулканической постройки перемещается вверх. У вулканов центрального типа могут быть побочные, или паразитические, кратеры, которые располагаются на его склонах и приурочены к кольцевым или радиальным трещинам. Нередко в кратерах существуют озёра жидкой лавы. Если магма вязкая, то образуются купола выжимания, которые закупоривают жерло, подобно «пробке», что приводит к сильнейшим взрывным извержениям, когда поток газов буквально вышибает «пробку» из жерла.

  Формы вулканов центрального типа зависят  от состава и вязкости магмы. Горячие  и легкоподвижные базальтовые магмы  создают обширные и плоские щитовые  вулканы (Мауна-Лоа, Гавайские острова). Если вулкан периодически извергает то лаву, то пирокластический материал, возникает конусовидная слоистая постройка, стратовулкан. Склоны такого вулкана обычно покрыты глубокими радиальными оврагами — барранкосами. Вулканы центрального типа могут быть чисто лавовыми, либо образованными только вулканическими продуктами — вулканическими шлаками, туфами и т. п. образованиями, либо быть смешанными — стратовулканами.

  Различают моногенные и полигенные вулканы. Первые возникли в результате однократного извержения, вторые — многократных извержений. Вязкая, кислая по составу, низкотемпературная магма, выдавливаясь из жерла, образует экструзивные купола (игла Мон-Пеле, 1902 г.).

  Кроме кальдер существуют и крупные  отрицательные формы рельефа, связанные  с прогибанием под воздействием веса извергнувшегося вулканического материала и дефицитом давления на глубине, возникшим при разгрузке магматического очага. Такие структуры называются вулканотектоническими впадинами, депрессиями. Вулканотектонические впадины распространены очень широко и часто сопровождают образование мощных толщ игнимбритов — вулканических пород кислого состава, имеющих различный генезис. Они бывают лавовыми или образованными спёкшимися или сваренными туфами. Для них характерны линзовидные обособления вулканического стекла, пемзы, лавы, называемых фьямме и туфовая или тофовидная структура основной массы. Как правило, крупные объёмы игнимбритов связаны с неглубоко залегающими магматическими очагами, сформировавшимися за счёт плавления и замещения вмещающих пород. Отрицательные формы рельефа, связанные с вулканами центрального типа, представлены кальдерами — крупными провалами округлой формы, диаметром в несколько километров.

  Щитовидные  вулканы образуются в результате многократных выбросов жидкой лавы. Эта  форма характерна для вулканов, извергающих базальтовую лаву низкой вязкости: она вытекает как из центрального кратера, так и из склонов вулкана. Лава равномерно растекается на многие километры. Как, например, на вулкане Мауна-Лоа на Гавайских островах где она стекает прямо в океан.

  Шлаковые  конусы выбрасывают из своего жерла  только такие неплотные вещества, как камни и пепел: самые крупные  обломки скапливаются слоями вокруг кратера. Из-за этого вулкан с каждым извержением становится всё выше. Лёгкие частицы отлетают на более дальнее расстояние, что делает склоны пологими.

  Стратовулканы, или «слоистые вулканы», периодически извергают лаву и пирокластическое вещество — смесь горячего газа, пепла и раскалённых камней. Поэтому  отложения на их конусе чередуются. На склонах стратовулканов образуются ребристые коридоры из застывшей лавы, которые служат вулкану опорой.

  Купольные вулканы образуются, когда гранитная, вязкая магма вздымается над краями кратера вулкана и лишь небольшое  количество просачивается наружу, стекая по склонам. Магма закупоривает жерло  вулкана, подобно пробке, которую  накопившиеся под куполом газы буквально вышибают из жерла.

3. Извержение вулкана и поствулканические явления

  Извержения  вулканов относятся к геологическим  чрезвычайным ситуациям, которые могут  привести к стихийным бедствиям. Процесс извержения может длиться  от нескольких часов до многих лет. Среди различных классификаций выделяются общие типы извержений:

  Гавайский тип — выбросы жидкой базальтовой  лавы, часто образуются лавовые озёра; должны напоминать палящие тучи или  раскалённые лавины.

