Научно-исследовательский проект «Вулканы. Исследование глубинных процессов под толбачиком позволит точнее предсказывать извержения вулканов

Николай Шапиро, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Института физики Земли (Париж) и Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, профессор РАН
Евгений Гордеев, доктор физико-математических наук, директор Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, академик РАН
Данила Чебров, кандидат физико-математических наук, директор Камчатского филиала Единой геофизической службы РАН
«Коммерсантъ Наука» №5, июль 2017

Уникальные наблюдения глубинных низкочастотных землетрясений, полученные российскими учеными на Камчатке, позволяют проследить магматические процессы в нижних слоях земной коры. Компьютерная обработка сейсмических записей, предшествовавших крупному извержению вулкана Толбачик, проясняет закономерности вулканической активности и позволит достовернее предсказывать извержения.

Основная практическая цель вулканологии - разработка методов мониторинга вулканической активности, чтобы своевременно и достоверно предсказывать извержения. На Земле больше 1500 вулканов, которые хотя бы однажды извергались за последние 10 тыс. лет, из них около 600 - в историческую эпоху. Каждый год наблюдается от 50 до 70 извержений.

Большая часть действующих вулканов расположена в так называемых зонах субдукции Тихоокеанского огненного кольца, где происходит погружение в мантию океанической литосферы. На глубинах между 100 и 200 км при взаимодействии погружающейся океанской литосферы и мантии образуются магматические расплавы, которые затем поднимаются к поверхности Земли и приводят к вулканизму.

Медленные и быстрые вулканические процессы

Основной силой, движущей магму к поверхности, является разница в плотности между относительно «холодными» и тяжелыми породами мантии и земной коры и разогретыми, флюид-содержащими и относительно легкими магматическими расплавами. Причем на большей части пути к поверхности магматические расплавы поднимаются не напрямую, а просачиваются через пористую среду. Поэтому скорость их подъема зависит от пористых свойств мантии и коры и от вязкости самой магмы. Химический состав и физические свойства (плотность, вязкость) магматических расплавов по мере поднятия могут существенно изменяться за счет взаимодействия с окружающими породами и за счет меняющихся давления и температуры. Плотность и пористость окружающих пород тоже меняются с глубиной.

Большая часть действующих вулканов расположена в так называемых зонах субдукции Тихоокеанского огненного кольца, где происходит погружение в мантию океанической литосферы

В итоге процесс поднятия магмы к поверхности неоднородный. В целом это происходит очень медленно. Отдельные вулканические системы могут развиваться в течение тысяч и даже миллионов лет. За это время магма постепенно накапливается в промежуточных очагах, самые близкие из которых находятся на глубине в несколько километров. Но этот процесс весьма нелинейный, и определенные его этапы могут протекать очень быстро, приводя к резким локальным ускорениям движения магмы и резким скачкам давления. Такие ускорения могут быть вызваны резкими изменениями физико-химических свойств (фазовыми переходами), которые, кроме прочего, нередко приводят к выделению газовой фракции в магме. Активизация таких процессов может начинаться за время от нескольких дней до нескольких лет перед извержением.

Методы изучения вулканов

Основная сложность в изучении вулканов в том, что приводящие к извержениям геологические процессы происходят на больших глубинах. Значительное количество информации о происхождении и истории вулканов ученые получают геологическими методами - за счет изучения изверженных вулканических пород, а также потухших вулканических систем, глубинные части которых выходят на поверхность после выветривания породы.

Но при изучении современного состояния вулканов и выявлении подготовки извержений основным источником информации о глубинных процессах становятся геофизические наблюдения. Ведущий геофизический метод - сейсмологический мониторинг. Его основная идея в том, что многие глубинные процессы, происходящие в вулканических системах, могут генерировать сейсмические волны. Для их наблюдения вблизи вулканов устанавливаются сейсмографы - приборы, которые регистрируют колебания поверхности Земли.

Вулканические землетрясения

Сейсмические проявления глубинной вулканической активности, или так называемые вулканические землетрясения, многочисленны и разнообразны. Среди них можно выделить два основных типа.

Первый тип называется вулкано-тектоническими землетрясениями, потому что по своим свойствам и происхождению они аналогичны обычным тектоническим землетрясениям. Активизация вулканов связана в первую очередь с ростом давления в магматических очагах и ускорением подъема магмы к поверхности. Эти процессы увеличивают механические напряжения в земной коре под вулканами с последующей активизацией многочисленных микроразломов, которые и генерируют вулкано-тектонические землетрясения.

Второй тип вулканических землетрясений генерируется непосредственно в магмаподводящих каналах. При ускоренном движении магмы или вулканических газов по этим каналам часто возникают резкие скачки давления, сопровождаемые сейсмическими волнами. Основной характеристикой таких источников является то, что они излучают волны на относительно низких частотах - в диапазоне от 1 до 5 герц. Типичные же частоты волн, характерных для вулкано-тектонических землетрясений, составляют 10 герц и больше.

Подавляющее количество вулканических землетрясений - очень слабые и не ощущаются на поверхности. Но они хорошо регистрируются чувствительными сейсмографами

Подавляющее количество вулканических землетрясений - очень слабые и не ощущаются на поверхности. Но они хорошо регистрируются чувствительными сейсмографами. Появление регистрируемых вулканических землетрясений и прогрессивное увеличение их количества является наиболее достоверным признаком активизации вулканических систем. Подсчет регистрируемых землетрясений - наиболее простой метод сейсмического мониторинга вулканов. А если на вулканах размещены наблюдательные системы из многих приборов, у вулканологов появляется возможность определять местоположение и магнитуду (это энергетическая характеристика) вулканических землетрясений, что, в свою очередь, позволяет более детально характеризовать глубинные вулканические процессы.

