Извержения вулканов

Природные опасности

Извержения вулканов

Подготовлен CERG — European Centre on Geomorphological Hazards — Strasbourg, France & the Editorial Board

Share on facebook
Share on twitter
Share on pinterest
Share on linkedin
Share on email

Вулканы могут быть описаны как проходы в земной коре, через которые расплавленная порода, пепел и газы выбрасываются на поверхность Земли.

Вулканы могут быть активными или неактивными.

Действующие вулканы можно разделить на два основных типа:

  • Взрывные вулканы дают большие взрывы, которые могут частично разрушить вулкан, высокие столбы выбросов в атмосферу из горных пород (щебня, каменных глыб, пепла, пара и т.д.), которые затем падают вниз по склонам вулкана, а также потоки лавы, грязи и сели, что сопровождается землетрясениями, выбросами вредных газов.
  • Эффузивные вулканы, которые дают медленно движущиеся потоки лавы, небольшие взрывы, деформации земля, лавовые фонтаны, газовые и паровые выбросы и т.п.

Вулканы могут быть описаны как проходы в земной коре, через которые расплавленная порода, пепел и газы выбрасываются на поверхность Земли.

Вулканы могут быть активными или неактивными.

Действующие вулканы можно разделить на два основных типа:

  • Взрывные вулканы дают большие взрывы, которые могут частично разрушить вулкан, высокие столбы выбросов в атмосферу из горных пород (щебня, каменных глыб, пепла, пара и т.д.), которые затем падают вниз по склонам вулкана, а также потоки лавы, грязи и сели, что сопровождается землетрясениями, выбросами вредных газов.
  • Эффузивные вулканы, которые дают медленно движущиеся потоки лавы, небольшие взрывы, деформации земля, лавовые фонтаны, газовые и паровые выбросы и т.п.
Source: United States Geological Survey (USGS)

Вулканические извержения происходят в районах, где все еще активны вулканы, и где могут быть населенные пункты и виды деятельности. Вообще говоря, вулкан может считается активным, если он извергался:

  • в историческое время: если его деятельность описана историческими документами;
  • в голоценовое время: если его деятельность не описана документами, но научный анализ показывает активность за последние 10 000 лет.

Активные вулканы можно разделить на два основных типа:

Эффузивные вулканы

Они несут опасность, как медленно движущиеся потоки лавы, небольшие взрывы, деформации грунта, фонтаны лавы, выбросы газа и пара, …

Этна, Италия
Этна, Италия
Мануа Лоа, Гаваи

Взрывные вулканы

Они вызывают большие взрывы, которые могут частично разрушить вулкан, высокие выбросы из каменных материалов (обломки горных пород, каменные блоки, пепел, пар и т. д.), выбрасываемые в атмосферу, а затем падающие по бокам вулкана, а также потоки лавы, грязи и обломков по бокам вулкана, землетрясения и вредные выбросы газов. Взрывной характер извержения обычно возникает из-за газов, расширяющихся в вязкой лаве или из воды, поступающей в магматическую камеру или канал. Эти извержения возможны, когда вулкан расположен в районах с большими подземными водохранилищами, в море или в озерах.

Source: «The Eruption of Vesuvius as seen from Naples, October 1822» from V. Day & Son. In G. Julius Poulett Scrope, Masson, 1864. Historical Draw from George Julius Poulett Scrope (1797-1876)
Св. Елена, США

Credit: U.S. Geological Survey. Department of the Interior, USA

Вулканы возникают благодаря внутренней динамике Земли. Когда подземные расплавленные породы (магма) мигрируют через трещины во внешнем слое Земли (литосфера) и достигают поверхности земной коры, возникает вулкан.

Схема внутреннего строения Земли, показывающая литосферу и астеносферу в расходящихся и сходящихся границы плит. Источник: http://dilu.bol.ucla.edu/

Магма имеет очень необычные характеристики. Когда она достигнет поверхности, то может иметь температуру от 700 до 1200 ° C и плотность от 2300 до 2700 кг / м3. Вязкость — это отношение магмы к скорости потока (высокая вязкость = низкий расход, низкая вязкость = высокий расход) и зависит от его химического состава. Магмы с высоким содержанием кремнезема и газов и низким содержанием железа и магния производят высоковязкие лавки (риолиты). Магмы с большим содержанием магния (Mg), кальция (Ca) и железа (Fe) образуют низковязкие лавы (базальты).

Поскольку вязкость магмы и количество газа являются основными факторами, контролирующими извержения, можно утверждать, что низко вязкие магмы (базальтовые) могут давать мягкие извержения с медленно распространяющимися потоками лавы на больших расстояниях.

