Панин А. В.

«Моисей простер руку свою к небу, и была густая тьма по всей земле Египетской три дня; не видели друг друга, и никто не вставал с места своего три дня»

(Исх.10:22-23)

У большинства из нас при слове «вулкан» встает в глазах Помпея, погибшая при извержении Везувия в 79 г н.э. и превращенная в зрительный образ художником Карлом Брюлловым. Вулканизм, это грозное явление природы, изучается специальной наукой вулканологией. Сжигающие все на своем пути лавовые потоки и палящие тучи, потопы-йокульлаупы (выбросы вод расплавленных вулканами ледников), мощные всеразрушающие землетрясения, опустошающие морские берега цунами многократно описаны и в научно-популярной литературе. Автор же хотел бы обратить внимание на один из феноменов вулканической деятельности, обычно остающийся в тени ее катастрофических проявлений и до последнего времени интересовавший больше специалистов, чем широкую публику.

Речь идет о выбросах в атмосферу мельчайших твердых частиц - вулканического пепла. В отличие от катастрофических последствий извержений, имеющих локальный, а в масштабах Земли буквально точечный охват (кроме цунами), вулканическое запыление атмосферы и пеплопады затрагивают крупные регионы и влияют даже на глобальный климат. Информационным поводом для этого разговора послужило недавнее извержение исландского вулкана Эйяфьятлайокудль. Мощные выбросы пепла в атмосферу парализовали воздушное сообщение над Европой. По всему миру отменено или перенесено более 100 тысяч авиарейсов, пострадали около десяти миллионов пассажиров, авиакомпании понесли ущерб в 2, 5 миллиарда евро.

Что такое вулканический пепел

Но начнем по порядку: что такое вулканический пепел и как он образуется. При вулканическом извержении из недр на земную поверхность и в атмосферу попадет три вида продуктов: лава (расплав горных пород), пирокласты, или тефра (твердые частицы разного размера: пепел – частица размером с пылинки (сотые доли миллиметра), лапилли – мелкие камушки, вулканические бомбы – крупные обломки) и различные газы. Подсчитано, что в целом вулканы извергают пирокластов в шесть раз больше, чем лав.

Когда магма (будущая лава) находится на глубине под огромным давлением, в ней растворено много газов. Здесь действует физический закон: растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна давлению. По мере приближения магмы к поверхности и падения давления происходит дегазация - излишки газов выделяются в виде пузырьков. По трещинам газы мигрируют к земной поверхности и попадают в воздух в виде дымков, называемых фумаролами и считающихся признаками активности вулкана. Самая опасная ситуация создается в том случае, если у выделяющихся в недрах газов нет возможности рассеяться и они скапливаются под землей. Нарастание давления может привести к мощному взрыву с разрушением верхушки вулкана, а то и всей вулканической постройки целиком. Другой тип вулканических катастроф – обрушение верхушки вулкана в подземные пустоты, образовавшиеся при извержении в результате ухода магмы. Так образуется кальдера – огромный (диметром от 1, 5 до 15-20 км) округлый провал глубиной многие сотни метров.

С поверхности лавового озера, кипящего в кратере вулкана, постоянно выделяются горячие газы – именно поэтому лава кипит и пузырится. Поднимаясь с большой скоростью вверх, газы увлекают с собой мелкие капельки лавы, которые быстро затвердевают и превращаются в частицы вулканического пепла. Так и возникает пепловая колонна, или пепловый плюм, поднимающийся над вулканом на большие высоты (иногда до стратосферы) и разносящийся затем воздушными потоками на сотни и тысячи километров от эпицентра извержения. Из воздуха пепел осаждается атмосферными осадками. Если концентрация пепла в воздухе была велика, на поверхности суши образуется целый слой пепла. Вблизи вулкана за одно извержение может осесть слой пепла и более крупных пирокластов толщиной в метры и даже первые десятки метров. С удалением от вулкана концентрация пепла в атмосфере убывает пропорционально квадрату расстояния, и толщина пепловых слоев быстро падает.

Вулканы и погода

Давно замечено, что после сильнейших вулканических извержений обычно следует заметное снижение температуры в отдельных регионах и даже глобально. Такого рода эффект называют «вулканической зимой», по аналогии с «ядерной зимой». Он вызывается выброшенным в атмосферу пеплом и капельками серной кислоты, которые уменьшают проницаемость атмосферы для солнечной радиации и увеличивают так называемое альбедо Земли – долю радиации, которая отражается обратно в космос. Понятно, что количество радиации, достигшей земной поверхности и идущей на нагревание приземного воздуха, уменьшается. Однако из тропосферы (нижние 10-18 км атмосферы) загрязнение быстро, от нескольких дней до нескольких месяцев, вымывается дождями, в то время как после сильных извержений отмечались похолодания длительностью до трех-четырех лет. Их связывают с проникновением наиболее мелких аэрозольных компонентов пеплового материала в стратосферу (до высот 40-50 км), где атмосферных осадков практически не бывает, и очищение от загрязнений происходит гораздо медленнее. Вот некоторые наиболее известные исторические примеры «вулканической зимы».

Огромные тучи пепла были выброшены в атмосферу в результате взрыва островного вулкана Санторин в Эгейском море, считающегося самым сильным извержением за историческое время. На самом острове толщина слоя пепла местами превышает двадцать метров. Ранее считалось, что и находящийся в 110 км к югу о. Крит был засыпан трехметровым слоем пепла, что вызвало гибель растительности и голод среди местного населения. В результате население покинуло остров, что нанесло непоправимый урон Минойской цивилизации, известной нам из древнегреческой мифологии по царю Миносу и построенному по его приказу гениальным инженером Дедалом кносскому Лабиринту (Минотавр, Тесей, нить Ариадны). Однако последние исследования показали, что слой пепла, выпавший на Крите, не превышал пяти миллиметров. Ущерб, нанесенный минойской цивилизации, связывают теперь с предшествовавшим извержению мощным землетрясением и вызванной обрушением вулкана 150-метровой волной цунами, опустошившей северное побережье Крита.

