Науково-дослідний проект «Вулкани. Дослідження глибинних процесів під товбачиком дозволить точніше передбачати виверження вулканів

Микола Шапіро, доктор геолого-мінералогічних наук, провідний науковий співробітник Інституту фізики Землі (Париж) та Інституту вулканології та сейсмології ДВО РАН, професор РАН
Євген Гордєєв, доктор фізико-математичних наук, директор Інституту вулканології та сейсмології ДВО РАН, академік РАН
Данило Чебров, кандидат фізико-математичних наук, директор Камчатської філії Єдиної геофізичної служби РАН
«Комерсант Наука» №5, липень 2017

Унікальні спостереження глибинних землетрусів, отримані російськими вченими на Камчатці, дозволяють простежити магматичні процеси в нижніх шарах земної кори. Комп'ютерна обробка сейсмічних записів, що передували виверження вулкана Толбачик, прояснює закономірності вулканічної активності і дозволить вірогідніше передбачати виверження.

Основна практична мета вулканології – розробка методів моніторингу вулканічної активності, щоб своєчасно та достовірно передбачати виверження. На Землі понад 1500 вулканів, які хоча б одного разу вивергалися за останні 10 тис. років, з них близько 600 – в історичну епоху. Щороку спостерігається від 50 до 70 вивержень.

Більшість діючих вулканів розташована в так званих зонах субдукції Тихоокеанського вогняного кільця, де відбувається занурення в мантію океанічної літосфери. На глибинах між 100 і 200 км при взаємодії океанської літосфери, що занурюється, і мантії утворюються магматичні розплави, які потім піднімаються до поверхні Землі і призводять до вулканізму.

Повільні та швидкі вулканічні процеси

Основною силою, що рушить магму до поверхні, є різниця в щільності між відносно «холодними» і важкими породами мантії та земної кори і розігрітими, флюїд-містять і відносно легкими магматическими розплавами. Причому більшу частину шляху до поверхні магматичні розплави піднімаються не безпосередньо, а просочуються через пористе середовище. Тому швидкість їх підйому залежить від пористих властивостей мантії та кори та від в'язкості самої магми. Хімічний склад і фізичні властивості (щільність, в'язкість) магматичних розплавів у міру підняття можуть істотно змінюватися за рахунок взаємодії з навколишніми породами та за рахунок змін тиску і температури. Щільність і пористість навколишніх порід також змінюються із глибиною.

Велика частина вулканів, що діють, розташована в так званих зонах субдукції Тихоокеанського вогняного кільця, де відбувається занурення в мантію океанічної літосфери.

Через війну процес підняття магми до поверхні неоднорідний. Загалом це відбувається дуже повільно. Окремі вулканічні системи можуть розвиватися протягом тисяч і мільйонів років. За цей час магма поступово накопичується в проміжних осередках, найближчі з яких знаходяться на глибині в кілька кілометрів. Але цей процес дуже нелінійний, і певні його етапи можуть протікати дуже швидко, призводячи до різких локальних прискорень руху магми та різких стрибків тиску. Такі прискорення можуть бути викликані різкими змінами фізико-хімічних властивостей (фазовими переходами), які, крім іншого, часто призводять до виділення газової фракції в магмі. Активізація таких процесів може починатися за кілька днів до кількох років перед виверженням.

Методи вивчення вулканів

Основна складність у вивченні вулканів у тому, що геологічні процеси, що призводять до вивержень, відбуваються на великих глибинах. Значну кількість інформації про походження та історію вулканів вчені отримують геологічними методами – за рахунок вивчення вивержених вулканічних порід, а також згаслих вулканічних систем, глибинні частини яких виходять на поверхню після вивітрювання породи.

Але щодо сучасного стану вулканів і виявленні підготовки вивержень основним джерелом інформації про глибинні процеси стають геофізичні спостереження. Провідний геофізичний метод – сейсмологічний моніторинг. Його основна ідея в тому, що багато глибинних процесів, що відбуваються в вулканічних системах, можуть генерувати сейсмічні хвилі. Для їх спостереження поблизу вулканів встановлюються сейсмографи – прилади, які реєструють коливання Землі.