  Гидроэксплозивный тип — извержения, происходящие в мелководных условиях океанов и морей, отличаются образованием большого количества пара, возникающего при контакте раскалённой магмы и морской воды.

  После извержений, когда активность вулкана  либо прекращается навсегда, либо он «дремлет»  в течение тысяч лет, на самом вулкане и его окрестностях сохраняются процессы, связанные с остыванием магматического очага и называемые поствулканическими. К ним относят фумаролы, термы, гейзеры.

  Во  время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованием кальдеры — крупной впадины диаметром до 16 км и глубиной до 1000 м. При подъеме магмы внешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность, и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносятся древние горные породы, а не магма, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называют фреатическим.

  Поднявшаяся к земной поверхности лава не всегда на эту поверхность выходит. Она  лишь поднимает слои осадочных пород и застывает в виде компактного тела (лакколита), образуя своеобразную систему невысоких гор. В Германии к таким системами относятся области Рён и Эйфель. На последней наблюдается и другое поствулканическое явление в виде озёр, заполняющих кратеры бывших вулканов, которым не удалось сформировать характерный вулканический конус (так называемые маары).

  Глава 2 Землетрясения

  2.1 Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. Большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

  Верхнюю часть земной коры составляют около  десятка огромных блоков - тектонических  плит. Эти плиты перемещаются под  воздействием конвекционных течений, поднимающихся из высокотемпературной  мантии. Здесь изображено движение плит навстречу друг другу. Из-за сопротивления пород в месте разлома накапливается напряжение.

  Напряжение  внутри земной коры растет до тех пор, пока не превысит прочности самих  пород. Тогда пласты горных пород  разрушаются и резко смещаются. Такое резкое смещение пород называется подвижкой. Вертикальные подвижки приводят к резкому опусканию или поднятию пород. Обычно смещение составляет лишь несколько сантиметров, но энергия, выделяемая при перемещении миллиардов тонн породы даже на малое расстояние, огромна. Накопленное напряжение в месте подвижки снимается.

    Хотя землетрясения часто описывают  как мгновенные события, что  вполне справедливо в масштабе  Земли, подвижка продолжается  в течение некоторого интервала  времени. Так, например, землетрясение 1906 г. в Сан-Франциско длилось около 40 секунд; продолжительность великого землетрясения на Аляске в 1964 г. было более 3 минут. Точка, в которой начинается подвижка, называется очагом, фокусом или гипоцентром землетрясения. Точка на земной поверхности, расположенная непосредственно над очагом, называется эпицентром. Здесь сила подземных толчков достигает наибольшей величины. Фокус землетрясения может находиться на разной глубине, поэтому землетрясения классифицируются на глубокофокусные (очаг землетрясения на глубине 300-700 км), промежуточные (глубина очага 55-300 км) и мелкофокусные (очаг от поверхности менее 55-60 км) землетрясения.

  Глубинный центр или очаг землетрясения  называется гипоцентром. Область, расположенная  на поверхности Земли над гипоцентром, называется эпицентром. Она характеризуется максимальными разрушениями, причем многие предметы здесь смещаются вертикально (подпрыгивают). Область над очагом называется плейстосейстовой областью.

  Для оценки и сравнения землетрясений  используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

  Шкала магнитуд различает землетрясения  по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой  землетрясения. Существует несколько  магнитуд и соответственно магнитудных  шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

  Наиболее  популярной шкалой для оценки энергии  землетрясений является локальная  шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале  возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

  Интенсивность является качественной характеристикой  землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия  землетрясений на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в США — модифицированная шкала Меркалли (MM), в Европе — европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии — шкала Японского метеорологического агентства (Shindo).

  12-балльная  шкала Медведева-Шпонхойера-Карника  была разработана в 1964 году  и получила широкое распространение  в Европе и СССР. С 1996 года  в странах Европейского союза применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS). MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ.