Некоторые ученые связывают с извержением Санторина отраженную в «Ветхом Завете» «тьму египетскую», девятое из десяти наказаний, ниспосланных на Египет, чтобы заставить фараона отпустить народ иудейский. Согласно еврейской традиции, исход евреев из Египта датируется 1312 г до н.э. В то же время, по последним данным радиоуглеродного анализа, наиболее вероятное время взрыва Санторина - между 1600-1630 гг до н.э. Еще более точную дату дает дендрохронологический анализ (определение ширины годичных колец деревьев): в период 1628-1629 гг до н.э. отмечается резкое падение скоростей прироста дубов в Ирландии, Англии и Германии, а также остистой сосны в Калифорнии. Это связывается с охватившим все Северное полушарие похолоданием, вызванным запылением атмосферы.

К последствиям вулканических извержений относят экстремальные погодные явления 535-536 гг н.э., в том числе наиболее суровые за все время новой эры эпизоды кратковременного похолодания (снег в августе 536 г в Китае). Главное свидетельство уменьшения прозрачности атмосферы дает византийский историк Прокопиус, отмечавший необычайно слабую яркость Солнца в 536 г. В изученных недавно колонках антарктического и гренландского льда в слоях, относящихся к этому времени, отмечен скачок концентрации сульфатов, которые могли попасть в лед только из атмосферы. Это указывает на высокую концентрацию в атмосфере кислотных аэрозолей, имеющих обычно вулканическое происхождение. Два возможных источника этих выбросов находятся в тропиках - вулкан Кракатау в Яванском проливе (в прежнем виде уже не существует) и вулкан Рабаул на острове Новая Гвинея.

В средневековье, как минимум, два погодно-климатических экстремума относятся за счет вулканической деятельности. «Великий голод» 1315-1317 гг в Европе, печально известный экстремально высоким уровнем преступлений, болезней и массовых смертей и даже каннибализмом, – следствие глобального похолодания в результате продолжавшегося пять лет извержения вулкана Кахароа в Новой Зеландии. Экстремально холодные зимы в Северной и гибель урожая винограда в Южной Европе в 1601-1602 гг, сильный голод на Руси в 1601-1603 гг, давший начало «Смутному времени» - следствия извержения вулкана Уайнапути́на в Перу 19 февраля 1600 г, сильнейшего за историческое время извержения в Южной Америке.

В Новое время наиболее известен «Год без лета», или «год нищеты»: так называют 1816 год с необычайно холодным летом, погубившим урожай в Европе, Канаде и США, что вызвало, как считается, последний серьезный продовольственный кризис на Западе. Интересно, что в Восточной Европе лето 1816 г было даже теплее обычного. Это показывает, что механизм погодно-климатических изменений под воздействием запыленности атмосферы весьма сложен. Сокращение притока солнечного тепла вызывает перестройку атмосферного давления и атмосферной циркуляции, меняются пути перемещения воздушных масс. Где-то становится влажнее, а где-то суше, в большинстве мест холоднее, но где-то и теплее, при том что в целом происходит похолодание. В 1816 г глобальная среднегодовая температура упала на 0, 4-0, 7°С. Большинство исследователей считает причиной этого совпадение двух факторов: на низкую солнечную активность (так называемый минимум Делтона) наложились последствия извержения вулкана Тамбора в Индонезии 10-11 апреля 1815 г. Это извержение признается самым сильным после Санторина и рекордсменом по объему пирокластических выбросов - более 150 кубических километров, согласно оценке известного вулканолога В.А.Апродова.

«Год без лета» оставил своеобразный след в мировой культуре. Летом 1816 г лорда Байрона, отдыхавшего на берегу Женевского озера, посетили его друзья Мери и Перси Шелли. Как напишет Мери в предисловии к своему будущему знаменитому роману, вместо обычной для этих мест восхитительной погоды «было мрачное мокрое лето, и беспрестанный дождь часто заставлял нас сутками не показываться из дому». Чтобы скоротать время, компаньоны затеяли писательское состязание: на лучший рассказ, отражающий царившее в доме угрюмое настроение. Победила Мери. После некоторой доработки появился знаменитый «Франкенштейн, или современный Прометей», впервые изданный в Лондоне в 1818 г и неоднократно переиздававшийся, а затем и экранизировавшийся впоследствии. Байрон же в июле 1816 г написал поэму «Тьма», в которой нарисована такая картина «вулканической зимы»:

Я видел сон... Не все в нем было сном.

Погасло солнце светлое, и звезды

Скиталися без цели, без лучей

В пространстве вечном; льдистая земля

Носилась слепо в воздухе безлунном.

Час утра наставал и проходил,

Но дня не приводил он за собою...

И люди - в ужасе беды великой

Забыли страсти прежние...

(перевод И.С.Тургенева)

Наконец, нельзя не упомянуть про взрыв располагавшегося между островами Ява и Суматра вулкана Кракатау в конце августа 1883 г. От 800-метровой конической горы осталось три расположенных кольцом небольших островка. Колонна пепла поднялась в стратосферу на высоту 30 км, а газы достигли даже мезосферы (70 км). Общий объем выброшенного при взрыве материала оценивается в 18 кубических километров. Такое мощное событие не могло не повлиять на глобальный климат. Отрицательная температурная аномалия фиксировалась наблюдениями в течение не менее четырех лет после извержения, причем в первый год глобальная среднегодовая температура понизилась на 1, 2°С. Много это или мало? Судите сами: 20 тысяч лет назад на Земле было самое холодное время за последние 300 миллионов лет, и глобальная температура была всего лишь на 3°С ниже современной. Поэтому не случайно в течение долгого времени была популярна вулканическая теория возникновения ледниковых эпох, которая связывала длительные глубокие похолодания климата и образование мощных ледяных щитов в полярных и умеренных широтах с возрастанием вулканической активности. Однако сейчас уже ясно, что влияние каждого сильного вулканического извержения на глобальный климат ограничено временем пребывания аэрозольного загрязнения в стратосфере и не превышает четырех-пяти лет. Чтобы похолодание климата длилось несколько тысяч лет, необходимо, чтобы в течение всего этого времени (или, по крайней мере, в начале, до образования покровных ледников) каждый год взрывалось по нескольку Кракатау. Такого в геологической летописи не зафиксировано. Так что, самостоятельной причиной длительных похолоданий климата вулканы и вулканический пепел служить, скорее всего, не могут, но, как следует из приведенных примеров, на несколько лет погоду испортить вполне способны.