Вулканічні землетруси

Сейсмічні прояви глибинної вулканічної активності, чи звані вулканічні землетруси, численні і різноманітні. Серед них можна виділити два основні типи.

Перший тип називається вулкано-тектонічними землетрусами, тому що за своїми властивостями та походженням вони аналогічні звичайним тектонічним землетрусам. Активізація вулканів пов'язана насамперед із зростанням тиску в магматичних осередках та прискоренням підйому магми до поверхні. Ці процеси збільшують механічну напругу в земній корі під вулканами з подальшою активізацією численних мікророзломів, які генерують вулкано-тектонічні землетруси.

Другий тип вулканічних землетрусів генерується безпосередньо в магма-підводних каналах. При прискореному русі магми або вулканічних газів цими каналами часто виникають різкі стрибки тиску, супроводжувані сейсмічними хвилями. Основною характеристикою таких джерел є те, що вони випромінюють хвилі відносно низьких частотах - в діапазоні від 1 до 5 герц. Типові частоти хвиль, характерних для вулкано-тектонічних землетрусів, становлять 10 герц і більше.

Переважна кількість вулканічних землетрусів дуже слабкі і не відчуваються на поверхні. Але вони добре реєструються чутливими сейсмографами

Переважна кількість вулканічних землетрусів дуже слабкі і не відчуваються на поверхні. Але вони добре реєструються чутливими сейсмографами. Поява вулканічних землетрусів, що реєструються, і прогресивне збільшення їх кількості є найбільш достовірною ознакою активізації вулканічних систем. Підрахунок землетрусів, що реєструються, - найпростіший метод сейсмічного моніторингу вулканів. А якщо на вулканах розміщені наглядові системи з багатьох приладів, у вулканологів з'являється можливість визначати місцезнаходження та магнітуду (це енергетична характеристика) вулканічних землетрусів, що, у свою чергу, дозволяє детальніше характеризувати глибинні вулканічні процеси.

У деяких випадках вдається простежити міграцію сейсмічної активності із глибини до поверхні. Такі спостереження особливо цінні, якщо отримані на основі низькочастотних землетрусів, оскільки вони пов'язані з поширенням магми в каналах живлення під вулканами. А цей рух магми грає визначальну роль у підготовці виверження. Використовуючи детальні спостереження саме низькочастотних землетрусів, краще зрозуміти процеси, що контролюють підживлення вулканів магмою з глибини.

Вулкани-лабораторії

Але високоякісні спостереження описаних процесів вдається одержати досить рідко. На більшості активних вулканів немає сучасних систем геофізичних спостережень, і навпаки, багато з вулканів, що добре спостерігаються, більшу частину часу перебувають у спокої. Тому для розробки геофізичних методів дослідження та моніторингу дуже важливі нечисленні вулкани - природні лабораторії, які часто й вивергаються, і вивчаються докладно. Добре відомими прикладами таких вулканів є Кілауеа на Гавайських островах, Пітон-де-ла-Фурнез на французькому острові Реюньйон, Етна та Стромболі в Італії. Ці вулкани вивергаються майже постійно (Кілауеа) або дуже часто, і їхнє виверження детально спостерігається вулканологічними обсерваторіями, які підтримують сучасні системи геофізичних спостережень.

Більшість наукових праць, спрямованих на розуміння вулканічних землетрусів і пов'язаних з ними глибинних процесів, ґрунтується на спостереженнях, отриманих саме в таких вулканах-лабораторіях.

Унікальні дані від російських вулканів

Росія - країна з великою кількістю вулканів, що діють. Майже всі вони знаходяться на Далекому Сході у Курило-Камчатській зоні субдукції. p align="justify"> Особливе місце серед російських і світових вулканічних систем займає Ключевська північна група, де недалеко один від одного знаходяться чотири дуже активних вулкана: Ключевської активний протягом декількох тисяч років; Шивелуч - з серпня 1980 року (з часу початку зростання лавового бані в кратері, що утворився при катастрофічному виверженні 12 листопада 1964); Безіменний – з 22 жовтня 1955 року (з моменту пробудження після тисячолітнього мовчання); на вулкані Толбачик великі тріщинні виверження сталися у 1975–1976 та у 2012–2013 роках. У зазначеному районі знаходяться також 12 слабо активних або згаслих вулканів і близько 400 дрібніших вулканічних утворень.