В некоторых случаях удается проследить миграцию сейсмической активности с глубины к поверхности. Такие наблюдения особенно ценны, если получены на основе низкочастотных землетрясений, поскольку они связаны с распространением магмы в питающих каналах под вулканами. А это движение магмы играет определяющую роль в подготовке извержения. Используя детальные наблюдения именно низкочастотных землетрясений, можно лучше понять процессы, контролирующие подпитку вулканов магмой с глубины.

Вулканы-лаборатории

Но высококачественные наблюдения описанных процессов удается получить достаточно редко. На большинстве активных вулканов нет современных систем геофизических наблюдений, и наоборот, многие из хорошо наблюдаемых вулканов большую часть времени находятся в покое. Поэтому для разработки геофизических методов исследования и мониторинга очень важны немногочисленные вулканы - естественные лаборатории, которые и извергаются часто, и изучаются подробно. Хорошо известными примерами таких вулканов являются Килауэа на Гавайских островах, Питон-де-ла-Фурнез на французском острове Реюньон, Этна и Стромболи в Италии. Эти вулканы извергаются почти постоянно (Килауэа) или очень часто, и их извержения детально наблюдается вулканологическими обсерваториями, которые поддерживают современные системы геофизических наблюдений.

Большая часть научных работ, направленных на понимание вулканических землетрясений и связанных с ними глубинных процессов, основана на наблюдениях, полученных именно в таких вулканах-лабораториях.

Уникальные данные от российских вулканов

Россия - страна с большим количеством действующих вулканов. Почти все они находятся на Дальнем Востоке в Курило-Камчатской зоне субдукции. Особое место среди российских и мировых вулканических систем занимает Ключевская северная группа, где недалеко друг от друга находятся четыре очень активных вулкана: Ключевской активен на протяжении нескольких тысяч лет; Шивелуч - с августа 1980 года (со времени начала роста лавового купола в кратере, образовавшемся при катастрофическом извержении 12 ноября 1964 года); Безымянный - с 22 октября 1955 года (с момента пробуждения после тысячелетнего молчания); на вулкане Толбачик большие трещинные извержения произошли в 1975–1976 и в 2012–2013 годах. В указанном районе находятся также 12 слабо активных или потухших вулканов и около 400 более мелких вулканических образований.

Систематические наблюдения в этом районе начались с созданием в 1935 году Камчатской вулканологической станции в поселке Ключи. Первый постоянно действующий сейсмограф на этой станции был установлен в 1946 году. Сейчас на Ключевской группе вулканов проводят наблюдения научные подразделения Института вулканологии и сейсмологии (ИВиС) ДВО РАН и Камчатского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» (КФ ФИЦ ЕГС РАН). Они поддерживают сеть из 18 постоянных сейсмографов.

С середины 1990-х годов был осуществлен перевод сейсмической информации в цифровой формат и на этой основе создан архив непрерывных сейсмических записей за более чем 20 лет, в течение которых произошли многие десятки извержений. Этот набор наблюдений о сейсмической активности вулканов не имеет аналогов в мире. Одной из его уникальных характеристик является одновременное наблюдение очень разных вулканов, что позволяет установить взаимосвязь между их активностью. Другая отличительная особенность - большое количество низкочастотных вулканических землетрясений на большой глубине, соответствующей границе кора-мантия.

Недавно нашей совместной научной группой ИВиС и КФ ФИЦ ЕГС РАН, созданной при поддержке Российского научного фонда, был проведен детальный анализ полученных данных. Для этого мы провели интенсивную компьютерную обработку сейсмических записей за два года, предшествующих последнему крупному извержению вулкана Толбачик.

В результате обнаружено, что активность глубоких низкочастотных событий увеличивалась в течение двух лет перед извержением. Это соответствовало постепенной активизации и увеличению давления в глубоком магматическом очаге, который находится приблизительно на глубине 30 км, то есть на границе земной коры и мантии. Максимум сейсмической активности на глубине был достигнут за пять месяцев до извержения. Максимальное количество низкочастотных землетрясений в приповерхностных магматических очагах было зарегистрировано на несколько месяцев позже. Мы интерпретировали эту задержку как время, необходимое для того, чтобы магматическое давление распространилось с глубины 30 км до поверхности. Достаточно медленное распространение давления можно объяснить тем, что в нижней части питающей системы магма не мигрирует через открытый канал (как часто рисуют в учебниках и энциклопедиях), а просачивается через пористую среду.

Сейсмические наблюдения, полученные на Ключевской группе вулканов, содержат огромное количество информации, которую еще только предстоит проанализировать и осмыслить. Для ее полноценного использования необходимо разрабатывать принципиально новые методы анализа геофизических данных с применением современных компьютерных технологий, включая машинное обучение. Внедрение таких автоматизированных методов становится все более насущным для обработки больших потоков данных при геофизическом мониторинге вулканов и землетрясений. Прогресс современных методов позволит предупреждать активизацию вулканической деятельности. А предупреждение извержений - одна из важнейших задач современной вулканологии.

Грозное природное явление — извержение вулкана — вселяет страх и уважение к подземной мощи недр нашей планеты. Однако есть люди, которые готовы лезть в самое жерло огненной горы, изучать ее ядовитые испарения, пепел и брать пробы оранжевой лавы, бурлящих расплавленных камней. Это вулканологи, особая каста геологов. Представители этой професии не только овеяны духом романтики дальних экспедиций, но и знамениты своими прогнозами масштабных вулканических катастроф.

Само слово "вулкан" пришло из древнеримской мифологии: так звали бога огня и покровителя кузнечного ремесла. Греки звали его Гефестом. Да, именно он по легенде подарил людям огонь, за что и досталось ему от старших богов. Когда же огонь "дарят" современные вулканы, то с их склонов течет раскаленная лава, в небо вырываются столбы черного дыма и облака пепла, а из жерла вылетают вулканические бомбы — огромные куски породы. Но пугающие явления, которые заставляют местных жителей бежать и искать спасения, вулканологов только манят.