Пеплопады воздействовали на жизнь людей и в доисторические времена. очередное свидетельство этому было обнаружено не так давно в сорока километрах от Воронежа на правом берегу Дона на верхнепалеолитической стоянке Костёнки-14 («Мамонтова гора»). В 2000 году экспедицией под руководством А.А.Синицына, сотрудника петербургского Института истории материальной культуры РАН, был найден слой вулканического пепла толщиной несколько сантиметров. Возраст пепла оказался тридцать два- тридцать три, по другим данным – около сорок тысяч лет. По химическому составу пепла установлено, что принадлежит он хорошо изученному вулканическому району – Флегрейским полям близ современного Неаполя. Аналогичный по составу пепел обнаружен в отложениях Адриатического моря. Столь значительное выпадение пепла за две тысячи километров от его источника позволяет предполагать, что атмосфера в результате этого извержения была запылена исключительно сильно, и вполне мог проявиться эффект «вулканической зимы». Прямо под слоем пепла были найдены женские украшения из раковин и трубчатых костей песца с орнаментом, тип которого и техника выполнения характерны для археологических памятников, достоверно связанных с человеком современного физического типа. Именно в это время Homo sapiens sapiens мигрировал в Европу с Ближнего Востока, вытесняя неандертальцев, и костенковские находки – самые древние в Европе изделия предков современного человека. Выпадение вулканического пепла, по-видимому, стало для людей настоящей катастрофой, заставившей их бросить насиженное место, подобно тому, как неоднократно происходило в будущем в других местах.

Извержение вулкана в Исландии

Вернемся к Эйяфьятлайокудлю. Американские лингвисты из организации Global Language Monitor выяснили, это название могут правильно произнести лишь около 320 тысяч человек, или 0, 005% населения Земли, причем большинство из них – исландцы. Будет проще, если разложить его на три слова, означающие по-исландски «остров-гора-ледник». Действительно, над окружающим пространством, как остров, возвышается вулканическая постройка высотой 1666 м с вершиной, покрытой шестым по величине в Исландии ледником. Последний раз вулкан извергался в 1821-23 годах. Первое из извержений текущего года началось 20 марта, потом последовала короткая пауза, а 14 апреля началось второе извержение, на этот раз прямо под ледником. Таяние ледника вызвало наводнения (йокульлаупы) на стекающих с вулкана реках и необходимость эвакуации более восемьсот человек. Вулканический пепел, засыпавший окрестности, вывел из строя пастбища, и уже не дожидаясь конца извержения, многие фермеры-конезаводчики вывесили объявления о продаже своих участков. Однако проблемы исландских фермеров не идут ни в какое сравнение с охватившим Европу транспортным коллапсом. Холодная ледниковая вода быстро охлаждала лаву с образованием мельчайших частиц вулканического стекла, вовлекавшихся в вулканическое облако (плюм). В результате поднимавшиеся вверх вулканические газы оказались насыщенными силикатными частицами, очень опасными для авиации. В разные дни пепловая колонна над вулканом поднималась на высоту до тринадцати километров, т.е. достигала стратосферы. Выделения лавы и, в меньшей степени, пепла продолжались еще на момент написания этой статьи (2 мая).

Образовавшееся 14 апреля пепловое облако было подхвачено господствующими над Северной Атлантикой западными ветрами и стало быстро перемещаться в сторону континентальной Европы. Первыми забили тревогу ближайшие соседи – британцы, у которых, к тому же, был негативный опыт подобной ситуации. 24 июня 1982 г «Боинг-747», следовавший по маршруту Лондон – Окленд (Н.Зеландия), случайно попал в пепловое облако вулкана Галунгунг в Индонезии. В результате отказали одновременно все четыре двигателя. Самолет стал планировать в сторону Джакарты (180 км) в надежде как-то выполнить посадку. Когда самолет вышел из зоны облака, все четыре двигателя запустились. Техническая экспертиза показала, что пепловые частицы, попав в горячий двигатель и расплавившись, образовали стекловидное покрытие на лопатках турбин и блокировали подачу воздуха в различные узлы двигателя. Когда двигатели заглохли и остыли, застывшая стеклянная корочка стала обламываться, подача воздуха возобновилась, и двигатели удалось запустить заново. Из каждой турбины извлекли потом по восемьдесят клограммов вулканического пепла.

Начиная с 15 апреля значительная часть регулярных рейсов над Западной и Центральной Европой была отменена. Режим ветров играл ключевую роль в распространении пеплового облака: в то время как половина европейских аэропортов в 1, 5-2, 5 тысячах километров от вулкана была закрыта, аэропорт Рейкьявика, располагающий всего в ста пятидесяти километрах к западу от него, благополучно функционировал. 21 апреля извержение перешло в новую фазу: интенсивность пепловой деятельности заметно снизилась, стали слышны взрывы и появились фонтаны лавы. Атмосфера над континентальной Европой достаточно прочистилась, и большинство регулярных авиарейсов было возобновлено. А 23 апреля в связи с изменением направления ветра пепловое облако впервые показалось вблизи Рейкьявика, что вынудило закрыть на время местный аэропорт.

