Nauka o Ziemi

cele lekcji

• wyjaśnij, jak wybuchają wulkany.
• Opisz i porównaj rodzaje erupcji wulkanicznych.
• rozróżnij różne rodzaje lawy i zrozum różnicę między magmą a lawą.
• opisz metodę przewidywania erupcji wulkanicznych.

jak wybuchają wulkany

wszystkie wulkany mają te same podstawowe cechy. Magma zbiera się w komorach magmy, które mogą być 160 kilometrów (100 mil) pod powierzchnią. Gdy skała się nagrzewa, rozszerza się, co tworzy jeszcze większe ciśnienie. W rezultacie, magma szuka drogi wyjścia pchając w kierunku powierzchni, Magma przesiąka przez pęknięcia w skorupie ziemskiej zwane otwory wentylacyjne. W końcu, magma dociera do powierzchni; kiedy wychodzi, nazywamy to erupcją. Słowo erupcja jest używane również w innych kontekstach. Erupcja może być wybuchem lub eksplozją, gwałtownym i nagłym zjawiskiem, jak wtedy, gdy tłum wybucha w gniewie. Ale erupcja może być również rozprzestrzenianie się czegoś jak wysypka na skórze, stopniowe i stosunkowo spokojny. Te dwie definicje są podobne do dwóch rodzajów erupcji, które widzimy w wulkanach.

rodzaje erupcji

każda formacja geologiczna jest wyjątkowa. Ich skład i budowa zależą od tak wielu czynników, że nie byłoby możliwe, aby dwie formacje były dokładnie takie same. W ten sam sposób każdy wulkan i jego erupcje są wyjątkowe. Jednak mamy tendencję do obserwowania dwóch głównych rodzajów erupcji. Mówiliśmy, że erupcja oznacza zarówno gwałtowną eksplozję, jak i rodzaj cichego rozprzestrzeniania się. Są to dwa rodzaje erupcji wulkanicznych, które widzimy–wybuchowe i niewybuchowe. Kiedy myślimy o erupcjach wulkanicznych, często myślimy o ogromnych chmurach popiołu wulkanicznego wyrzuconych wysoko do atmosfery, a następnie grubych rzekach Czerwonej Lawy, snujących się po zboczu góry. W rzeczywistości te dwa zjawiska rzadko występują w tym samym wulkanie. Erupcje wulkaniczne są zwykle jedną lub drugą.

wybuchy wybuchowe

wyobraź sobie dewastację i siłę spowodowaną bombą atomową zrzuconą na Nagasaki pod koniec II Wojny Światowej, w której zginęło ponad 40 000 osób. Teraz wyobraź sobie eksplozję 10 000 razy potężniejszą. Wybuchowe erupcje wulkaniczne mogą być tak potężne (rysunek 8.9). Jak gorąca magma pod powierzchnią oddziałuje z wodą, gazy gromadzą się i ciśnienie magmy buduje. Ciśnienie to rośnie i rośnie, aż te rozpuszczone gazy powodują jego wybuch w ogromnej eksplozji.

ta wielka eksplozja zabiera ze sobą magmę i gazy wulkaniczne, które mogą wystrzelić wiele kilometrów w niebo i tworzą chmurę grzybową, podobną do tej utworzonej przez eksplozję jądrową (rysunek 8.10). Gruz przemieszcza się w powietrze z bardzo dużą prędkością i ochładza się w atmosferze, tworząc cząstki stałe zwane piroklastami. Niektóre z tych cząstek mogą pozostać w atmosferze przez lata, co może zaburzać wzorce pogodowe i wpływać na temperaturę ziemi. Reszta gruzu spada z powrotem na Ziemię, gdzie pada przez kilometry i kilometry wokół.

czasami zdarzają się wtórne wybuchy, które są nawet większe niż pierwsze. Dodatkowo gazy wulkaniczne, takie jak para wodna, dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, siarkowodór i chlorek wodoru, mogą tworzyć trujące i niewidoczne chmury, które krążą po atmosferze. Gazy te przyczyniają się do problemów środowiskowych, takich jak kwaśne deszcze i niszczenie ozonu, i mogą faktycznie ochłodzić ziemską atmosferę.

