МАКСИМАЛЬНАЯ СИЛА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ КАТАСТРОФЫ

Мы рассказали о четырех самых крупных вулканических катастрофах, происшедших за исторический период жизни человечества. Что же является причиной таких катаклизмов? Где и каким образом они возникают? Почему достигают такой силы, как ни одно другое геологическое явление?

Пока еще нельзя сказать, что нам хорошо известен механизм вулканических извержении. Современных знаний о физических свойствах расплавов, возникающих на глубинах в десятки километров, и составе содержащихся в них газон еще недостаточно. Тем не менее существующие гипотезы могут опираться на ряд достоверных фактов. Извержение вулкана связано с поднимающимися с больших глубин лавами. Образование их вызвано переходом твердых горных пород в жидкое состояние, а это означает увеличение их объема на 5—10%. Изменение объема вследствие развивающегося в жидком расплаве гидростатического давления обусловливает подъем расплава вверх. Проникновение его на дневную поверхность зависит от прочности и монолитности земной коры. Если последняя расчленена разломами, то происходят относительно спокойные извержения, иногда сопровождающиеся ее фонтанированием (извержения гавайского типа).

Но расплав может оказаться в обстановке, затрудняющей его подъем на земную поверхность. В этом случае он может затвердеть па глубине, образовав крупный гранитный массив, или вызвать проплавление расположенных над ним горных пород.

Многое определяет химизм лав. Если это лавы основного состава, содержащие не более 50% кремнезема, то они бывают жидкими и сравнительно легко поднимаются по трещинам на поверхность, разливаясь потоками во все стороны. Если в лаве кремнезема больше (60—70%), то она становится густой, тягучей, создает пробки в вулканическом канале, подъем ее на поверхность затруднен. Но это не означает, что «взрывоопасны» лишь кислые лавы. Наиболее сильный вулканический взрыв прошлого столетия произошел в вулкане Тамбора, извергающего основные лавы. Следовательно, химический состав лав не единственная, а возможно, и не главная причина взрывных извержений.

По мнению Дж. Ферхугена, определяющим является количество газов в лаве. При высоком давлении вода и газы находятся в магме в растворенном состоянии. Когда с приближением к земной поверхности давление начинает падать, вода переходит в газообразное состояние. Богатая газами лава как бы «вскипает» от накапливающихся в пей пузырьков. Когда их становится много, они соединяются друг с другом и лава дробится на мельчайшие частицы. Начавшаяся кристаллизация магмы увеличивает давление паров воды в такой газовой камере, что приводит в конечном счете к взрыву, разрушающему лежащие сверху пласты горных пород. Скопившаяся в недрах газовая эмульсия еще жидкой магмы выбрасывается в атмосферу, мельчайшие пузырьки тотчас застывают и в виде вулканического пепла разносятся по воздуху, а затем падают обратно на землю.

Начальное давление взрыва может достигать 1500—3000 атм. (извержение Безымянного, по Г. С. Горшкову). Огромное давление создается, вероятно, в результате цепных реакций, развивающихся в газовой фазе. При этих реакциях происходит выделение тепла, и, таким образом, извержение приобретает характер теплового взрыва.

Факт, что взрывные извержения Кракатау или Санторина неоднократно происходили па одном и том же месте (в пределах одной кальдеры), свидетельствует, что под таким вулканом длительное время работает один п тот же подводящий канал. В его верхней части, по-видимому, па сравнительно небольшой глубине (1—5 км), происходила концентрация газовых пузырьков. В конечном счете общее накопление внутренних напряжений в расплаве и в его газовой фазе приводит к взрыву тем более сильному, чем большие напряжения накопились за период относительного покоя. По последним данным, промежуточные магматические очаги расположены па сравнительно небольшой глубине: под Везувием — 6 км, Килауэа — 4, Михара — 4—5, Авачей — 3—5 км. Радиус магматического очага — 3 км, объем — 100 км³.

После взрыва и опорожнения камеры происходило обрушение кровли. Кальдеры этого типа очень большие по размерам и образуются при самых сильных взрывах.

Размеры кальдеры не говорят непосредственно о величине вулканического взрыва. Взрывная воронка во много раз меньше кальдеры обрушения, к тому же она обычно не сохраняется. Но все же косвенно величина кальдеры обрушения свидетельствует о силе взрыва, предшествующего ее образованию. Кальдера возникает вследствие обрушения кровли опорожненной вулканической камеры, поэтому размеры кальдеры зависят от объема этой подземной полости. Очевидно, что чем больше вулканическая камера, освободившаяся от лавы и газов, тем больше и возникшая над ней кальдера. Сила извержения в значительной степени определяется объемом извергнутого материала. Следовательно, с некоторой приближенностью мы можем сравнивать силу вулканического взрыва, сопоставляя размеры кальдер обрушения, возникших уже после главной фазы извержения.

