Почему одни вулканы извергают потоки лавы, а другие выбрасывают столбы пепла? И откуда вообще берётся расплавленная порода, если большая часть земных недр твёрдая? Чтобы разобраться, проследим путь магмы: где и почему она образуется, как проходит через земную кору и что заставляет её выходить на поверхность. Заодно выясним, почему вулканы чаще встречаются на границах тектонических плит, но могут появляться и далеко от них.
Откуда берётся магма для вулканов
Под земной корой расположена мантия — один из внутренних слоёв Земли. Несмотря на высокую температуру, мантия состоит преимущественно из твёрдых пород. При этом за миллионы лет они способны очень медленно деформироваться и течь. Подробнее о внутреннем строении Земли можно прочитать в отдельной статье.
В некоторых областях мантии часть пород плавится. Так образуется магма — расплавленное вещество, которое может содержать кристаллы и растворённые газы.
Почему же породы плавятся только в определённых местах, хотя температура в мантии повсюду высокая? Дело в том, что плавление зависит ещё и от давления, химического состава пород и присутствия воды. Магма может образовываться двумя распространёнными способами:
- При снижении давления. Горячие породы мантии медленно поднимаются ближе к поверхности Земли. Давление на них постепенно уменьшается, и при подходящей температуре часть вещества начинает плавиться. Дополнительный нагрев для этого не нужен.
- При поступлении воды. Вода меняет условия плавления мантийных пород: с её присутствием они могут начать плавиться при более низкой температуре, чем без неё.
Оба механизма часто связаны с движением тектонических плит — огромных блоков внешней твёрдой оболочки Земли. Но условия для образования магмы могут возникать и вдали от границ плит.
Где образуются вулканы
Тектонические плиты могут расходиться, сталкиваться или скользить вдоль друг друга.
Если же плиты скользят вдоль друг друга, их движение обычно не создаёт условий для образования магмы. При этом вулканы встречаются и вдали от границ плит.
На границах расходящихся плит
Когда тектонические плиты расходятся, горячие породы мантии поднимаются ближе к поверхности. Давление на них уменьшается, поэтому часть вещества плавится и образует магму. Она может подниматься дальше и вызывать извержения.
Так происходит на Срединно-Атлантическом хребте — подводной горной системе, которая тянется через Атлантический океан. Застывая, магма образует здесь новую океаническую кору. Иногда вулканические сооружения вырастают над уровнем моря. Например, на этом хребте расположена Исландия, известная своими действующими вулканами.
Там, где одна плита погружается под другую
При сближении тектонических плит одна из них может погружаться под другую и уходить в мантию. Этот процесс называется субдукцией. Вместе с океанической плитой на глубину попадают минералы, содержащие воду, и морские осадки.
По мере погружения из них выделяется вода, которая поступает в мантию над плитой и снижает температуру начала плавления пород. В результате часть мантийного вещества плавится и образует магму. Сама погружающаяся плита при этом не расплавляется целиком.
Так формируются многие вулканы Анд — горной системы на западе Южной Америки. Здесь océаническая плита Наска погружается под Южно-Американскую плиту, а образовавшаяся магма может подниматься к поверхности и вызывать извержения.
Внутри тектонических плит
Вулканы могут появляться и далеко от границ плит. Хороший пример — Гавайские острова в Тихом океане. Они расположены внутри Тихоокеанской плиты, но на островах есть действующие вулканы. Их образование связано с так называемой горячей точкой — областью, где магма поступает к поверхности на протяжении длительного времени.
По одной из научных моделей, под горячей точкой поднимается мантийный плюм — поток особенно горячих пород мантии. Они остаются преимущественно твёрдыми, но при подъёме давление снижается и часть вещества плавится. Образовавшаяся магма может пройти через земную кору и вызвать извержение.
Как магма поднимается к поверхности
Магма нередко менее плотная, чем окружающие породы, поэтому может подниматься из глубины. На её движение также влияет давление. Расплав проникает в трещины земной коры, расширяет их и продвигается к поверхности.
По пути магма может задерживаться и накапливаться, образуя магматические очаги. Это подземные области, в которых содержатся расплав и твёрдые кристаллы. Иногда кристаллы составляют большую часть содержимого очага.
Дальнейшее зависит от условий в земной коре. Если магма продолжит подниматься и достигнет поверхности, произойдёт извержение. Но часть расплава может остаться на глубине, постепенно остыть и затвердеть.
Почему вулканы извергаются
Извержение может начаться, когда в подземный магматический очаг поступает новая порция магмы и давление в нём повышается. Но большую роль в движении магмы играют и растворённые в ней вещества, в том числе вода и углекислый газ.
На глубине высокое давление помогает удерживать воду и другие летучие вещества в растворённом состоянии. Когда магма поднимается, давление снижается, газы выделяются из расплава, а газовые пузырьки образуются и расширяются. Это может ускорять движение магмы к поверхности. Похожий процесс происходит, когда открывают бутылку газированной воды: давление падает, и растворённый газ начинает выходить наружу.
В более текучем расплаве газам обычно проще выйти, поэтому он может относительно спокойно изливаться на поверхность. Магму, достигшую поверхности, называют лавой. Такие извержения характерны для многих вулканов Гавайских островов.
В вязкой магме газовым пузырькам труднее перемещаться и выходить наружу. При быстром расширении газов расплав может раздробиться на мелкие частицы. Так возникают взрывные извержения, при которых вулкан выбрасывает пепел и более крупные обломки. Вулканический пепел — это частицы вулканического стекла, минералов и пород размером менее 2 мм.
На характер извержения влияют также количество газов, скорость поступления расплава и его взаимодействие с водой. Поэтому даже текучая магма иногда вызывает взрывные извержения, а наличие газовых пузырьков само по себе ещё не означает, что произойдёт взрыв.
Как из магмы образуется вулканическая гора
Когда лава выходит на поверхность, она остывает и затвердевает. При взрывных извержениях на землю оседают пепел, пемза и другие обломки пород.
Лава может выходить не только через жерло на вершине, но и через трещины на склонах. При повторных извержениях новые потоки и выбросы меняют форму вулкана: одни участки нарастают, другие могут разрушаться.
В зависимости от свойств магмы и характера извержений образуются разные типы вулканов:
- Щитовые вулканы обычно широкие, с пологими склонами: их формируют потоки относительно текучей лавы.
- Стратовулканы чаще выглядят как крутые конусы, сложенные чередующимися слоями лавы и вулканических обломков.
Главное
- Магма образуется при частичном плавлении пород мантии, а иногда и земной коры. Она не поступает из ядра Земли.
- Плавление может начаться при снижении давления или поступлении воды. Даже очень горячие породы могут оставаться твёрдыми.
- Большинство вулканов связано с движением тектонических плит. Но некоторые возникают вдали от их границ, например на Гавайских островах.
- Не вся магма достигает поверхности. Часть остаётся в земной коре, где постепенно остывает и затвердевает.
- Извержения бывают разными. Текучая магма чаще спокойно изливается на поверхность, а вязкая может удерживать газы и вызывать взрывные извержения.
- Вулканическая гора формируется постепенно, когда накапливаются застывшая лава, пепел и другие обломки пород. При этом не все вулканы выглядят как высокие горы.