w Cascade Range wybuchowa erupcja Mount St.Helens została poprzedzona erupcją Lassen Peak, jednego z trzech wulkanów kaskadowych w północnej Kalifornii. 22 maja 1915 r. wybuchowa erupcja wysłała kolumnę popiołu i gazu 30 000 stóp w powietrze i wywołała szybki przepływ piroklastyczny, który stopił śnieg i utworzył lahar. Lassen nadal wykazuje aktywność geotermalną i może ponownie wybuchnąć wybuchowo. Góra Shasta wybucha co 600-800 lat. Erupcja najprawdopodobniej stworzy duży przepływ piroklastyczny, a może lahar. Jednak wulkan może eksplodować jak Mt. Mazama, który wybuchł w erupcji około 42 razy silniejszy niż Mount St. Helens w 1980 roku, tworząc Jezioro Kraterowe.

wybuchy niewybuchowe

drugi rodzaj erupcji wulkanicznej to wybuch niewybuchowy lub wysiękowy (rysunek 8.11). Ponieważ skład magmy jest inny w różnych wulkanach, właściwości lawy są różne. W wylewnych erupcjach strumienie lawy są stosunkowo spokojne i nie eksplodują z wulkanu. W rezultacie ludzie zazwyczaj mają wiele ostrzeżeń, zanim Lawa do nich dotrze, więc wybuchy niewybuchowe są znacznie mniej śmiertelne. To jednak nie powstrzymuje ich od destrukcji. Nawet jeśli wiemy, że zbliża się strumień lawy, istnieje kilka sposobów, aby go zatrzymać, biorąc pod uwagę ogromną ilość i temperaturę lawy.

Magma i Lawa

wulkany nie byłyby tak interesujące bez wielkich eksplozji, które tworzą i świecących czerwonych rzek lawy. Wszystkie skały magmowe pochodzą z magmy lub lawy. Następnym razem, gdy będziesz wędrować w pobliżu Strefy Wulkanicznej, możesz spróbować zidentyfikować rodzaje lawy, którą wybuchł wulkan, w oparciu o typy skał magmowych, które znajdziesz.

Magma

głęboko pod ziemią tworzy się magma jako pierwszy etap w tworzeniu wulkanu. Dzieje się tak, ponieważ skała pod powierzchnią jest poddawana dużym naciskom grawitacji. Rozpad materiałów radioaktywnych generuje dodatkowe ciepło. Znaczne ciepło i ciśnienie topią skałę pod powierzchnią, tworząc substancję podobną do toffi. Być może widziałeś świecę, która zbyt długo pozostawała w gorącym słońcu. Staje się bardziej miękki i bardziej jak płyn. Gdy cząsteczki absorbują ciepło, zaczynają przesuwać się obok siebie, stając się bardziej płynne. Podobny proces zachodzi z magmą. Jednak różne substancje topią się w różnych temperaturach. Z tego powodu temperatura, w jakiej topnieją skały, zależy od konkretnych typów skał. Skorupa ziemska i płaszcz są wykonane z wielu substancji, więc temperatura wymagana do wytworzenia magmy jest różna. Większość magm powstaje między 600°C a 1300°C (rysunek 8.13).

stopiona skała lub magma można znaleźć w komorach magmowych pod ziemią. Ponieważ Komory magmowe znajdują się tak daleko pod powierzchnią ziemi, naukowcom trudno jest je zbadać. Naukowcy wiedzą, że komory magmowe są tworzone tam, gdzie ciepło i ciśnienie są największe. Kiedy płyty tektoniczne zderzają się i ocierają o siebie, powstaje tam magma. Tak powstał pacyficzny Pierścień Ognia. Wiemy również, że istnieją wulkany z dala od granic płyt, więc wiemy, że istnieją Komory magmowe w tych obszarach, jak również. Komory magmowe można znaleźć tam, gdzie znajdują się pióropusze płaszcza lub gorące punkty.

nie wiadomo dokładnie, jak i dlaczego powstają te gorące punkty. Ponieważ jednak różne substancje topią się w różnych temperaturach, tworzenie magmy zależy od tego, jakie substancje tworzą ją—jej skład. Podobnie jak smak ciasta zależy od składników, które w nim umieścisz, zachowanie magmy i lawy zależy od jego składu. Niektóre stopione skały działają w pewien sposób. Więc kiedy magma staje się lawą, nie wszystkie lawy działają tak samo.