Посудите сами: для изучения строения нашей планеты в этом месте не надо бурить скважины — Земля сама показывает свое огненное нутро. Облаченный в огнеупорный серебристый костюм, подобно пожарному в очаге катастрофы, вулканолог осторожно приближается со специальным ковшом к потоку лавы, а то и заглядывает в кратер, опуская туда зонд для взятия проб расплавленных камней.

Что дают ученым такие пробы? Люди довольно давно заметили, что на месте контакта горячей лавы с холодными горными породами поверхности образуются скопления руды полезных ископаемых — месторождения железа, меди, цинка и других металлов. Изучение же состава лавы позволяет представить условия на нашей планете во время ее формирования, миллиарды лет назад! Вулканологи также исследуют потухшие и разрушенные древние вулканы — накопление таких знаний очень важно для геологии. Оно помогает собрать воедино картину извержений прошлых и нынешних лет и предсказывать будущие катаклизмы.

Началом всестороннего научного изучения "огненных гор" считается открытие в 1842 году специального учреждения — вулканологической обсерватории, которую построили в Италии на склоне печально известного вулкана Везувий.

Именно Везувий, единственный действующий вулкан континентальной Европы, считается одним из наиболее опасных. Документально подтверждены более чем 80 его извержений, наиболее известное из которых произошло 24 августа 79 года, когда были уничтожены три древнеримских города: Помпеи (полностью засыпаны вулканическим пеплом), Геркуланум (разрушен селевым потоком) и Стабия (залита лавой). Последнее извержение вулкана Везувий произошло в 1944 году: один из лавовых потоков разрушил города Масса и Сан-Себастьяно, погибло 57 человек.

Ныне обстановка в окрестностях этой горы постоянно отслеживается. В начале XX века интерес к вулканам разгорелся во всем мире: в 1911 году на Гавайских островах была создана обсерватория на вулкане Килауэа, а затем появились обсерватории в Индонезии и в Японии. Вскоре наблюдением было охвачено все тихоокеанское "огненное кольцо".

В нашей стране особенно много вулканов на Камчатке. Ключевской, Безымянный, Шевелуч — они известны всем. Время от времени эти вулканы извергаются одновременно, а пепел в их окрестностях выпадает чаще, чем снег. Всего же на Камчатке около 150 вулканов, треть из них — действующие, причем в окрестностях многих из них живут люди.

Рекордсмен по количеству огнедышащих соседей — поселок Ключи, неподалеку от него находится сразу пять действующих вулканов, не считая потухших. Здесь и была построена первая на полуострове вулканическая станция. Ныне же в Петропавловске-Камчатском работает целый Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН.

Романтика дальних экспедиций и опасность извержений сыграли с профессией вулканолог злую шутку. В начале XX века, как только вулканология вошла в моду, в мире появилось великое множество самодеятельных "ученых". Едва где-нибудь начиналось извержение, как тут же местный преподаватель геологии (а то и просто оказавшиеся поблизости туристы) объявляли себя "вулканологами". Конечно, в большинстве своем такие "эксперты" оказывались безвредны — однако известен и трагический случай, произошедший из-за подобных самозванцев от науки.

В начале мая 1902 года несколько таких "вулканологов" объявили, что крупнейшему городу острова Мартиника Сен-Пьеру не грозит никакой опасности, и этим помешали резонно напуганному населению эвакуироваться. Угроза же была более чем реальна, и 8 мая того же года самозванные "специалисты" сгорели заживо в облаке раскаленного пепла вулкана Мон-Пеле, вместе с 30 тысячами жителей несчастного города.

Помимо достоверного предсказания извержений и общего изучения расплавленных земных недр, есть у профессии вулканолога и сугубо практические стороны. Эти ученые участвуют в разработке методов использования пара и тепла горячих источников на склонах огненных гор — для нужд, как говорится, "промышленности и быта". И, конечно же, когда идет извержение, вулканологи следят за направлением пеплового шлейфа и по их прогнозам авиадиспетчеры корректируют маршруты самолетов. Так было минувшей весной и летом, когда воздушное сообщение над Европой блокировал исландский вулкан с непроизносимым названием Эйяфьятлайокудль.

Вулканологи отмечают, что эта гора просыпалась незаметно в течение десяти лет. В активную фазу Эйяфьятлайокудль вошел год назад и взорвался 14 апреля. "Вулканы в Исландии просыпаются с периодичностью приблизительно 50-80 лет, — объясняет Торволдер Тордарсон, эксперт по исландским вулканам в британском университете Эдинбурга. — И повышение сейсмоактивности за последние десять лет указывает на то, что мы, скорее всего, вступили в активную фазу извержений. Поэтому во второй половине XX века и было так непривычно тихо". Словом, ученые-вулканологи предрекают Европе новые испытания, которые будут продолжаться 60 лет или больше, а пик придется на промежуток между 2030 и 2040 годами.

Сведения, добываемые отважными исследователями, указываются и в Книге рекордов Гиннесса. Так, например, самые высокие действующие вулканы находятся в Южной Америке на территории Эквадора — это Котопахи и Сангай высотой соответственно 5896 метров и 5410 метров над уровнем моря. Самый же высокий потухший вулкан — это Охос-дель-Саладо в Андийских Кордильерах на границе Аргентины и Чили, который вознесся на 6880 метров над уровнем моря.

Агафонова Алена, Терехович Анна

Доклад к городской коференции "Профессия географ"

Выполнили ученицы 9а класса

Прилагается презентация

Цель работы: Познакомиться и изучить профессию вулканолог, ее особенности и специфику.