Высоко вязкие магмы (риолитовые) могут создавать высокие давления и сильные деформации вулкана, с большими взрывами и ограниченными потоками лавы.

Существует три основных типа мест для вулканов:

  • На границах плит
    • расходящиеся плиты: прогрессивное расхождение плит открывает трещины в коре, через которые поднимается магма. В этих зонах магмы обычно базальтовые (например, среднеатлантический хребет);
    • сходящиеся плиты: сталкивающиеся и перекрывающие плиты создают очень высокое давление и температуры, которые плавят породу и образуют самые опасные вулканы в мире. В этих зонах, как правило, магмы являются риолитами и богаты газами (например, северотихоокеанский регион, Везувий в Италии);
  • Вдали от границ плит: горячие точки, редкие вулканы с очень глубокими магматическими хранилищами, дающими менее взрывоопасные базальтовые вулканы (например, острова Гавайи).
Различные типы границ плит
Различные типы сходящихся плит
Вулканы и землетрясения в мире

The largest volcanic risks in the world are concentrated in densely populated areas located on the hills or near active volcanoes.

The most impressive example on Earth is the «Ring of Fire», a 40,000 km long zone of frequent earthquakes and volcanic eruptions that encircles the basin of the Pacific Ocean, also called the circum-Pacific belt or the circum-Pacific seismic belt.

The Ring of Fire involves the western coast of North America continent and the Pacific Ocean islands: Kuril, Japan, Philippines. It accounts for 90% of the world’s earthquakes and 81% of the world’s largest earthquakes.

The next most seismic region (5-6% of earthquakes and 17% of the world’s largest earthquakes) is the Alpide belt which extends from Indonesian islands of Java and Sumatra through the Himalayas, the Mediterranean and out into the Atlantic.

The Mid-Atlantic Ridge is the third most prominent earthquake belt.

In Europe, volcanic risk is concentrated in:

  • the Mediterranean region: Southern Italy (Vesuvius near Naples, Stromboli and Vulcano in the Aeolian Islands, Etna in Sicily, etc.), Greece (Methana on the Peloponnese peninsula, Milos and Santorini in the Cyclades, Nisyros in the Dodecanese) and Turkey (Mt Ararat, Nemrut Dagi and Tendurek Dagi in Eastern Anatolia);
  • the Northern Atlantic Ocean region: Canary Islands (Teide, Teneguía, Tanganasoga), Açores Islands (Capelinhos, Mount Pico) and Iceland (with 130 volcanic mountains: Hekla, Eyjafjallajökull, Surtsey, etc.).

France has some active volcanoes but only in its overseas departments: the “Mount Pelée” in the Martinique and “La Grande Soufrière” in Guadeloupe (Carribean Sea), the “Piton de la Fournaise” in the Réunion island (Indian Ocean) and both submarine and emerged volcanoes in the French Polynesia (Pacific Ocean). The United Kingdom also has some in its overseas territories: for exemple, the very dangerous Soufriere Hills volcano is located on the island of Montserrat (Carribean Sea).

Направленные взрывы и пирокластические волны обычно перемещают большую массу воздуха с очень высокой скоростью, что приводит к смерти людей и внезапному разрушению зданий, инфраструктуры и окружающей среды.

Тефра (каменистые материалы, выброшенные в атмосферу) может быть причиной смерти и травм, когда они падают на землю, покрывая большие площади и разрушающие структуры и окружающую среду.

Вулканический пепел, выброшенный из жерла вулкана, имеет размер менее 2 мм, например, мелкие острые стеклянные частицы, которые повреждают все, с чем они сталкиваются. Вулканический пепел очень вреден для окружающей среды вокруг вулкана: из-за сильных осадков с пеплом, люди и животные могут умереть из-за недостатка кислорода, а дома и здания могут разрушиться. Облака из пепла также могут быть очень опасны для самолетов, поскольку они могут повредить двигатели и инструменты управления.

Вулканические газы могут быть вредными для здоровья людей и животных и для окружающей среды.

Потоки лавы движутся медленно, поэтому они вряд ли могут представлять опасность для жизни человека при условии соблюдения адекватного безопасного поведения.

Один из более чем 100 домов, которые были разрушены потоком лавы в 1990 году в городе Калапане, в районе Пуна на острове Гавайи на Гавайских островах. Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Kalapana,_Hawaii

Пирокластические потоки, сели (лахары), обломки лавин и оползни производят большие потоки воды, камней и обломков вдоль холмов вулкана и могут быть очень опасны для жизни людей. Люди, попавшие на их путь, имеют высокий риск смерти от тяжелых травм, сотрясений, утопления или удушья, или люди могут быть сожжены в пирокластическом потоке. Единственными защитными мерами от таких опасностей в случае извержения являются эвакуация потенциально вовлеченных людей из опасного района.