Уникальность извержения Эйяфьятлайокудля состоит в том, что именно в эпоху авиации столь мощное пепловое загрязнение атмосферы, да еще и в столь густонаселенном районе мира, наблюдается впервые. Отсюда и такая беспрецедентная реакция авиационных властей, усиленная, к тому же, произошедшей буквально накануне под Смоленском катастрофой самолета польского президента (в прессе появилась даже теория «геологического оружия», согласно которой извержение Эйяфьятлайокудля было вызвано искусственно, чтобы отвлечь внимание от той ужасной трагедии). Однако это извержение имело, как ни странно, и положительную сторону, которая тоже могла проявиться только в современную эпоху: оно вывело из кризиса туристический бизнес Исландии. Со всего света в страну устремились туристы, стремящиеся своими глазами увидеть уникальное природное явление. Похожую картину можно было наблюдать осенью 2005 г в США: целые автобусы организованных туристов устремились в дельту Миссисипи посмотреть на затопленный в конце августа ураганом Катрина город Новый Орлеан. У части местных жителей желание «поглазеть» на их несчастье вызвало отторжение, у других, наоборот, надежду привлечь больше внимания и помощи со стороны властей.

Так или иначе, Эйяфьятлайокудль - это уже второй прецедент такого рода, что позволяет говорить о зарождении нового направления туризма – «туризма катастроф». Это тоже примета именно наших дней: не только во времена царя Миноса, но и всего лишь чуть более столетия назад при взрыве Кракатау обычные люди не имели ни познавательного интереса к таким событиям, ни возможности быстро попасть в нужное место. И еще одна черточка времени: 29 апреля, т.е. уже через две недели после начала извержения газета «Times” сообщила о поступлении в продажу наручных часов, частично изготовленных из пепла Эйяфьятлайокудля. Их произвела ограниченным тиражом швейцарская компания Romain Jerome. По словам представителя компании, эти часы станут "одним из самых ярких символов глобальных эмоций нашего времени".

Таким образом, роль вулканов и вулканического пепла в жизни людей меняется вместе с развитием человеческого общества, его технических возможностей, уровня науки, принципов морали и этики. Какова будет эта роль в будущем – сюжет скорее не для ученых, а для писателей-фантастов. Впрочем, их фантазии нередко становятся реальностью …

Полезные статьи

Как эффективно использовать вулканический пепел?

Сейчас слова экология, экологическая чистота служат своеобразным символом качества. А слова синтетический или искусственный вызывают отторжение. В моде все натуральное, естественное. Даже недостатки натурального перестали быть недостатками, воспринимаются нами как показатель со знаком плюс.
В моде и экологически чистый образ жизни. Не в центре мегаполиса, а в своем доме за городом. Загородный дом становится особняком во всех смыслах этого слова. Стоит наособицу, посередине большого участка, выглядит оригинально, стильно и дорого, как снаружи, так и внутри.

Мода повышает интерес к инновационным материалам в дизайне интерьера. Все производители отделочных материалов в большей или меньшей степени занимаются разработками такого рода продукции. Хотя на первом месте в разработке материалов будущего, как правило, оказываются японские компании.

Материалы будущего должны совмещать прочность, износоустойчивость, практичность, долговечность и экологичность, а дизайнеры предпочитают работать с материалами природными, на 90%- 100% натуральными.

Таким материалом является вулканическая штукатурка. Разработана она, конечно, в Японии. Чего- чего, а уж вулканов там хватает. Основной составляющей является вулканический пепел.
Эта штукатурка полностью адсорбирует неприятные запахи. В доме с таким покрытием стен можно спокойно курить, разводить экзотических, но не совсем аккуратных домашних зверушек. Ничем пахнуть не будет.

Вредные и токсичные вещества, которые, к сожалению, используются при изготовлении строительных материалов, таких как ДСП, МДФ, тоже будут не страшны. Вулканическая штукатурка максимально полно поглощает формальдегид и фенол. Здоровая атмосфера в стенах дома, покрытых этим материалом, гарантированно обеспечена.

Производители утверждают, что частицы вулканического пепла создают отрицательно заряженные ионы. Покроете штукатуркой стены и будете наслаждаться горным или лесным воздухом, не выезжая в горы и не выходя в лес, а просто сидя в четырех стенах. Главное, чтобы стены были покрыты инновационным отделочным средством.

Покрытие сохраняет постоянный, комфортный для человека, уровень влажности. То есть, в сыром помещении будет впитывать лишнюю влагу, а в сухом - выделять.

Этот материал не горит. Так и хочется процитировать классический советский фильм: «Все уже сгорело до нас», - во время извержения вулкана. При сверхвысоких температурах породы кальцинируются, приобретая естественную негорючесть. Изготавливается штукатурка без термообработки, следовательно, отсутствуют выбросы СО 2, а утилизации не нанесет вреда природе, использованное покрытие может быть просто зарыто в почву. Так что требования природоохранных организаций тоже удовлетворяются.

Таким образом, можно с полной уверенностью подтвердить слова нашего, еще не сложившего полномочия, президента: «Не надо бояться инноваций!» Новое всегда интересно.

Вулканический пепел – одна из неприятных и опасных составляющих извержений вулканов. Он может состоять как из крупных кусочков, так и из мелких частиц размером с песчинку. Для порошкообразных материалов используют термин «вулканическая пыль», что, впрочем, не умаляет их угрозу для человека и окружающей среды.

Свойства вулканического пепла

На первый взгляд, вулканический пепел выглядит как мягкий, безвредный порошок, но на самом деле это каменный материал с твердостью 5+ по шкале Мооса. Он состоит из частиц неправильной формы с неровными краями, благодаря чему обладает высокой способностью повреждать авиационные окна, раздражать глаза, вызывать неполадки движущихся частей оборудования и много других проблем.