Задачи:

1. Изучить, собрать и систематизировать материал по теме

2. Подготовить презентацию профессии.

Скачать:

Предварительный просмотр:

АОУ школа № 6 г. Долгопрудного

РЕФЕРАТ

“Профессия вулканолог”

Выполнили: Агафонова Алена,
Терехович Анна, 9а класс

Руководитель: Исакова Е.В.

Долгопрудный 2012

О главление

Введение

Цель работы: Познакомиться и изучить профессию вулканолог, ее особенности и специфику.

Задачи:

1. Изучить, собрать и систематизировать материал по теме.

2. Подготовить презентацию профессии.

Изучением вулканов занимаются вулканологи. Первые научные наблюдения за извержением вулкана были сделаны римлянами Плинием Старшим и его племянником Плинием Младшим 24 августа 79 г. В день катастрофического извержения Везувия Плиний Старший - начальник римского флота и ученый, автор 37 книг “Естественной истории” - попытался вывезти на судах обитателей вилл с побережья Неаполитанского залива. На побережье уже густо падали пепел и камешки пемзы. После высадки Плиний Старший погиб, задохнувшись в облаке вулканических газов. Позднее Плиний Младший точно описал извержение в двух своих письмах . В его честь подобные извержения, при которых мощная струя вулканических газов, пепла, пемз, шлаков и бомб бьет на высоту до 10 км и более, называются плинианскими.

Первая вулканологическая обсерватория появилась на вулкане Везувий в 1841 г. (Италия). В начале XX века вулканологические обсерватории были созданы в США, Японии, Индонезии и других странах. Сети вулканологических обсерваторий быстро объединились в национальные вулканологические службы.

Развитие отечественной вулканологии связано с освоением восточных окраин России. Мы помним и чтим знаменитого исследователя Камчатки С.П. Крашенинникова, описавшего в 1755 г. “огнедышащие горы Камчатки и происходящие от них опасности” .

В круг задач вулканологии, как известно, входит изучение вулканической и магматической деятельности на Земле, других планетах.

В России в 1935 г. была открыта вулканологическая станция в пос. Ключи, которая в 1943 г. трансформировалась в Лабораторию вулканологии АН СССР в г. Москве, а в 1962 г. превратилась в Институт вулканологии СО АН СССР в Петропавловске-Камчатском. Сейчас это Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН в Петропавловске-Камчатском.

В распоряжении института находится специальный корабль «Вулканолог».

Судно предназначено для изучения подводного вулканизма, для изучения минеральных ресурсов дна океана, его геологического строения.

Внешне корабль выглядит довольно необычно: закрытый бак, удлиненная надстройка, значительный развал корпуса к носовой части с наклоненным вперед форштевнем, борта, скошенные к килю. Водоизмещение судна -1120 т, экипаж - 40 человек. На его борту оборудованы геологическая, гидроакустическая, газогидрохимическая, геофизическая и шумопеленгаторная лаборатории, вычислительный центр.

Вулканы часто исследуются с борта самолета. При изучении беспокойного итальянского вулкана Этна для отбора проб газов использовались беспилотные мини-самолеты типа САМ, по форме напоминающие «летающие тарелки».

Кто такие вулканологи?

Вулканологи - это особая каста геологов, эти люди,как правило настоящие фанаты своего дела. Они готовы лезть в самое жерло огненной горы, изучать ее ядовитые испарения и пепел, брать пробы лавы.Изучать вулканы довольно сложно,наблюдение за ними порой ведется круглосуточно.Так же вулканологи исследуют потухшие и разрушенные древние вулканы, так как эти знания очень важны для геологии, так как помогают собрать воедино картину извержений прошлых лет и даже предсказывать будующие катаклизмы. Так же вулканологи учавствуют в разработке различных методов использования тепла и пара горячих источников для нужд сельского хозяйства, что имеет большще практическое значение.Во время извержения они следят за за направлением пепла, сообщают данные направления пепла в метеослужбу, авиадиспетчерам. Изучение действующих вулканов связано с большим риском. Ведь работать приходится в окружении раскаленной лавы, удушливых газов и горячей пыли, ежесекундно подвергаясь опасности вулканического взрыва. Чтобы частично уменьшить опасность, вулканологи пользуются специальными защитным снаряжением.Они носят теплоизолирующую одежду и обувь, которую покрывают слоем алюминия или другого металла, отражающего теплоту.На голову одевают специальные защитные каски. Для защиты от газов используют противогазы и газовые маски. Вулканический жар обжигает руки, кислота из вулканических пород разъедает одежду.

Почти во всех книгах по вулканологии описывается знаменитый «дрейф» двух вулканологов, В.П. Попкова и И.З Иванова, котораые на лавовом потоке, вытекавшем из вулкана Ключевская Сопка. Эти ученые проплыли на лавовой корке более двух километров, передвигаясь вместе с потоком лавы, постоянно делая замер температуры и отбор проб газа. Первоначально они хотели пройти вдоль « берега 2 лавового потока, но рельеф местности не позволил этого. Поэтому они отважились на такой эксперимент. « во время работы мы подстилали под ноги листовой астбест, и все-таки нам приходилось часто стоять подобно аистам на одной ноге»-так писал в своем отчете В.Ф Попков,один из участников этого опасного эксперимента.

Профессионально важными качествами людей этой профессии являются: физическая выносливость, пространственное воображение, наблюдательность, внимание, логическое мышление, эмоционально-волевая устойчивость, хороший слух.

Должен знать:

Геологические знания о горных породах,магмах и эндогенных процессах,возникших в условиях высоких температур и широком диапозоне давлений, а также о процессах их образования и преобразования.