Вулканические землетрясения могут привести к человеческим жертвам, когда качество зданий неудовлетворительное. В таком состоянии даже небольшие вулканические землетрясения могут наносить ущерб или разрушать здания, убивать и ранить людей.

Пожары, производимые извержениями, могут быть ответственны, в частности, за уничтожение лесов, запасов древесины, зданий, заводов, наносить значительный ущерб городской и сельской местности.

Извержения также могут вызвать вулканические цунами: большие морские волны, достигающие прибрежных районов и идущие далеко внутри страны, вызывая гибель, крупномасштабные разрушения прибрежных районов.

Volcanic eruptions can have strong negative effects for the environment. They can produce large destruction of the environment as lava flows and pyroclastic materials cover large portions of natural environments, destroying them for decades.

Furthermore, toxic gases emitted during strong activity can have an additional impact and in particular carbon dioxide emitted from volcanoes can have a significant impact on increasing greenhouse effect.

Emitted gases consist mainly of water vapour (H2O), carbon dioxide (CO2) and sulphur dioxide (SO2) and other gases typically found in volcanic ashes are hydrogen sulphide (H2S), hydrogen chloride (HCl, which becomes hydrochloric acid in contact with humidity), hydrogen fluoride (HF) and carbon monoxide (CO).

In particular, sulphur dioxide is converted in the stratosphere into sulphuric aerosols which reflect solar radiation absorbing heat but also take part in chemical reactions generating ozone destructive material, globally affecting the climate, and producing acid rains.

A typical example of a volcanic eruption that caused substantial environmental damage is the 1991 Mount Pinatubo eruption (90kms northwest of Manila in the Philippines), the second largest volcanic eruption of the twentieth century.

Large eruptions can cover prehistorical and historical remains, preserving them up to our days. Very famous examples of historical remains and archaeological sites damaged by volcanic eruption are known in the world: the Vesuvius area, inhabited since the Ancient Greek period, suffered eruptions with consequences on monuments and archeological sites (i.e. Pompeii, Herculaneum and prehistorical settlements near the Vesuvius).

Последствия могут быть уменьшены или увеличены на основе индивидуального поведения и политики развития сообщества:

  • Поведение: знание правил экстренной помощи и планов действий в чрезвычайных ситуациях важно для людей, живущих в активных вулканических районах. В случае опасности или кризиса каждый человек должен правильно реагировать на действия, предпринимаемые органами гражданской защиты.
  • Политика развития: в вулканических районах необходимо применять адекватную политику развития. Местные общины должны знать уровни риска в разных областях, власти должны принять и внедрить надлежащие правила для зданий, промышленной и сельскохозяйственной деятельности.

Если политика поведения и развития недостаточно учитывает вулканические риски, извержение может иметь тяжелые последствия, драматические как для отдельных лиц, так и для всего общества.

План эвакуации в Коста-Рике http://livinglifeincostarica.blogspot.it/2013/03/volcano-evacuation.html

Вулканическая опасность, как вероятность возникновения опасного события в определенном месте в определенный момент времени не может зависеть от поведения людей, поскольку извержения вулканов являются чисто природными явлениями.

Но вулканический риск — это функция уязвимости и может зависеть от поведения человека: уязвимость зависит от поведения людей на протяжении многих лет.

Это как Помпеи: вулканические извержения в выходной день происходит в деревне около горы Синабунг на Суматре, и это ужасно напоминает древнеримский город Помпеи. Источник: MailOnline 13 января 2014 года — http://www.dailymail.co.uk/news/article-2538437/Volcanic-eruptions-leave-villages-Mount-Sinabung-looking-reminiscent-Pompeii-ancient-Roman-city-destroyed -mount-Vesuvius.html

Предсказание извержения вулканов включает в себя действия, направленные на понимание функционирования механизмов вулкана, оценивающих вероятность извержения в данной области с заданной интенсивностью (величиной) и за данный период.

Деятельность по прогнозированию проводится учеными и экспертами, необходимые оценки основаны на:

  • изучение динамики геологической системы и вулкана;
  • изучение истории вулкана;
  • оценка вероятности различных типов извержений;
  • определение зон и участков, подверженных риску.

Хотя в общем функционировании вулканов могут быть сходства, каждый вулкан ведет себя по-разному и представляет особую опасность; поэтому ученым очень важно изучать и контролировать каждый отдельный вулкан отдельно.

