L; вулканично изригване, рядко явление за науката
Под вулкан много фрактури, изпълнени с магма под налягане, си проправят път към повърхността. Повечето не водят. По какви причини ?
Няколко милиона жители на района на Неапол живеят близо до Везувий или Флегрейските полета, два особено опасни активни вулкана. В световен мащаб 500 до 600 милиона души живеят под заплахата от изригване. Следователно близо десет процента от човечеството са трайно застрашени от вулканични дейности, да не говорим за икономическите щети, свързани с тях. Тези числа илюстрират интереса от предсказване на изригвания и за това по-доброто им разбиране.
От гледна точка на геолога обаче изригванията са относително рядко явление. Днес на Земята има 1625 изброени вулкана, 14 от които са били активни в началото на март 2010 г. Повечето вулкани изригват през различни интервали от време. По-голямата част от тази дейност се осъществява под морето, на средноокеанските хребети. Останалото е на открито, на нивото на активните вулкани - тези, чието последно изригване датира от по-малко от 10 000 години - на всички континенти. Към това се добавя неопределен брой, но със сигурност значителен брой вулкани, познали само едно изригване. В крайна сметка има само около 50 до 60 изригвания годишно.
Това е изненадващо, като се има предвид, че астеносферата, слоят под литосферата (външният слой на Земята), съдържа огромни количества частично разтопени скали. Магмата, която причинява изригвания, се намира не само в магматичните камери под вулкани, но почти навсякъде на някаква дълбочина. Въпреки това, близо до вулкани, непрекъснати земетресения и други вертикални движения на сушата свидетелстват, че магмата се натиска в някаква подземна "тръба". Заключваме, че многото изгряващи магми рядко водят до изригване. Защо е така? Ще уточним подробно този въпрос и ще се опитаме да отговорим на него.
Какво е обрив? За да се получи излив на лава, счупване, изпълнено с магма под налягане, трябва да си проправи път към повърхността. Поради това обяснението на рядкостта на изригванията е да се разбере защо толкова много фрактури спират по време на техния напредък.
Нека започнем с изучаване на динамиката на вулканите, тоест изучаването на физическите процеси в работата в тези сгради и тези на външните им прояви. За да направим това, ние реконструираме и анализираме тези процеси от физическите свойства и поведения (механични, хидродинамични и др.) На вулканични течности и твърди вещества. В този контекст са полезни няколко концепции от физиката на материалите, по-специално сравнението на вулкани с композитни материали, комплекти от поне два материала с различни характеристики. Както всеки композитен материал, вулканът се състои от много скали с различна твърдост, еластичност и якост на опън.
Фрактурите спират
Вертикален или наклонен ?
Движението на магмата през фрактурите води до много земетресения и други вертикални движения на земята. Съответните сеизмични сигнали разкриват камерите на магмата и позволяват груба оценка на техните обеми: те са между 5 и 500 кубически километра, което в теоретичния случай на сферични магматични камери съответства на диаметри, вариращи от два до осем километра. Някои камери на магмата обаче са много по-големи, тъй като миналите взривни изригвания са изхвърлили между 1000 и 5000 кубически километра материал ... което съответства на камери с диаметър от 12 до 21 километра.
Повечето магмени камери обаче нямат сферична, а по-скоро елипсоидна форма, което се потвърждава от плутоните, наблюдавани в Исландия, тези магмени камери, пълни със замразена магма и освободени от ерозия (вижте фигурата на противоположната страница). Много от тези камери за магма също са сплескани, особено тези, разположени под океанските хребети и тези, които са довели до големите експлозии в миналото. Най-големите от тях бяха широки 30 километра и дълги около 80 километра.
Как се движи магмата от камерата на магмата на повърхността? Най-честите изригвания са причинени от вулкани, разположени на разломи, които могат да бъдат разпознати по тяхното разположение на кратери: фисурални вулкани. Тези вулкани се снабдяват с магма от дълги канали, родени от разбиването на скалата. Този тип тръбопроводи са и тези на повечето други категории вулкани. Тези повече или по-малко цилиндрични канали са се образували под въздействието на ерозия поради силното преминаване на магмата в пукнатини и отново само в непосредствена близост до повърхността. Повечето канали, пренасящи магмата, са вертикални или много стръмни. Независимо от това, при някои стратовулкани фрактурите се разминават под ъгъл от камерата на магмата (вижте фигурата отсреща), което може да се наблюдава директно върху плутоните на някои много ерозирани области на Исландия.
Количеството материал, транспортирано от канал към повърхността, варира в зависимост от обема на магменната камера и налягането в нея. Най-големият излив на лава в историческите времена, Лаки в южната част на Исландия, е бил 14 кубически километра. Този обем е малък в сравнение с този, излъчван от Йелоустоун преди 640 000 години: изригването щеше да изхвърли 1000 кубически километра лава. Други базалтови потоци достигат обеми между 2000 и 3000 кубически километра.
Ако всички магмени тръбопроводи, напускащи магмена камера, се озоват на повърхността, изригванията ще бъдат четири до десет пъти по-многобройни. Това не е така, защото повечето фрактури, които се образуват от магматична камера под налягане, се разпространяват и след това спират. Този факт се потвърждава както чрез геофизични измервания на активни вулкани, така и чрез изследване на видимите канали на древни ерозирани вулкани.