Систематичні спостереження у цьому районі розпочалися зі створенням у 1935 році Камчатської вулканологічної станції у селищі Ключі. Перший постійно діючий сейсмограф на цій станції було встановлено у 1946 році. Наразі на Ключевській групі вулканів проводять спостереження наукові підрозділи Інституту вулканології та сейсмології (ІВіС) ДВО РАН та Камчатської філії Федерального дослідницького центру «Єдина геофізична служба РАН» (КФ ФІЦ ЄДС РАН). Вони підтримують мережу із 18 постійних сейсмографів.

З середини 1990-х років було здійснено переведення сейсмічної інформації в цифровий формат і на цій основі створено архів безперервних сейсмічних записів за більш ніж 20 років, протягом яких відбулося багато десятків вивержень. Цей набір спостережень про сейсмічну активність вулканів немає аналогів у світі. Однією з його унікальних характеристик є одночасне спостереження різних вулканів, що дозволяє встановити взаємозв'язок між їх активністю. Інша відмінна риса - велика кількість низькочастотних вулканічних землетрусів на великій глибині, що відповідає межі кора-мантія.

Нещодавно нашою спільною науковою групою ІВіС та КФ ФІЦ ЄДС РАН, створеною за підтримки Російського наукового фонду, було проведено детальний аналіз даних. Для цього ми провели інтенсивну комп'ютерну обробку сейсмічних записів за два роки, що передували останньому великому виверженню вулкана Толбачик.

Внаслідок цього виявлено, що активність глибоких низькочастотних подій збільшувалася протягом двох років перед виверженням. Це відповідало поступовій активізації та збільшенню тиску в глибокому магматичному осередку, який знаходиться приблизно на глибині 30 км, тобто на межі земної кори та мантії. Максимум сейсмічної активності на глибині було досягнуто за п'ять місяців до виверження. Максимальна кількість низькочастотних землетрусів у приповерхневих магматичних вогнищах була зареєстрована на кілька місяців пізніше. Ми інтерпретували цю затримку як час, необхідний для того, щоб магматичний тиск поширився з глибини 30 км до поверхні. Досить повільне поширення тиску можна пояснити тим, що в нижній частині системи живлення магма не мігрує через відкритий канал (як часто малюють у підручниках та енциклопедіях), а просочується через пористе середовище.

Сейсмічні спостереження, отримані на Ключевській групі вулканів, містять величезну кількість інформації, яку ще доведеться проаналізувати і осмислити. Для її повноцінного використання необхідно розробляти нові методи аналізу геофізичних даних із застосуванням сучасних комп'ютерних технологій, включаючи машинне навчання. Впровадження таких автоматизованих методів стає дедалі насущнішим для обробки великих потоків даних при геофізичному моніторингу вулканів та землетрусів. Прогрес сучасних методів дозволить запобігати активізації вулканічної діяльності. А попередження вивержень – одне з найважливіших завдань сучасної вулканології.

Грізне природне явище - виверження вулкана - вселяє страх і повагу до підземної сили надр нашої планети. Однак є люди, які готові лізти в саму жерло вогненної гори, вивчати її отруйні випари, попіл і брати проби помаранчевої лави, розплавленого каміння, що вирує. Це вулканологи, особлива каста геологів. Представники цієї професії не лише овіяні духом романтики далеких експедицій, а й відомі своїми прогнозами масштабних вулканічних катастроф.

Саме слово "вулкан" прийшло з давньоримської міфології: так звали бога вогню та покровителя ковальського ремесла. Греки звали його Гефестом. Так, саме він за легендою подарував людям вогонь, за що йому дісталося від старших богів. Коли ж вогонь "дарують" сучасні вулкани, то з їхніх схилів тече розпечена лава, у небо вириваються стовпи чорного диму та хмари попелу, а з жерла вилітають вулканічні бомби – величезні шматки породи. Але лякаючі явища, які змушують місцевих жителів тікати та шукати порятунку, вулканологів лише манять.