Lawa

kiedy magma dociera do powierzchni, staje się lawą. Rozważ różne płyny, które możesz zobaczyć w domu—na przykład miód i butelkę coli. Możesz się zgodzić, że te dwa płyny różnią się pod wieloma względami. Smakują inaczej, mają różne kolory, mają różne gazy i inaczej płyną. W rzeczywistości miód jest cieczą odporną na spływanie, podczas gdy cola łatwo płynie. Miód ma wyższą lepkość niż cola; jest odporny na spływanie (rysunek 8.14). Cola ma niską lepkość, ponieważ łatwo płynie. Jedną z głównych różnic w różnych rodzajach lawy jest ich lepkość.

bardzo lepka lawa to taka, która nie ma skłonności do łatwego przepływu. Ma tendencję do pozostania na swoim miejscu. Lawy o wysokiej zawartości krzemionki są bardziej lepkie. Ponieważ jest tak odporny na ruch, zatyka otwory wentylacyjne w wulkanie. Ciśnienie staje się coraz większe, aż wulkan w końcu eksploduje. Ten rodzaj lawy występuje w wybuchowych erupcjach. Ma również tendencję do wychwytywania dużej ilości gazu. Po uwolnieniu gazu erupcja staje się bardziej wybuchowa. Większość tej lawy jest wystrzeliwana w powietrze, gdzie twardnieje i staje się litą skałą. Ta stopiona skała, która krzepnie w powietrzu, jest znana jako materiał piroklastyczny. W skale magmowej, takiej jak pumeks, małe otwory w litej skale pokazują, gdzie były pęcherzyki gazu, gdy skała była jeszcze płynną lawą.

lawa o niskiej lepkości ślizga się lub spływa po zboczach gór. Istnieje więcej niż jeden rodzaj lawy o niskiej lepkości. Różnice między nimi wynikają z odmiennego składu i różnych miejsc, w których wychodzą na powierzchnię. Rodzaj formacji magmowych zależy od rodzaju lawy. Trzy główne kategorie to a ’ a, pahoehoe i pillow lava.

A 'A Lawa

a’ a lawa jest bardziej lepka z niewybuchowych lavas (rysunek 8.15). Lawa ta tworzy grubą i kruchą skorupę, która jest rozdarta na szorstkie i poszarpane kawałki. Utwardzona powierzchnia jest postrzępiona i ostra. Może rozprzestrzeniać się na dużych obszarach, ponieważ Lawa nadal płynie pod spodem.

Lawa Pāhoehoe

Lawa Pāhoehoe jest mniej lepka niż lawa a ’ a i płynie łatwiej. Jego powierzchnia wygląda bardziej pomarszczona i gładka niż postrzępiona lawa a ’ a. Lawa Pāhoehoe płynie w szeregu płatów lub zaokrąglonych obszarów, które tworzą dziwne skręcone kształty i naturalne rzeźby skalne (rysunek 8.16). Lawa Pāhoehoe może również tworzyć rury lawy pod ziemią (rysunek 8.17).

Lawa Poduszka

Lawa poduszka to lawa, która wychodzi z wulkanicznych otworów pod wodą (rysunek 8.18). Kiedy wychodzi pod wodą, bardzo szybko ochładza się i tworzy z grubsza kuliste skały, które przypominają poduszki, z których wycieka więcej lawy i tworzy więcej poduszek. Lawa poduszkowa jest szczególnie powszechna wzdłuż podwodnych centrów rozprzestrzeniania.