Вулканические частицы очень малы по размеру и отличаются везикулярной структурой с многочисленными полостями, в силу чего имеют относительно низкую плотность для каменного материала. Это свойство позволяет им подниматься высоко в атмосферу и распространяться ветром на большие расстояния. Они не растворяются в воде, а при намокании образуют суспензии или грязь, которая после высыхания превращается в твердый бетон.

Химический состав пепла зависит от состава магмы, из которой он образуется. Учитывая, что наиболее распространенными элементами, найденными в магме, являются диоксид кремния и кислород, в большинстве случаев пепел содержит в себе частицы кремния. В золе от базальтовых извержений находится 45–55 % диоксида кремния, богатого железом и магнием. При взрывоопасных риолитовых извержениях вулканы выбрасывают пепел с высоким содержанием кремнезема (более 69 %).

Образование пепельных колонн

Некоторые виды магмы содержат огромное количество растворенных газов, которые во время извержения вулкана расширяются и вырываются из жерла вместе с небольшими магматическими частицами. Устремляясь вверх в атмосферу, эти газы захватывают с собой пепел и горячие водяные пары, образуя колонны. Так, при извержении вулкана Сент-Хеленс взрывное высвобождение горячих вулканических газов породило гигантскую колонну, которая поднялась на высоту 22 км менее чем за 10 минут. После этого сильные ветры за 4 часа унесли ее к городу Спокан, расположенному в 400 км от жерла, а за 2 недели вулканическая пыль облетела вокруг Земли.

Влияние вулканического пепла

Вулканический пепел представляет большую опасность для людей, имущества, машин, городов и окружающей среды.

Влияние на здоровье человека

Наибольшую угрозу он несет здоровью человека. У людей, оказавшихся под пеплопадом, появляется кашель, дискомфорт при дыхании, развивается бронхит. Побочные действия извержения можно уменьшить благодаря использованию высокоэффективных респираторов, однако по возможности воздействия золы следует избегать. Долгосрочные проблемы могут включать в себя развитие такого заболевания, как силикоз, особенно если зола отличается большим содержанием кремнезема. Сухой вулканический пепел попадает в глаза и вызывает их раздражение. Наиболее острой такая проблема является для людей, которые носят контактные линзы.

Влияние на сельское хозяйство

После выпадения пепла животные испытывают те же неприятности, что и люди. Домашний скот подвержен раздражению слизистых и дыхательным заболеваниям, но к этому могут прибавиться еще и болезни пищеварительной системы – в том случае, если животные питаются на пастбищах, покрытых вулканическими частицами. Слой золы толщиной в несколько миллиметров, как правило, не вызывает серьезный ущерб сельскохозяйственных площадей, а вот более толстые скопления могут повредить культуры или вовсе их уничтожить. Мало того, они повреждают почву, убивая микрофитов и блокируя поступление в грунт воды и кислорода.

Воздействие на здания

Одна часть сухой золы по массе равна примерно десяти частям свежего снега. Большинство строений не предназначены для поддержки дополнительного веса, поэтому слой вулканического пепла большой толщины на крыше здания может перегрузить его и привести к обрушению. Если сразу же после выпадения пойдет дождь, это только усугубит проблему, увеличив нагрузку на кровлю.

Вулканический пепел может заполнить водостоки зданий и забить водосточные трубы. Зола в сочетании с водой вызывает коррозию металлических кровельных материалов. Мокрый пепел, накапливающийся вокруг внешних электрических элементов домов, приводит к удару током. Нередко после выбросов нарушается работа кондиционеров, поскольку мелкие частицы забивают фильтры.

Влияние на связь

Вулканический пепел может иметь электрический заряд, который препятствует распространению радиоволн и других передач, передаваемых по воздуху. Радио, телефоны и GPS-оборудование теряют возможность посылать или получать сигналы в непосредственной близости от вулкана. Также зола повреждает физические объекты, такие как провода, башни, здания и приборы, необходимые для поддержки связи.

Влияние на наземный транспорт

Первоначальное воздействие пепла на перевозки – это ограничение видимости. Зола блокирует солнечный свет, поэтому среди бела дня становится темно, как ночью. Кроме этого, всего лишь 1 миллиметр пепла может скрыть дорожную разметку. Во время езды мелкие частички захватываются воздушными фильтрами автомобилей, а также попадают в двигатель и повреждают его составляющие.

Вулканический пепел оседает на лобовые стекла автомобилей, вызывая необходимость использования дворников. Во время очистки абразивные частицы, попадающие между ветровым стеклом и стеклоочистителем, могут поцарапать окно. Во время дождя пепел, оседающий на дорогах, превращается в слой скользкой грязи, в результате теряется сцепка колес и асфальта.

Воздействие на воздушные перевозки

Современные реактивные двигатели перерабатывают огромные объемы воздуха. Если вулканический пепел втягивается в двигатель, то нагревается до температуры выше, чем температура его плавления. Расплавленная зола прилипает к внутренним частям двигателя и ограничивает поток воздуха, увеличивая вес самолета.

Абразивная структура пепла вулкана оказывает негативное воздействие на лайнеры, пролетающие в зоне извержения. На больших скоростях частицы золы, попадающие на лобовое стекло самолета, могут сделать его поверхность матовой, в результате пилот потеряет видимость. Пескоструйная обработка может также удалить краску на носу и кромках крыльев. В аэропортах проблемы возникают со взлетно-посадочными полосами – под пеплом скрывается маркировка, шасси самолета теряют сцепление при посадке и взлете.

Влияние на системы водоснабжения

Системы водоснабжения могут быть загрязнены пеплопадами, поэтому перед употреблением воды из рек, водохранилищ или озер проводится тщательная очистка взвеси. В то же время обработка воды с загущенным абразивным материалом может повредить насосы и оборудование для фильтрации. Зола также вызывает временные изменения химического состава жидкости, приводит к снижению рН и увеличению концентрации выщелоченных ионов – Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F и многих других.