Контроль вулканов осуществляется через:

  • Физические параметры: в основном используются для обнаружения подземных деформаций, вызванных смещением магмы (сейсмическая активность, деформация грунта, геомагнитные, гравиметрические и геоэлектрические поля, уровни воды в источниках и озерах и т.д.);
  • Геохимические параметры: в основном используются для обнаружения изменений магмы, приводящих к смещениям поверхности (газ, вода и лава анализируются для оценки их расхода и количества, а также их состава и температуры).
Сеть мониторинга USGS вулкана Йеллоустоунского национального парка. Источник: USGS
Сеть мониторинга на Везувии. Источник: Обсерватория Везувия
Geodetic (ground deformation) network on Vesuvius. Source: Vesuvius Observatory
Gravimetric (differences in density of underground bodies) network on Vesuvius. Source: Vesuvius Observatory

Изучая вулканические отложения, ученые могут создавать карты, указывающие типы опасности, которые можно ожидать в данной области, когда вулканы извергаются (карты опасностей).

Знакомство с вулканическими отложениями помогает определить, как часто происходят извержения и какова вероятность извержения в определенный период времени (25, 50, 100, 1000 лет).

Только благодаря мониторингу вулкана в течение длительного периода времени можно обнаружить физические и геохимические изменения в вулкане, возможно, предсказать извержение.

Такая вероятностная оценка опасности вулканов позволяет ученым и разработчикам земельных участков оценивать уровни риска, и государственные органы могут использовать для планирования мер по снижению риска.

Очевидно, что невозможно предотвратить такую невероятную силу природы, как извержения вулканов.

Тем не менее, можно предотвратить риск от извержения вулканов:

  • Структурные меры: к ним относятся защитные стены, барьеры, каналы для отвода лавы и селей от населенных пунктов и инфраструктуры, промышленных и сельскохозяйственных объектов, а также укрепление крыш, чтобы выдержать вес пепла.
  • Неструктурные меры: они основаны на деятельности по мониторингу вулканов, политике управления земельными ресурсами, направленной на снижение риска для населения, а также на информационно-просветительские кампании.

Поскольку риск увеличивается в окрестностях вулкана, местные общины должны сначала решить, какой уровень риска является приемлемым для их вариантов развития. Очевидно, что, находиться от вулкана настолько далеко насколько это возможно, является лучшей профилактической мерой от вулканического риска.

Основываясь на оценке вероятности извержения в данном месте с заданной интенсивностью (величиной) и на определенный период, национальные и местные органы власти устанавливают политику развития земель, устанавливают планы действий в чрезвычайных ситуациях, поддерживают силы гражданской защиты и способствуют адекватному поведению граждан в отношении предотвращения и во время чрезвычайных ситуаций.

Извержение Везувия 79 A.D.. Источник: Дж. Бор и Д. Сондерс, 2002, «Вулканы в истории человечества».

Основные способы смягчения последствий вулканического риска основаны на:

  • Прогнозирование (см. Вопрос 8)
  • Профилактика (см. Вопрос 9)
  • Готовность и реагирование (планирование и управление в чрезвычайных ситуациях, учения, умение справляться с риском и повышать устойчивость)

Готовность включает все меры, направленные на снижение уязвимости социальных систем, подверженных риску. Все имеющиеся ресурсы вовлечены в комплексный план, который будет активирован в случае чрезвычайной ситуации: ученые, власти, представители общин, средства массовой информации, силы вмешательства и организации (например, группы гражданской защиты, полиция, волонтеры и т. д.), организации и структуры здравоохранения, частный сектор. Социальные сообщества постоянно информируются о рисках и эволюции рисков, и это позволяет им укреплять или поддерживать способность адекватно реагировать на вулканический кризис (например, адекватное индивидуальное поведение и способность следовать инструкциям после сигнала тревоги.

Карта рисков вблизи вулкана Гора Райнера, США http://www.geographyalltheway.com/igcse_geography/natural_environments/plate_tectonics/igcse_volcanoes_manage.htm
Указатель направления эвакуации

Первым важным правилом является знание истории извержения вулканов в вашей области: очень часто люди даже не знают о том, что они живут в зоне риска, но такое знание рисков является первой мерой безопасности.

Следует напомнить, что вулканическая опасность также может порождать другие опасности, такие как землетрясения, направленные взрывы, пирокластические волны и течения, тефра, вулканические пепла и газы, потоки лавы, сели (лахары), обломки обломков, оползни, крупные пожары и цунами.