Основными видами энергии действующего вулкана являются: потенциальная энергия, учитываемая но изменению уровня лавы в процессе извержения; кинематическая, зависящая от скорости выбрасываемых продуктов и их массы; тепловая, включающая то тепло, которое содержится в лаве, газах и твердых частицах; сейсмическая энергия и энергия воздушных масс, определяемые величиной смещения почвы (магнитудой) и изменением давления воздуха.

Общее количество энергии, необходимое для распыления 1 км³ расплавленной магмы в пепел с размером частиц в сотые доли миллиметра, по Е. К. Мархишгау, равно приблизительно 1,85-1015 дж. Общее же количество тепловой энергии, заключенной в 1 км³ магмы перед извержением, — 2,5-1018 дж. На пеплообразование расходуется лишь одна тысячная термальной энергии вулкана.

О масштабе выделившейся энергии во время единичного катастрофического извержения можно судить по взрыву вулкана Безымянного 30 марта 1950 г., когда энергия взрывной волны достигла 3-10²² эрг, кинематическая 1,2-10²⁴ эрг, а термальная 3,8-10²⁵ эрг, начальная скорость взрыва составила 360—500 м/сек.

Для характеристики силы извержения П. Хейдервари предложил вычислять новую величину — магнитуду извержения, которая пропорциональна выделившейся энергии. Энергию вулканического извержения он выражает также атомно-бомбовым эквивалентом, т. е. числом атомных бомб, могущих дать соответствующую энергию при взрыве. Энергия одной атомной бомбы принята 8,4-10¹⁴ дж. Оказалось, что взрыв Безымянного эквивалентен 4 тыс., Кракатау — 20 тыс., а Тамбора — 200 тыс. атомных бомб.

Итак, мы видим, что по количеству выброшенного материала можно приблизительно оценить энергию вулканического извержения.

В табл. 2 сопоставлены данные об объемах выброшенного материала, размерах кальдеры, площади разрушения и энергии взрыва наиболее крупных из известных за историческое время вулканических катастроф.

Таблица 2. Сопоставление данных об объемах выброшенного материала, размерах кальдеры, площади разрушения и энергии взрыва наиболее крупных из известных за историческое время вулканических катастроф

Нетрудно видеть, что вулканические катастрофы типа Кракатау, Тамбора принадлежат к числу максимальных по объему выброшенного материала, площади пеплопада, энергии взрыва. Кальдера Санторина превышает кальдеру Кракатау (рис. 18), следовательно, объем вулканического материала, исторгнутого из недр, и энергия этого катаклизма еще выше. По силе разрушительного эффекта извержение Санторина может быть сопоставлено лишь с извержением вулкана Тамбора (1915) на острове Сумбава в Индонезии, а извержение Тамбора — это самый сильный вулканический взрыв за последнее тысячелетие.

Рис. 18. Сравнение кальдер Крайтер-Лейк, Кракатау н Санторина

Сравним энергию землетрясения и вулканического взрыва. Энергия самого сильного из известных землетрясений достигает 10¹⁸ дж, или 10²⁵ эрг. Это в сотни раз больше энергии взрыва Безымянного, но примерно соответствует силе взрыва вулкана Катмай. Энергия взрыва Кракатау в десятки, Тамбора и Санторина в сотни раз больше энергии самого сильного землетрясения. Таким образом, извержение Санторина в XV в, до н. э. принадлежит к числу величайших геологических катастроф. По П. Хейдервари, энергия его взрыва была минимум 10²⁷ эрг. Это, по-видимому, предел силы геологических пароксизмов на пашей планете. Размер их лимитирует прочность горных пород. Больших напряжений земная кора не выдерживает — происходит землетрясение или вулканический взрыв, и напряжение снимается.

Выяснение максимально возможной силы геологической катастрофы имеет исключительное значение для решения проблемы Атлантиды. Во-первых, если следовать тексту Платона, где сказано, что Атлантида была «больше Ливии и Азии вместе взятых», то очевидно, что для полного уничтожения такой огромной страны необходима геологическая катастрофа в тысячи раз большая, чем нам известные. Подобных геологических катастроф мы предполагать не можем и, следовательно, вынуждены признать, что если Атлантида существовала и была уничтожена каким-то катастрофическим природным явлением, то размеры ее были много меньше.

Во-вторых, для наших дальнейших выводов чрезвычайно важно, что извержение Санторина, связываемое о гибелью Минойской морской державы, является одним из максимально возможных геологических катаклизмов. Значит, если мы хотим объяснить уничтожение Атлантиды геологической катастрофой, то Санторинское извержение по силе взрыва и площади опустошения подходит для этой дели больше, чем что-либо иное.