Таким образом, населенные пункты, расположенные вблизи или с подветренной стороны от вулканов, должны учитывать потенциальное воздействие вулканического пепла, разрабатывать пути борьбы с ним и минимизации его последствий. Гораздо проще принять меры заранее, нежели при извержении получить массу труднорешаемых проблем.

Известно, что в составе твердых вулканических выбросов кроме извержений гавайского типа преобладают измельченные пирокластические материалы, доля которых ко всей массе твердых выбросов достигает 94-97%. По оценке Заппера, за время с 1500 по 1914 г. вулканами на суше выброшено 392 км 3 лавы и рыхлых масс, главным образом пеплов. Доля рыхлых масс за это время в выбросах составила в среднем 84%. Характерно также то, что при выбросах образуются огромные массы чрезвычайно тонких пеплов. Такие пеплы могут длительно оставаться в воздухе во взвешенном состоянии. При извержении Кракатау в 1883 г. пеплы много раз обошли вокруг Земли, прежде чем полностью осели. Мельчайшие частицы пепла поднялись при этом на большую высоту, где находились несколько лет, вызывая красные зори в Европе. При извержении вулкана Безымянного на Камчатке пеплы уже на второй день выпали в районе Лондона, т. е. на расстоянии свыше 10 тыс. км . С точки зрения выпадения твердого вещества вулканических извержений из водных, главным образом надкритических, растворов, поднимающихся из дренажной оболочки, такое соотношение между массами твердого и рыхлого вещества вулканических выбросов совершенно понятно. Действительно, растворы, поднимаясь по каналу из дренажной оболочки, где они находились под давлением до 2-4 тыс. атм, теряют давление, расширяются иохлаждаются. Вследствие этого из растворов выпадают растворенные в них вещества, образуя вначале жидкие, а по мере извержения густеющие массы концентратов. Эти массы, по-видимому, в наибольшей мере накапливаются у устья того канала, по которому поднимаются водные растворы. По мере накопления этих масс и расширения канала паровой поток начинает захватывать и по дороге измельчать выпавшие из растворов массы. В зависимости от скорости движения струи пара и его температуры и плотности, а также в зависимости от особенностей химического состава выпадающих густых масс вещества оно дробится на более или менее мелкие частицы, которые уносятся с облаком и выпадают затем из него.

Установлено, что пеплы, выпадающие из пепловых облаков, имеют различный ситовый состав как в зависимости от интенсивности извержения, так и в зависимости от расстояния до места выпадения пепла. Вблизи вулканов выпадают крупные фракции пеплов с размерами отдельных частиц до 3-5 мм; чем дальше уходят пепловые облака, тем меньше размер пепловых частиц. Вместе с тем известно, что пеплы, выпадающие на расстояниях до 100 км и более, еще имеют сложный ситовый состав. Это, по нашему мнению, свидетельствует о том, что во время перемещения пеплового облака происходит не только фракционирование уже имеющихся частиц пепла, но и образование новых частиц, поскольку тонкие пеплы, находящиеся во взвешенном состоянии, обладают способностью образовывать конгломераты, которые затем превращаются в плотные цементированные шарики, называемые пизолитами, или окаменевшими дождевыми каплями. Происхождение особенно мелких пеплов, которые длительное время находятся в воздухе и переносятся на очень большие расстояния, скорее всего связано с выпадением их непосредственно из горячего парового облака по мере его охлаждения. Из жерла вулкана вверх выбрасывается струя горячего пара, имеющего температуру до 400-450° С. В таком паре даже при нормальном давлении находятся растворенные вещества, хотя и в невысокой концентрации. При дальнейшем охлаждении парового облака из него выпадают растворенные вещества в виде частиц, имеющих размеры, приближающиеся к размерам молекул. Такие частицы пепла могут удерживаться в воздухе неограниченное время.

Таким образом, преобладание пеплов и образование весьма дисперсных материалов в вулканических выбросах удовлетворительно объясняются выпадением их из водных, в том числе надкритических и паровых, растворов, выбрасываемых в атмосферу. Такое происхождение пеплов объясняет некоторые специфические особенности их состава.

Известно, что по мере перемещения пеплового облака на все большие расстояния от вулканического кратера из него выпадают пеплы неодинакового химического состава. Даже совершенно одинаковые по ситовому составу фракции пеплов заметно изменяются по химическому составу в зависимости от длительности пребывания частиц пепла в облаке. Эту зависимость обычно связывают с расстоянием от вулкана. Но дело тут, конечно, не в пути, а во времени. Особенно заметны изменения содержания в пеплах железа, магния, марганца, олова, ванадия и других элементов, которое, как правило, растет по мере удаления от кратера вулкана.

Весьма существенной особенностью процессов, которые приводят к росту содержания перечисленных элементов в пеплах, является то, что они изменяют химический состав пеплов только в тонкой поверхностной пленке каждой частицы пепла. Толщина химически измененной пленки достигает 10 -4 -10 -6 см . И. И. Гущенко, изучавший пеплы Северной Камчатки, отмечает, что они обладают хорошо выраженной сорбционной способностью и что мелкозернистый пепел сорбирует наибольшие количества анионов SO 4 -2 и НСО 3 - , а грубозернистые пеплы лучше сорбируют ион хлора. На темноцветных и рудных минералах пеплов предпочтительно сорбируются SO 4 2- , HCO 3 - , Na + , K + , Mg 2+ . На плагиоклазах и стекле пеплов лучше сорбируются Cl - , Ca 2+ , Fe 3+ , P 5+ , М n 2+ . Содержание таких элементов, как Fe , Ti , Mg , Mn , в сорбционных пленках составляет до 35 и даже до 75% от валового содержания этих элементов в пеплах. И. И. Гущенко показал также, что содержание магния в пеплах вулкана Безымянного увеличивается в 12-30 раз за время перемещения облака на расстояние 90 км от вулкана. Он же приводит данные, показывающие, что в пеплах вулкана Гекла, выпавших 29 марта 1947 г., на расстоянии 3800 км от него содержание MgO и К 2 О увеличилось в 4 раза, а СаО, Р 2 О 5 , Ti О 2 и А1 2 О 3 - на 40-60% по отношению к содержанию этих элементов в пирокластическом материале, выпавшем в 10 км от вулкана.