   2.2 Сейсмические волны и их  измерение

  Скольжению  пород вдоль разлома вначале препятствует трение. Вследствие этого, энергия, вызывающая движение, накапливается в форме упругих напряжений пород. Когда напряжение достигает критической точки, превышающей силу трения, происходит резкий разрыв пород с их взаимным смещением; накопленная энергия, освобождаясь, вызывает волновые колебания поверхности земли — землетрясения.

  Сейсмические  волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны  от очага подобно звуковым волнам. Точка, в которой начинается подвижка пород называется фокусом, очагом или гипоцентром, а точка на земной поверхности над очагом — эпицентром землетрясения. Ударные волны распространяются во все стороны от очага, по мере удаления от него их интенсивность уменьшается.

  Сейсмические  волны делятся на волны сжатия и волны сдвига.

  Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль  направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига, поэтому их первыми регистрируют сейсмические станции. Волны сжатия также называют первичными (P-волны). Скорость P-волны равна скорости звука в соответствующей горной породе. При частотах P-волн, больших 15 Гц, эти волны могут быть восприняты на слух как подземный гул и грохот.

  Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород  колебаться перпендикулярно направлению  распространения волны. Волны сдвига также называют вторичными (S-волны). Существует ещё третий тип упругих волн — длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

   2.3 Виды землетрясений

• Вулканические землетрясения

Вулканические землетрясения — разновидность  землетрясений, при которых землетрясение возникает в результате высокого напряжения в недрах вулкана. Причина таких землетрясений — лава, вулканический газ. Землетрясения этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно — недели и месяцы. Тем не менее, опасности для людей этого вида землетрясение не представляет.

• Техногенные землетрясения

В последнее  время появились сведения, что  землетрясения могут вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве  крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность — увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при добыче нефти и газа (произошла серия землетрясений с магнитудой до 5 на Ромашкинском месторождении нефти в Татарстане) и выемке больших количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов из привозных материалов.

• Обвальные землетрясения

Землетрясения также могут быть вызваны обвалами и большими оползнями. Такие землетрясения  называются обвальными, они имеют  локальный характер и небольшую  силу.

• Землетрясения искусственного характера

Землетрясение может быть вызвано искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при подземном ядерном взрыве (тектоническое оружие). Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  Немногие  из грозных явлений природы могут сравниться по разрушительной силе и опасности с землетрясением или извержением вулкана. История человечества насчитывает миллионы жертв, сотни погибших городов и поселков, сооружений, повреждений и уничтоженных от этих стихийных бедствий.

  В настоящее время в сейсмически  опасных районах создаются пункты наблюдения за предвестниками. Их задача - предупреждение и оповещение населения о надвигающемся бедствии. В оборудование таких пунктов входят буровые скважины, на дно которых устанавливают сейсмограф с автоматической регистрацией, устройство для изучения уровня и химического состава грунтовых вод, наклономеры, измерители напряжения электрического и магнитного полей в грунтах и атмосфере. Показания приборов снимаются автоматически 1-2 раза в час.

  С другой стороны землетрясения и  извержения вулканов являются важными  рельефообразующими факторами, которые  играют огромную роль в преобразовании и формировании земной коры.

  СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Короновский Н.В., Якушева А.Ф. Основы геологии, — М.: Высшая школа, 1991. — С. 225-232.
2. Мархинин Е.К. Вулканизм. - М.: Недра, 1985.
3. Трухин В.И. Основы экологической геофизики: Учебное пособие для ВУЗов. - СПб.: Лань, 2004. - 384с.
4. География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн. Под редакцией проф. А. П. Горкина. 2006.
5. Онлайн энциклопедия «Кругосвет»: [сайт]. URL: http://www.krugosvet.ru/ (дата обращения 29.04.2011)

                                Строение Вулкана                     (Приложение А) 

  1 - вулканическая бомба; 2 – канонический  вулкан; 3 – слой пепла золы  и лавы; 4 – дайка; 5 – жерло  вулкана; 6 – силь; 7 – магматический  очаг; 8 – щитовой вулкан.