Если вы живете в вулканической области, вы должны:

  1. Перед извержением вулкана
    • Держитесь подальше от активного вулкана.
    • Изучите планы чрезвычайных ситуаций, установленные местными и национальными органами.
    • Если вы живете вблизи вулкана, активного или неактивного, будьте готовы к эвакуации в короткие сроки.
  1. Во время извержения вулкана
    • Следуйте указаниям эвакуации, выданным властями, и немедленно эвакуируйтесь из области вулкана, чтобы избежать прилетевших осколков, горячих газов, боковых взрывов и потоков лавы.
    • Проверьте, требуется ли кому-то специальная помощь (например, дети, пожилые люди, инвалиды, раненые и т. д.).
    • Помните о селях и оползнях вблизи русел, особенно в случае продолжительных сильных дождей. Поскольку селевые потоки могут двигаться очень быстро, не пересекайте мосты или каналы, если грязь приближается. Избегайте также речных долин и низменных районов.
    • В случае падения пепла:
      • Держитесь подальше от подветренной зоны вулканов.
      • Слушайте радио; радио или телевидение с батарейным питанием имеет важное значение для прослушивания обновленных аварийных инструкций.
      • Избегайте контакта с пеплом: используйте пылезащитную маску или держите влажную ткань поверх вашего лица, чтобы защитить дыхательные пути, носите рубашки с длинными рукавами и длинные брюки.
      • Используйте защитные очки (защитные очки, защищающие область глаз), чтобы предотвратить вред от частиц и химических веществ, и при необходимости носите нормальные очки вместо контактных линз.
      • Оставайтесь внутри помещений до тех пор, пока пепел не выпадет, а затем избегайте опасности разрушения крыши, очищая от пепла плоские или невысокие крыши и дождевые желоба.
      • Закройте двери, окна и все вентиляционные каналы в доме (дымовые трубы, печи, кондиционеры, вентиляторы и другие вентиляционные отверстия);
      • Избегайте вождения во время интенсивного выпадения пепла и, если это действительно необходимо, едьте медленно (менее 40-50 км / ч);
      • Избегайте также запуска двигателей автомобилей или грузовиков, поскольку вулканический пепел может блокировать их и повреждать движущиеся части.
  1. После извержения вулкана
    • Проконсультируйтесь с властями, если чрезвычайное положение закончено, и следуйте их инструкциям по возврату в пострадавший район.
Информация об угрозах вблизи вулкана Гора Райнера, США

Вообще говоря, карты по вулканической опасности и риска имеются разных типов:

  • Научные карты: научное описание геологического строения и вулканологические детали (тип пород, трещины, морфология и т. д., точки газовыделения, источники горячей воды и т. д.).Карта вулканической опасности (описывающая, где могут возникнуть различные опасности), является самой важной научной картой, поскольку она является основой планов развития и планов чрезвычайных ситуаций, сделанных властями;
  • Карты аварийных ситуаций: описание пострадавших районов, элементы риска, маршруты эвакуации и т. д.;
  • Планы землеустройства: описание использования и политики, которые должны применяться к различным земельным участкам;
  • Риски и ресурсы: карты сообществ: описание местных сообществ (школ, организаций и т. д.), связанных рисков и существующих ресурсов (силы гражданской защиты, зоны встреч, безопасные сайты и т. д.), чтобы повысить осведомленность людей.

Эти различные типы карт доступны из:

  • Местные органы власти: муниципалитет, префектура, гражданская защита;
  • Университеты, научные центры и обсерватории вулканов;
  • Местные гражданские организации.

В некоторых случаях доступ к некоторым наиболее чувствительным данным на картах экстренной помощи может быть ограничен, поскольку они должны управляться только властями и операционными структурами в случае кризиса (например, банки, медицинские центры, крупные стратегические инфраструктуры, военные объекты, отрасли и т. д.).

Карта рисков вулкана Мерапи, Индонезия. Центр вулканологии и снижения геологических опасностей (CVGHM). Источник: http://miavita.brgm.fr/pressroom/Pages/ayearafterthe2010Merapieruption.aspx
Упрощенная карта зонирования вулканической опасности для горы Худ, штат Орегон. Для получения дополнительной информации об опасных зонах см. Текст или более подробную карту и описание см. Scott and others, 1997, «Вулканские опасности в регионе Маунт-Худ», Орегон, US Geological Survey Open-File Report 97-89. Источник: http://pubs.usgs.gov/fs/2000/fs060-00/
Карта вулканических опасностей для вулкана Ринкон-де-ла-Вьеха, NE Коста-Рика. Источник: http://www.geo.utexas.edu/faculty/barker/kempter/hazards.html