Przewidywanie erupcji wulkanicznych

erupcje wulkaniczne mogą być niszczące, szczególnie dla ludzi, którzy są bliżej wulkanów. Jak meteorolodzy próbują przewidywać lub prognozować huragany i tornada, tak też wulkanolog próbuje prognozować erupcje wulkanów. Chociaż przewidywanie erupcji wulkanicznych jest dalekie od doskonałości, wiele dowodów może wskazywać, że wulkan ma wybuchnąć. Niektóre z tych czynników są trudne do zmierzenia, przyczyniając się do trudności w przewidywaniu erupcji.

historia działalności wulkanicznej

jednym z ważnych czynników w przewidywaniu erupcji jest historia wulkanu. Oznacza to, że rozważamy, ile czasu minęło od wybuchu i czas między jego poprzednimi erupcjami. Wulkany są podzielone na trzy poddziały-aktywny, uśpiony i wymarły. Aktywny wulkan to taki, który obecnie wybucha lub wykazuje oznaki erupcji w najbliższej przyszłości. Uśpiony wulkan nie wykazuje już oznak aktywności, ale wybuchł w najnowszej historii (rysunek 8.19). Wreszcie, wygasły wulkan to taki, który nie wybuchł w najnowszej historii i prawdopodobnie nie wybuchnie ponownie w przyszłości. Zarówno aktywne, jak i uśpione wulkany są ściśle monitorowane, ponieważ nawet uśpione wulkany mogą nagle wykazywać oznaki aktywności.

trzęsienia ziemi

gdy magma pod wulkanem pcha się w górę, wstrząsa ziemią i powoduje trzęsienia ziemi. Chociaż trzęsienia ziemi prawdopodobnie występują codziennie w pobliżu wulkanu, ilość i rozmiar trzęsień ziemi wzrasta przed erupcją. W rzeczywistości wulkan, który ma wybuchnąć, może wytworzyć ciągły ciąg trzęsień ziemi, ponieważ Magma poruszająca się pod ziemią tworzy stres na sąsiednich skałach. Aby mierzyć owe trzęsienia ziemi, naukowcy używają sejsmografów które rejestrują długość i siłę każdego trzęsienia ziemi.

deformacja zbocza

cała ta magma i gaz wypychające się do góry mogą sprawić, że ziemia lub zbocze wulkanu zaczną puchnąć. Czasami obrzęk ziemi ujawnia ogromne zmiany w kształcie wulkanu. Większość przypadków deformacji gruntu jest jednak subtelna i może być wykryta tylko przez przechylniki, które są instrumentami mierzącymi kąt nachylenia wulkanu. Dodatkowo, obrzęk podłoża może powodować zwiększone spadki skał i osuwiska.

emisja gazów

często gazy są w stanie uciec z wulkanu, zanim magma dotrze na powierzchnię w erupcji. Naukowcy mogą więc mierzyć wydajność gazu lub emisję gazu w otworach wentylacyjnych na wulkanie lub wokół niego. Gazy, takie jak dwutlenek siarki (SO2), dwutlenek węgla (CO2), kwas solny (HCl), a nawet para wodna mogą być mierzone w miejscu lub, w niektórych przypadkach, w odległości z satelitami. Ilości gazów i ich współczynniki są obliczane, aby pomóc przewidzieć erupcje.

zdalne monitorowanie

jak wspomniano, niektóre gazy mogą być monitorowane za pomocą technologii satelitarnej (rysunek 8.20). Satelity są w stanie zmierzyć również inne czynniki, takie jak odczyty temperatury szczególnie ciepłych miejsc w miejscu wulkanu lub obszarów, w których zmienia się powierzchnia wulkanu. W miarę jak nasza technologia stale się rozwija, naukowcy są w stanie lepiej wykrywać zmiany dokładnie i bezpiecznie.