Первая женщина-вулканолог

9 августа 1936 г. - знаменательная дата российской вулканологии. В этот день на курящуюся вершину самого крупного действующего вулкана Евразии - Ключевского - впервые в мире взошла женщина, это была вулканолог Софья Ивановна Набоко. Отряду из трех человек удалось подняться к северо-западной кромке кратера. Были отобраны уникальные пробы фумарольных газов, образцы лавы, возгонов, проведены измерения температуры фумарол, атмосферного давления. Измерили высоту вулкана по анероиду - 4860 м. Температура воздуха была минус 14 градусов по Цельсию. Намеченная программа работ была выполнена. Были все основания для радости. Но на обратном пути чуть было не случилась трагедия: топограф А. И. Дьяконов, в эйфории от покорения вулкана, стал петь, размахивать руками, не удержался на ледяном склоне, упал, покатился и сорвался в глубокую трещину. Хорошо еще, что он зацепился за стенки трещины привязанным к рюкзаку штативом и повис, иначе бы разбился. Вылезти сам он не мог. Нельзя была даже шевелиться, т.к. была опасность срыва зацепа. Софья Ивановна вспоминала, что когда они с А. А. Меняйловым осторожно подползли к трещине, то услышали снизу слабые крики о помощи. Нужно было спускаться к пострадавшему, привязывать его к веревке и вытаскивать наверх. А сил было мало. К тому же Софья Ивановна была на третьем месяце беременности (кстати, этот ребенок сам станет впоследствии известным вулканологом Игорем Александровичем Меняйловым). Пришлось А. А. Меняйлову спуститься вниз по веревке, которую страховала С. И. Набоко. Представьте себе состояние молодой женщины, оставшейся в одиночестве над трещиной на крутом склоне вулкана! Всю ночь, с невероятными трудностями, два мужественных человека спасали своего товарища, отогревали его. К счастью, все завершилось благополучно. В лагерь у основания вулкана отряд вернулся в полном составе и со всеми отобранными образцами. Кто знает, чем бы могло окончиться то восхождение, не будь в составе отряда такой самоотверженной и отважной женщины. Ведь действующий вулкан - это стихия. Тем более такой гигант, как Ключевской. Много восходителей - и дилетантов, и опытных альпинистов пострадали на этом вулкане. Софья Ивановна, по собственному ее признанию, выдержала с честью это своеобразное крещение вулканом, прошла испытание на верность избранной профессии.

Где и как получить профессию вулканолога?

Вулканология — одна из самых редких специальностей. Стать вулканологом в России непросто, так как нет ни одного учебного заведения, в котором готовили бы специалистов этого направления. В Московском университете вулканологическая тематика есть на кафедре петрологии геологического факультета, на кафедре геоморфологии и палеогеографии географического факультета и на отделении механики механико-математического факультета. Школьники могут начать получать знания, необходимые вулканологам, в геологической школе МГУ (http://geoschool.web.ru ), в которой проводятся бесплатные занятия два раза в неделю, и в открытом лектории геологического факультета МГУ, который начал свою работу с октября 2011 г.

Вывод

Что привлекает людей в необычной профессии вулканолога?

В прежние времена вулканологами обычно становились натуралисты, очарованные грандиозными видами бурных вулканических извержений. Но времена описательной вулканологии давно прошли. Современная наука все более вооружается мерой и числом. Получает информацию из множества источников, от людей самых различных профессий: физиков, химиков. математиков, геологов, математиков и других. Именно эта многогранность, свойственная вулканологии как естественной науке, побуждает многих ученых посвятить свою деятельность изучению вулканов, выбрать эту профессию.

Литература

К.Г.Стафеев. Жизнь вулкана. М.:Просвещение,1998.

Э.Г.Малхасян.,К.Н. Рудич. Изменчивый лик Земли. М.: Недра,2003.

Введение
Вашему вниманию я бы хотел представить работу на тему «Вулканы». Я выбрал эту тему потому, что, однажды, прочитал книгу Жюль Верна « Путешествие к центру Земли». Я понял, что это очень интересное и необычное явление природы. И мне захотелось узнать как можно больше о вулканах.

Актуальность исследования определяется необходимостью прогноза и оценки опасности вулканических извержений.

Объект исследования: вулканы

Предмет: модель вулкана

Цель исследования: смоделировать действующую модель вулкана в домашних условиях

Задачи:
-изучить дополнительную литературу и отобрать интересные сведения, о том - что же это такое - вулкан;
- выяснить, как устроен вулкан;
- узнать, какие бывают вулканы;
- создать действующую модель вулкана в домашних условиях;
- провести эксперимент

Гипотеза: возможно ли создать в домашних условиях действующую модель вулкана.

Методы исследования: изучение и анализ научно - популярной литературы

Вулканы
Слово «вулкан» происходит от имени древнеримского бога огня Вулкана. Наука изучающая вулканы, - вулканология.
Вулканы - геологические образования на поверхности земной коры или коры другой планеты, где магма (масса расплавленной каменной породы, находящаяся под землёй на очень большой глубине) выходит на поверхность, образуя лаву, вулканические газы, камни (вулканические бомбы) и пирокластический поток (смесь высокотемпературных вулканических газов, пепла и камней). Скорость потока достигает иногда 700км/ч, а температура газа - 100о - 800 о С.
Вулканы бывают действующие и спящие.Действующий вулкан часто извергает лаву, пепел и пыль. Когда вулкан не извергается в течение многих лет, его называют спящим. Однако спящие вулканы могут начать извергаться даже после долгого периода бездействия. Когда извержения окончательно прекращаются, такой вулкан называют потухшим. Некоторые вулканы отличаются яростными и красочными извержениями: высоко в воздух выбрасывается огненная лава и раскаленные облака газов. Из других вулканов лава вытекает медленно и неспешно, словно кипящий сироп и горячая смола.