Химический состав пеплов и особенно их поверхностных сорбционных пленок отличается от среднего состава пород коры суши и океана присутствием и повышенным содержанием многих элементов, таких, как Ga , V , Си, Со, Ni , Cr , Sr , Ba , Zr , U , Th и др.

К специфическим особенностям вулканических пеплов относится и то, что в состав пеплов входит стекловидный материал. Доля стекла в пеплах колеблется от 53 до 95%, что свидетельствует о быстром переходе частиц, образовавших пеплы, из жидкого в твердое состояние.

С точки зрения выпадения вулканических пеплов из водных растворов, вырывающихся из дренажной оболочки земной коры, все эти очень интересные особенности пеплов не только являются необъяснимыми, а наоборот, они совершенно естественны и понятны.

Как было отмечено выше, различные малолетучие соединения в соответствии с изменением растворимости, которая зависит от температуры, давления и фазовых переходов растворов при критических температурах, по-разному распределяются между паровой, жидкой и твердой фазами. Несмотря на то, что экспериментальными исследованиями еще почти не затронуто изучение таких сложных систем, какими могут быть системы, образующие растворы, заполняющие дренажную оболочку земной коры, можно понять некоторые закономерности перехода тех или иных компонентов из растворов в твердое состояние при образовании пеплов и перемещении их вместе с облаком.

Процессы эти и их очередность представляются в таком виде.

Облака водяных паров, которые образуются над жерлом вулкана при большой скорости выбросов многих миллионов тонн пара, имеют высокую температуру. Поэтому твердое вещество содержится в облаках пара не только в виде частиц пепла, но и в растворенном состоянии. По мере удаления облака от места извержения оно увеличивается в объеме и охлаждается. Охлаждение паров от 350-450 до 0° С приводит к выпадению в твердом состоянии тех компонентов, которые находятся в горячем паре. Эти мельчайшие твердые частицы могут конденсировать на себе пленки жидкой воды, могут прилипать или сорбироваться на более крупных частицах пепла и образовывать на них тончайшие сорбционные пленки, характерные для пеплов.

Без экспериментальных данных трудно судить о температуре пара в пепловых облаках над вулканом и на пути, который облака проходят, поднимаясь кверху и уходя вдаль. Однако, судя по явной зависимости химического состава тонких поверхностных, сорбционных пленок от расстояния, на котором пеплы выпадают, можно считать, что охлаждение протекает достаточно длительно. Вероятно и то, что после прекращения выпадения растворенных в паре веществ происходит дальнейшее изменение состава поверхностной пленки крупных частиц пепла. Они сорбируют из облака те тонко рассеянные примеси, которые могут иметь противоположный заряд.

С точки зрения гипотезы образования пепловых облаков из надкритических растворов дренажной оболочки эти факты очень важны, ибо в этом случае обязательны процессы образования пеплов и мельчайшей пыли, которая сорбируется на более крупных частицах пеплов, образуя сорбционные пленки.

Другие гипотезы происхождения парового облака не могут объяснить присутствия в облаке элементов, сорбирующихся на пепловых частицах. Они тем более не могут объяснить чрезвычайно широкую гамму этих элементов. В таком широком ассортименте рассеянные, в том числе радиоактивные, элементы, как правило, не встречаются ни в лаве, ни в магматических породах, ни тем более в породах, слагающих толщу земной коры. Поэтому широкий ассортимент элементов в сорбционной пленке на пепловых частицах является одним из наиболее убедительных свидетельств в пользу гипотезы, связывающей происхождение пепловых облаков с растворами дренажной оболочки. Эту же связь подтверждает широкий набор летучих компонентов, выбрасываемых вулканами, фумаролами и другими источниками. В их число, как известно, входят: СО, СО 2 , SO 2 , H 2 S , CSO , N 2 , N 2 O 3 , N 2 O 5 , NO 3 , NH 4 Cl , PH 3 , CH 4 , Kr , Xe , Ne , He , H 2 , Se , SiF 4 , H 3 BO 3 и многие другие, летучие с хлором, бором, серой и фтором соединения. О широком наборе элементов в растворах дренажной оболочки свидетельствуют также солевой состав океана и особенно сложный состав железомарганцевых и фосфорных конкреций.

Журнал новостей и скандалов

Вулканический пепел: опасность для человека

Среди опасностей, которые несут в себе извержения вулканов, вулканический пепел считается одной из самых коварных и разрушительных.

Вулканический пепел – одна из неприятных и опасных составляющих извержений вулканов. Он может состоять как из крупных кусочков, так и из мелких частиц размером с песчинку. Для порошкообразных материалов используют термин «вулканическая пыль», что, впрочем, не умаляет их угрозу для человека и окружающей среды.

Свойства вулканического пепла

На первый взгляд, вулканический пепел выглядит как мягкий, безвредный порошок, но на самом деле это каменный материал с твердостью 5+ по шкале Мооса. Он состоит из частиц неправильной формы с неровными краями, благодаря чему обладает высокой способностью повреждать авиационные окна, раздражать глаза, вызывать неполадки движущихся частей оборудования и много других проблем.

Вулканические частицы очень малы по размеру и отличаются везикулярной структурой с многочисленными полостями, в силу чего имеют относительно низкую плотность для каменного материала. Это свойство позволяет им подниматься высоко в атмосферу и распространяться ветром на большие расстояния. Они не растворяются в воде, а при намокании образуют суспензии или грязь, которая после высыхания превращается в твердый бетон.