chociaż metody monitorowania są coraz lepsze, nadal trudno jest przewidzieć erupcję wulkanu z pewnością. Żaden naukowiec ani agencja rządowa nie chce być uważany za alarmującego, ogłaszając, że erupcja ma nastąpić, a potem naprawdę nie. Koszty i zakłócenia dla społeczeństwa związane z ewakuacją na dużą skalę pozostawiłyby Wiele osób niezadowolonych, a naukowcy zawstydzeni. Jednak możliwość ratowania życia i mienia z pewnością sprawia, że dążenie do przewidywania erupcji godną przyczyną.

podsumowanie lekcji

• wulkany powstają, gdy magma unosi się w kierunku powierzchni Ziemi, ponieważ jest mniej gęsta niż otaczająca ją skała.
• wybuchy wulkanów mogą być niewybuchowe lub wybuchowe w zależności od lepkości magmy.
• wybuchowe erupcje zdarzają się wzdłuż krawędzi kontynentów i produkują ogromne ilości materiału wyrzuconego w powietrze.
• wybuchy typu Niewybuchowego wytwarzają głównie różne rodzaje lawy, takie jak a ’ A, pāhoehoe i poduszki lavas.
• niektóre oznaki, że wulkan może wkrótce wybuchnąć, obejmują trzęsienia ziemi, wybrzuszenie powierzchni, emitowane gazy, a także inne zmiany, które mogą być monitorowane przez naukowców.

pytania przeglądowe

1. jakie są dwa podstawowe rodzaje erupcji wulkanicznych?
2. kilkaset lat temu w pobliżu miasta Pompeje wybuchł wulkan. Archeolodzy odkryli szczątki otaczających się nawzajem ludzi, uduszonych popiołem i skałami, które pokrywały wszystko. Jaki to musiał być rodzaj erupcji?
3. co to jest materiał piroklastyczny?
4. Wymień trzy ciecze o niskiej lepkości i trzy o wysokiej lepkości.
5. Jaka jest różnica między komorą magmową a pióropuszem płaszcza?
6. temperatura wrzenia wody wynosi 100°C. Dlaczego woda może sprawić, że erupcja będzie bardziej wybuchowa?
7. jakie są trzy nazwy niewybuchowej lawy?
8. jakie czynniki są brane pod uwagę przy przewidywaniu erupcji wulkanów?
9. dlaczego przewidywanie wulkanów jest tak ważne?
10. biorąc pod uwagę, że astronomowie są daleko od badanych przedmiotów, jakich dowodów mogliby szukać, aby określić skład planety, na której znajduje się wulkan?

słownictwo

aktywny wulkan wulkan, który właśnie wybucha lub właśnie ma wybuchnąć. uśpiony wulkan wulkan, który obecnie nie wybucha, ale który wybuchł w zarejestrowanej przeszłości. erupcja wylewna stosunkowo łagodna, niewybuchowa erupcja wulkaniczna. erupcja uwolnienie magmy na powierzchni Ziemi. Zazwyczaj erupcji towarzyszy również uwolnienie gazów. erupcja wybuchowa erupcja wulkaniczna, która uwalnia duże ilości gazu, tak że magma jest gwałtownie wyrzucana w powietrze. wygasły wulkan wulkan, który nie wybuchł w zarejestrowanej historii i jest uważany za mało prawdopodobny do ponownej erupcji. komora magmowa obszar w ziemi otoczony litą skałą i zawierający magmę. piroklast-skała zbudowana z fragmentów skał wulkanicznych wyrzuconych w powietrze przez erupcje wulkanów. lepkość „grubość” lub „lepkość” cieczy. Im bardziej lepka jest ciecz,tym trudniej będzie płynąć.

punkty do rozważenia

• jakie rodzaje dowodów według Ciebie powiedziełyby naukowcom, czy starożytna erupcja wulkanu była wybuchowa, czy niewybuchowa?
• czy wszystkie wulkany mają kształt wysokich gór z kraterem na szczycie?
• jak myślicie skąd pochodzą nazwy A ’ A i Pāhoehoe?
• trzęsienia ziemi nie zawsze wskazują, że wybuchnie wulkan. Jakie czynniki związane z trzęsieniem ziemi mogą wskazywać na związek z erupcją wulkanu?