Посудіть самі: для вивчення будови нашої планети тут не треба бурити свердловини — Земля сама показує своє вогняне нутро. Вдягнений у вогнетривкий сріблястий костюм, подібно до пожежника в осередку катастрофи, вулканолог обережно наближається зі спеціальним ковшем до потоку лави, а то й заглядає в кратер, опускаючи туди зонд для взяття проб розплавленого каміння.

Що дають вченим такі спроби? Люди досить давно помітили, що на місці контакту гарячої лави з холодними гірськими породами поверхні утворюються скупчення руди з корисними копалинами — родовища заліза, міді, цинку та інших металів. Вивчення ж складу лави дозволяє уявити умови на нашій планеті під час її формування, мільярди років тому! Вулканологи також досліджують згаслі та зруйновані стародавні вулкани – накопичення таких знань дуже важливе для геології. Воно допомагає зібрати докупи картину вивержень минулих і нинішніх років і передбачати майбутні катаклізми.

Початком всебічного наукового вивчення "вогненних гір" вважається відкриття у 1842 році спеціальної установи - вулканологічної обсерваторії, яку збудували в Італії на схилі сумнозвісного вулкана Везувій.

Саме Везувій, єдиний вулкан континентальної Європи, що діє, вважається одним з найбільш небезпечних. Документально підтверджено більш ніж 80 його вивержень, найбільш відоме з яких сталося 24 серпня 79 року, коли було знищено три давньоримські міста: Помпеї (повністю засипані вулканічним попелом), Геркуланум (зруйнований селевим потоком) та Стабія (залита лавою). Останнє виверження вулкана Везувій сталося 1944 року: один із лавових потоків зруйнував міста Масса та Сан-Себастьяно, загинуло 57 людей.

Нині обстановка на околицях цієї гори постійно відстежується. На початку XX століття інтерес до вулканів розгорівся у всьому світі: в 1911 році на Гавайських островах була створена обсерваторія на вулкані Кілауеа, а потім з'явилися обсерваторії в Індонезії та Японії. Незабаром спостереженням було охоплено все тихоокеанське "вогняне кільце".

У нашій країні особливо багато вулканів на Камчатці. Ключевській, Безіменний, Шевелуч – вони відомі всім. Іноді ці вулкани вивергаються одночасно, а попіл на околицях випадає частіше, ніж сніг. Усього ж на Камчатці близько 150 вулканів, третина з них — діючі, причому на околицях багатьох живуть люди.

Рекордсмен за кількістю вогнедишних сусідів — селище Ключі, неподалік нього знаходиться відразу п'ять вулканів, що діють, не рахуючи згаслих. Тут і була збудована перша на півострові вулканічна станція. Нині ж у Петропавловську-Камчатському працює цілий Інститут вулканології та сейсмології ДВО РАН.

Романтика далеких експедицій та небезпека вивержень зіграли з професією вулканолог злий жарт. На початку XX століття, як тільки вулканологія увійшла в моду, у світі з'явилося безліч самодіяльних "вчених". Щойно десь починалося виверження, як тут же місцевий викладач геології (а то й туристи, що просто опинилися поблизу) оголошували себе "вулканологами". Звичайно, здебільшого такі "експерти" виявлялися нешкідливими - проте відомий і трагічний випадок, що стався через подібних самозванців від науки.

На початку травня 1902 кілька таких "вулканологів" оголосили, що найбільшому місту острова Мартініка Сен-П'єру не загрожує ніякої небезпеки, і цим перешкодили резонно наляканому населенню евакуюватися. Загроза була більш ніж реальна, і 8 травня того ж року самозвані "фахівці" згоріли живцем у хмарі розпеченого попелу вулкана Мон-Пеле, разом з 30 тисячами жителів нещасного міста.