Строение вулкана.
Кратер - углубление в виде чаши или воронки, образовавшейся на вершине или склоне вулкана в результате его активной деятельности. Диаметр кратера может быть от десятков метров до нескольких километров, глубина - от десятков до нескольких сотен метров.
Жерло - канал по которому движется лава.
Магма - вязкая жидкость, состоящая из смеси различных расплавленных минералов и некоторых минеральных кристаллов, образующаяся в глубинах Земли. Она напоминает тающий снег или замёрзшую слякоть с кристаллами льда. Есть в магме также вода и растворённые газы.
Лава - излившаяся на поверхность магма. Температура 750 - 1250 оС.
Скорость течения 300-500 метров в час.
В зависимости от своего химического состава лава может быть жидкой или густой и вязкой.Когда магма поднимается сквозь земную кору и выходит на поверхность, это называется -Извержением.
Классификация вулканов по форме
Встречаются разные формы вулканов, некоторые из них гораздо опаснее других
Щитовидные вулканы (рис.1) образуются в результате многократных выбросов жидкой лавы. Эта форма характерна для вулканов, извергающих базальтовую лаву низкой вязкости: она вытекает как из центрального кратера, так и из склонов вулкана. Лава равномерно растекается на многие километры. Как, например, на вулкане Мауна-Лоа на Гавайских островах, где она стекает прямо в океан.
Шлаковые конусы (рис.2) выбрасывают из своего жерла только такие неплотные вещества, как камни и пепел: самые крупные обломки скапливаются слоями вокруг кратера. Из-за этого вулкан с каждым извержением становится всё выше. Лёгкие частицы отлетают на более дальнее расстояние, что делает склоны пологими.
Стратовулканы,(рис.3) или «слоистые вулканы», периодически извергают лаву и пирокластическое вещество — смесь горячего газа, пепла и раскалённых камней. Поэтому отложения на их конусе чередуются. На склонах стратовулканов образуются ребристые коридоры из застывшей лавы, которые служат вулкану опорой.
Купольные (рис.4) вулканы образуются, когда гранитная, вязкая магма вздымается над краями кратера вулкана и лишь небольшое количество просачивается наружу, стекая по склонам. Магма закупоривает жерло вулкана, подобно пробке, которую накопившиеся под куполом газы буквально вышибают из жерла. Вулканы-кальдеры. (рис.5) они взрываются так яростно, что разрушают сами себя. Их извержения сопровождаются очень сильными пирокластическими взрывами. Эти вулканы погубили наибольшее число людей, а последствия их взрывов сделали безлюдными прилегающие к ним районы.

Процесс извержения.
Наша планета Земля напоминает яйцо: сверху тонкая твердая скорлупа - земная кора, под ней находится вязкий слой горячей мантии, а в центре — твердое ядро. Земную кору называют литосферой, что в переводе с греческого означает «каменная оболочка». Толщина литосферы в среднем около 1% радиуса земного шара. На суше она составляет 70-80 километров, а в глубине океанов может быть всего 20 километров. Температура мантии — тысячи градусов. Ближе к ядру температура мантии больше, ближе к коре — меньше. Из-за разницы температур происходит перемешивание вещества мантии: горячие массы поднимаются вверх, а холодные — опускаются (так же, как закипающая вода в кастрюле или чайнике, но только происходит это в тысячи раз медленнее). Мантия, хоть и разогрета до огромных температур, но из-за колоссального давления в центре Земли она не жидкая, а вязкая, как очень густая смола. Литосфера как бы плавает в вязкой мантии, немного погрузившись в нее под тяжестью своего веса.
Достигая подошвы литосферы, остывающая масса мантии какое-то время движется горизонтально вдоль твердой каменной «скорлупы», но затем, остыв, она снова опускается в направлении центра Земли. Пока мантия движется вдоль литосферы, вместе с ней поневоле движутся и куски земной коры (литосферные плиты), при этом отдельные части каменной мозаики сталкиваются и наползают друг на друга.
Часть плиты, которая оказалась снизу (на которую наползла другая плита), постепенно погружается в мантию и начинает плавиться. Так образуется магма — густая масса расплавленных пород с газами и парами воды. Магма легче, чем окружающие породы, поэтому она медленно поднимается к поверхности и накапливается в так называемых магматических очагах. Они располагаются чаще всего вдоль линии столкновения плит.
Поведение раскаленной магмы в магматическом очаге и правда напоминает дрожжевое тесто: магма увеличивается в объеме, занимает всё свободное пространство и поднимается из глубин Земли по трещинам, норовя вырваться на волю. Как тесто приподнимает крышку кастрюли и вытекает через край, так и магма прорывает земную кору в самых слабых местах и вырывается на поверхность. Это и есть извержение вулкана.
Извержение вулкана происходит из-за дегазации магмы, то есть выхода газов из нее. Процесс дегазации известен каждому: если осторожно открыть бутылку с газированным напитком (лимонадом, кока-колой, квасом или шампанским), раздается хлопок, и из бутылки появляется дымок, а иногда и пена — это из напитка выходит газ (то есть происходит его дегазация).
Продукты извержения вулканов. Извержение вызывает магма, прорывающаяся через земную кору. Большинство извержений случается, когда вулканический канал или кратер вулкана блокированы. Из-за поступающей снизу магмы давление нарастает. Когда блокирующая канал пробка прорывается и давление находит выход, газ в пузырьках магмы вскипает, словно шипучий напиток.
Именно это приводит к взрыву вулкана. При извержении вулкан разбрасывает не только жидкую лаву, но и большие куски застывшей лавы - их называют бомбами,- которые с грохотом обрушиваются на землю на расстоянии до двух миль от кратера. Пепел и вулканические газы образуют столбообразные вулканические облака, поднимающиеся иногда на большую высоту.
Основными продуктами извержения являются лава, пепел, и др. вещества, которые выходят на поверхность земли после деятельности вулкана. Вулканы могут испускать значительное количество ядовитых газов. Вулканические газы, выделяемые вулканами, поднимаются в атмосферу, но отчасти они могут возвратиться на поверхность земли в виде кислотных дождиков. Довольно серьезные последствия кислотных дождей для организма и здоровья можно наблюдать при отравлении марганцем, который также может находиться в дождевой воде в громадных количествах..
Где распространены вулканы?
Тихоокеанское побережье Центральной Америки — одно из самых активных мест вулканической деятельности в мире. И на самом деле, в этом месте расположено более двух третей действующих вулканов, а также множество таких, что прекратили свою деятельность сравнительно недавно.
Причина вот в чем: в этих местах земная кора очень слаба, по сравнению с другими районами земного шара. Там, где есть слабый участок земной коры, появляется вулкан.
Основные районы вулканической активности (рис5.)