Химический состав пепла зависит от состава магмы, из которой он образуется. Учитывая, что наиболее распространенными элементами, найденными в магме, являются диоксид кремния и кислород, в большинстве случаев пепел содержит в себе частицы кремния. В золе от базальтовых извержений находится 45–55 % диоксида кремния, богатого железом и магнием. При взрывоопасных риолитовых извержениях вулканы выбрасывают пепел с высоким содержанием кремнезема (более 69 %).

Образование пепельных колонн

Пепел вулкана Сент-Хеленс

Некоторые виды магмы содержат огромное количество растворенных газов, которые во время извержения вулкана расширяются и вырываются из жерла вместе с небольшими магматическими частицами. Устремляясь вверх в атмосферу, эти газы захватывают с собой пепел и горячие водяные пары, образуя колонны. Так, при извержении вулкана Сент-Хеленс взрывное высвобождение горячих вулканических газов породило гигантскую колонну, которая поднялась на высоту 22 км менее чем за 10 минут. После этого сильные ветры за 4 часа унесли ее к городу Спокан, расположенному в 400 км от жерла, а за 2 недели вулканическая пыль облетела вокруг Земли.

Влияние вулканического пепла

Вулканический пепел представляет большую опасность для людей, имущества, машин, городов и окружающей среды.

Влияние на здоровье человека

Наибольшую угрозу он несет здоровью человека. У людей, оказавшихся под пеплопадом, появляется кашель, дискомфорт при дыхании, развивается бронхит. Побочные действия извержения можно уменьшить благодаря использованию высокоэффективных респираторов, однако по возможности воздействия золы следует избегать. Долгосрочные проблемы могут включать в себя развитие такого заболевания, как силикоз, особенно если зола отличается большим содержанием кремнезема. Сухой вулканический пепел попадает в глаза и вызывает их раздражение. Наиболее острой такая проблема является для людей, которые носят контактные линзы.

Влияние на сельское хозяйство

После выпадения пепла животные испытывают те же неприятности, что и люди. Домашний скот подвержен раздражению слизистых и дыхательным заболеваниям, но к этому могут прибавиться еще и болезни пищеварительной системы – в том случае, если животные питаются на пастбищах, покрытых вулканическими частицами. Слой золы толщиной в несколько миллиметров, как правило, не вызывает серьезный ущерб сельскохозяйственных площадей, а вот более толстые скопления могут повредить культуры или вовсе их уничтожить. Мало того, они повреждают почву, убивая микрофитов и блокируя поступление в грунт воды и кислорода.

Воздействие на здания

Одна часть сухой золы по массе равна примерно десяти частям свежего снега. Большинство строений не предназначены для поддержки дополнительного веса, поэтому слой вулканического пепла большой толщины на крыше здания может перегрузить его и привести к обрушению. Если сразу же после выпадения пойдет дождь, это только усугубит проблему, увеличив нагрузку на кровлю.

Вулканический пепел может заполнить водостоки зданий и забить водосточные трубы. Зола в сочетании с водой вызывает коррозию металлических кровельных материалов. Мокрый пепел, накапливающийся вокруг внешних электрических элементов домов, приводит к удару током. Нередко после выбросов нарушается работа кондиционеров, поскольку мелкие частицы забивают фильтры.

Влияние на связь

Вулканический пепел может иметь электрический заряд, который препятствует распространению радиоволн и других передач, передаваемых по воздуху. Радио, телефоны и GPS-оборудование теряют возможность посылать или получать сигналы в непосредственной близости от вулкана. Также зола повреждает физические объекты, такие как провода, башни, здания и приборы, необходимые для поддержки связи.

Влияние на наземный транспорт

Первоначальное воздействие пепла на перевозки – это ограничение видимости. Зола блокирует солнечный свет, поэтому среди бела дня становится темно, как ночью. Кроме этого, всего лишь 1 миллиметр пепла может скрыть дорожную разметку. Во время езды мелкие частички захватываются воздушными фильтрами автомобилей, а также попадают в двигатель и повреждают его составляющие.

Вулканический пепел оседает на лобовые стекла автомобилей, вызывая необходимость использования дворников. Во время очистки абразивные частицы, попадающие между ветровым стеклом и стеклоочистителем, могут поцарапать окно. Во время дождя пепел, оседающий на дорогах, превращается в слой скользкой грязи, в результате теряется сцепка колес и асфальта.

Воздействие на воздушные перевозки

Современные реактивные двигатели перерабатывают огромные объемы воздуха. Если вулканический пепел втягивается в двигатель, то нагревается до температуры выше, чем температура его плавления. Расплавленная зола прилипает к внутренним частям двигателя и ограничивает поток воздуха, увеличивая вес самолета.

Абразивная структура пепла вулкана оказывает негативное воздействие на лайнеры, пролетающие в зоне извержения. На больших скоростях частицы золы, попадающие на лобовое стекло самолета, могут сделать его поверхность матовой, в результате пилот потеряет видимость. Пескоструйная обработка может также удалить краску на носу и кромках крыльев. В аэропортах проблемы возникают со взлетно-посадочными полосами – под пеплом скрывается маркировка, шасси самолета теряют сцепление при посадке и взлете.

Влияние на системы водоснабжения

Системы водоснабжения могут быть загрязнены пеплопадами, поэтому перед употреблением воды из рек, водохранилищ или озер проводится тщательная очистка взвеси. В то же время обработка воды с загущенным абразивным материалом может повредить насосы и оборудование для фильтрации. Зола также вызывает временные изменения химического состава жидкости, приводит к снижению рН и увеличению концентрации выщелоченных ионов – Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F и многих других.

Таким образом, населенные пункты, расположенные вблизи или с подветренной стороны от вулканов, должны учитывать потенциальное воздействие вулканического пепла, разрабатывать пути борьбы с ним и минимизации его последствий. Гораздо проще принять меры заранее, нежели при извержении получить массу труднорешаемых проблем.