Моделирование действующей модели вулкана в домашних условиях
Модель вулкана своими руками
Но не терпится все потрогать своими руками и увидеть все наяву - эти брызги огня, сверкающую ползучую лаву, вырывающиеся клубы дыма и брызги фонтана из камней. Это огненное зрелище поможет нам сделать набор «Сделай сам Вулкан». Следуя строго по инструкции, с помощью ножниц, газетной бумаги, клеевой пасты, вооружившись азами геометрии, кропотливо шаг за шагом мастерим макет нашего вулкана. Макет сделан, осталось смоделировать извержение вулкана
Проведение эксперимента. Извержение вулкана.
Прочитав одну из статей в интернете, я узнал, что можно смоделировать извержение вулкана и в домашних условиях.
Мне потребовались следующие материалы для опыта:
- пищевая сода (2 столовые ложки)
- лимонная кислота(70 м.л.)
- стеклянная или железная банка(150 м.л.)
- пластилин разных цветов
- средство для мытья посуды
Ход эксперимента:
1) Берем сделанную модель вулкана
2) Насыпаем в «кратер» 2 ст.л. соды
3) Наливаем 2 ст.л. жидкости для мытья посуды
4) Вливаем 50-70 мл лимонной кислоты
5) Наблюдаю «извержение вулкана»
Поэкспериментируй:
-добавь больше жидкости для мытья посуды;
-добавь больше уксуса;
-добавь мелкие кусочки пенопласта.
Из проведенного эксперимента можно сделать следующий вывод. При соединении соды и лимонной кислоты происходит химическая реакция с выделением углекислого газа, который пузырится, заставляя массу переливаться через края «кратера», а средство для мытья посуды заставляет «лаву» пузыриться сильнее. Данная химическая реакция имеет не только внешний эффект, но и практический: она очень востребована в кулинарии. Хозяйки «гасят» соду уксусом и добавляют в тесто, выделяемый углекислый газ делает тесто пышным, образуя в нем пузырьки и воздушные дорожки.
Вот так, в игровой форме, я показал и объяснил природу возникновения вулканов на Земле.

Заключение
Подробно изучив и проанализировав научно - популярную литературу, узнал много нового и интересного про вулканы. На самом деле вулкан извергается, потому что в вулканической камере скопилась магма и под воздействием газа, входящего в ее состав, она поднимается наверх. В жерле вулкана количество газа становится больше. Магма превращается в лаву, достигает кратера и происходит извержение. Также, что вулканы имеют большое значение в природе. Они несут с собой как разрушительную, так и созидательную силу. Мы можем только наблюдать и объяснять происходящее. Останавливать, изменять, даже предупреждать эти грозные явления природы человек не может.
При помощи химической реакции я показал и объяснил природу возникновения вулканов на Земле. Тем самым удовлетворил свой познавательный интерес, а также заинтересовал своих одноклассников этим экспериментом.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

лицей №4

Почему извергаются вулканы?

Исследовательский проект

Кривошеев Тимур Владимирович

ученик 3 б класса

Руководитель:

Кривошеева Наталья Евгеньевна

учитель начальных классов

г.Данков

2015 г.

Оглавление

1.Введение………………………………………………………………….……...2

Цели и задачи исследовательской работы…………………………………….…2

2.Основная часть.

2.1 Анкетирование одноклассников ………………………………….….….. 3

2.2 Опыт №1. Движение магмы из недр земли ………………………………5

2.3. Опыт № 2. Как происходит извержение вулкана……………………..…6

2.4 Опыт № 3. Свойства камней вулканического происхождения ………...7

2.5 Последствия, которые несут извержения вулканов…………………….8

3. Выводы………………………………………………………………….…...… 8

4.Заключение……………………………………………………………………...8

5. Библиографический список……………….……………………………...........9

В позапрошлом году в новостях я услышал про извержение вулкана у нас в России. На Камчатке начал извергаться вулкан Ключевская сопка. Меня заинтересовало, как и почему проснулся этот вулкан. Эти вопросы и помогли определиться мне с темой исследовательской работы. Я решил узнать, почему извергаются вулканы.

Цель работы – обобщить и классифицировать информацию о вулканах. Выяснить причины, из – за которых происходит извержение вулканов.

Задачи:

Выяснить что такое вулкан?

Изучить строение вулкана.

Узнать какие бывают вулканы?

Провести опыт и узнать, как и почему происходит извержение вулкана.

Узнать какие последствия несут извержения вулканов.

Создать действующую модель вулкана в домашних условиях.

Узнать опытным путём о свойствах камней вулканического происхождения.

Методы исследования:

Беседы со взрослыми.

Анкетирование одноклассников.

Изучение и анализ различных источников информации.

Проведение опытов, экспериментов.

Наблюдения.

Гипотеза:

вулканы извергаются потому, что жидкой магмы под земной корой становится очень много, и поэтому она выходит наружу.

Анкетирование одноклассников

Поиск причин, объясняющих, почему извергаются вулканы, я начал с проведения анкетирования среди одноклассников.

На вопрос «Почему извергаются вулканы?» больше всего голосов ребята отдали ответу «от землетрясения». Также они считают, что особое влияние на извержение вулканов оказывает солнце и географическое положение.

Что такое вулкан

Из интернета я узнал, что слово «Вулкан» происходит от названия острова Вулкано около берегов Италии, где по легенде находилась одна из кузниц древнеримского бога огня Вулкана (Гефеста).

В энциклопедии я прочитал, что вулкан – это геологическое образование, возникающее над каналами и трещинами в земной коре, по которым на земную поверхность извергаются лава, вулканические газы и камни.

Виды вулканов:

Действующие – это вулканы, которые извергаются регулярно.

Потухшие – это вулканы, действие которых прекратилось и они больше не извергаются.

Уснувшие – это вулканы, которые считались потухшими, но вдруг начали действовать.

Вулкан состоит из: МАГМЫ ИЛИ ЛАВЫ – расплавленных горных пород, насыщенных газами. ЖЕРЛА – канала, по которому магма поднимается к кратеру. КРАТЕРА- углубления в виде чаши на вершине вулкана.

Чтобы узнать, откуда берется магма, сначала я изучил строение нашей планеты. Я узнал, что Земля напоминает яйцо: сверху тонкая твердая скорлупа - земная кора, под ней находится вязкий слой горячей мантии, а в центре - твердое ядро.

Внутри Земли из - за разности температур происходит постоянное движение мантии. Вместе с ней движутся и куски земной коры (тектонические плиты). При столкновении плит одна плита уходит вниз и начинает плавиться – превращается в магму. Магма поднимается к поверхности и накапливается в магматических очагах.

Опыт №1. Движение магмы из недр земли

Я решил опытным путём посмотреть, что происходит с магмой при столкновении тектонических плит. Для этого я провел мой первый опыт «Движение магмы из недр Земли». Для этого погрузил плитки твердого шоколада, которые заменили тектонические плиты, в йогурт-«магму». При помощи палочек я начал двигать мои «тектонические плиты». «Плиты» начали сталкиваться друг с другом, некоторые плиты ушли под другие, и в этом месте «магму» вытолкнуло на поверхность «плит».

Вывод:

Опыт помог понять, как под воздействием движения тектонических плит магма перемещается к поверхности земли.

Магма поднимается к поверхности и накапливается в магматических очагах. Там она находится под давлением, так же как и газированные напитки в закрытой бутылке.

Газы, входящие в состав магмы, стремятся выйти наружу и поднимают магму по жерлу вулкана. Эти газы - горючие, поэтому они воспламеняются и взрываются в жерле вулкана. Через кратер вулкана наружу вырываются газы, пепел, раскаленные камни и магма.

Опыт №2. Как происходит извержение вулкана

Мой второй опыт помог мне выяснить, почему магма начинает извергаться из вулкана. Я сделал из бумаги конус и придал ему окраску вулкана. Внутрь конуса поместил стаканчик. Наполнил стаканчик «лавой» – смесью пищевой соды, жидкого мыла и красной краски. Залил вулкан уксусом и получил извержение.

Вывод:

Газ, образовавшийся при воздействии уксуса на соду, поднимает «лаву» вверх и происходит «извержение».

Опыт №3. Свойства камней вулканического происхождения

Я долгое время был увлечён сбором коллекции камней «Минералы. Сокровища земли». Из неё я узнал, что камни вулканического происхождения сформировались как результат извержения вулканов и остывания вулканической магмы. Они отличаются долговечностью, высокой плотностью и хорошей твёрдостью. Но есть один камень, который образуется, когда из магмы выделяет много газов, она вспенивается и остывает. Это пемза.

Этот камень имеет пористую структуру. Поры заполнены воздухом. Поэтому пемза не тонет. Я решил это проверить опытным путём. Взял из коллекции камни вулканического происхождения: гранит, обсидиан, гнейс, галенит, базальт, андезит и пемзу. Погрузил их в воду. Все камни утонули, а пемза осталась на поверхности воды.

Вывод:

Пемза - горная порода вулканического происхождения не тонет в воде.

Последствия, которые несут извержения вулканов

Извержения вулканов оказывают сильное негативное влияние, приносят колоссальные разрушения и смерть.

Но эти огнедышащие горы также дарят человеку горячую воду, энергию, различные горные породы, металлы и даже драгоценные камни. Вулканический пепел повышает плодородность почв, Так что, вулканы приносят не только разрушения, но и пользу.

Выводы

1.Работая над этим проектом, я окунулся в мир увлекательных опытов, познакомился со строением вулкана и процессом его извержения, узнал, что вулканы приносят не только вред, но и пользу.

2. Моя гипотеза о том, что извержение вулкана происходит потому, что магмы становится слишком много, подтвердилась частично. В результате проведенных исследований и опытов я сделал вывод, что извержение вулкана происходит потому, что магму на поверхность Земли поднимают газы, содержащиеся в ней.

Заключение

Я нашел ответ на свой вопрос «Почему извергаются вулканы». Мне хотелось бы ещё подробней изучить вулканы – гиганты и узнать, возможно ли предсказать и устранить последствия извержений этих гигантов.

Также я хочу представить свою работу одноклассникам и надеюсь заинтересовать их своими исследованиями.

3.«Вулканы» Кристина Годен, Детская энциклопедия Махаон

4. Энциклопедия. «Минералы. Сокровища земли.»

5. Большая российская энциклопедия / Гл. ред. Ю. С. Осипов. - М. : Науч. изд-во "БРЭ", 2004.