Крім достовірного передбачення вивержень і загального вивчення розплавлених земних надр, є професія вулканолога і суто практичні сторони. Ці вчені беруть участь у розробці методів використання пари та тепла гарячих джерел на схилах вогненних гір — для потреб, як то кажуть, "промисловості та побуту". І, звичайно ж, коли йде виверження, вулканологи стежать за напрямом попелястого шлейфу і за їхніми прогнозами авіадиспетчери коригують маршрути літаків. Так було минулої весни і влітку, коли повітряне сполучення над Європою блокував ісландський вулкан з невимовною назвою Ейяф'ятлайокудль.

Вулканологи зазначають, що ця гора прокидалася непомітно протягом десяти років. В активну фазу Ейяф'ятлайокудль увійшов рік тому і вибухнув 14 квітня. "Вулкани в Ісландії прокидаються з періодичністю приблизно 50-80 років, - пояснює Торволдер Тордарсон, експерт із ісландських вулканів у британському університеті Единбурга. - І підвищення сейсмоактивності за останні десять років вказує на те, що ми, швидше за все, вступили в активну фазу вивержень . Тому у другій половині XX століття і було так незвично тихо. Словом, вчені-вулканологи пророкують Європі нові випробування, які триватимуть 60 років або більше, а пік прийде на проміжок між 2030 і 2040 роками.

Відомості, які видобувають відважні дослідники, вказуються і в Книзі рекордів Гіннесса. Так, наприклад, найвищі вулкани, що діють, знаходяться в Південній Америці на території Еквадору - це Котопахи і Сангай висотою відповідно 5896 метрів і 5410 метрів над рівнем моря. Найвищий згаслий вулкан — це Охос-дель-Саладо в Андійських Кордильєрах на кордоні Аргентини та Чилі, який піднявся на 6880 метрів над рівнем моря.

Агафонова Альона, Терьохович Ганна

Доповідь до міської конференції "Професія географ"

Виконали учениці 9а класу

Додається презентація

Мета роботи: Познайомитися та вивчити професію вулканолог, її особливості та специфіку.

Завдання:

1. Вивчити, зібрати та систематизувати матеріал по темі

2. Підготувати презентацію професії.

Завантажити:

Попередній перегляд:

АТУ школа № 6 м. Довгопрудного

РЕФЕРАТ

"Професія вулканолог"

Виконали: Агафонова Альона,
Терьохович Ганна, 9а клас

Керівник: Ісакова Є.В.

Довгопрудний 2012

Про головування

Вступ

Мета роботи: Познайомитися та вивчити професію вулканолог, її особливості та специфіку.

Завдання:

1. Вивчити, зібрати та систематизувати матеріал по темі.

2. Підготувати презентацію професії.

Вивченням вулканів займаються вулканологи. Перші наукові спостереження за виверженням вулкана були зроблені римлянами Плінієм Старшим та його племінником Плінієм Молодшим 24 серпня 79 р. У день катастрофічного виверження Везувію Пліній Старший - начальник римського флоту та вчений, автор 37 книг "Природної історії" - спробував вивезти на судах узбережжя Неаполітанської затоки. На узбережжі вже густо падали попіл та камінці пемзи. Після висадки Пліній Старший загинув, задихнувшись у хмарі вулканічних газів. Пізніше Пліній Молодший точно описав виверження у двох своїх листах. На його честь подібні виверження, за яких потужний струмінь вулканічних газів, попелу, пемз, шлаків та бомб б'є на висоту до 10 км і більше, називаються плініанськими.

Перша вулканологічна обсерваторія з'явилася вулкані Везувій в 1841 р. (Італія). На початку XX століття вулканологічні обсерваторії було створено США, Японії, Індонезії та інших країнах. Мережі вулканологічних обсерваторій швидко поєдналися у національні вулканологічні служби.

Розвиток вітчизняної вулканології пов'язані з освоєнням східних околиць Росії. Ми пам'ятаємо та вшановуємо знаменитого дослідника Камчатки С.П. Крашенинникова, описавшего в 1755 р. “вогнедишащі гори Камчатки і небезпеки” .

До завдань вулканології, як відомо, входить вивчення вулканічної і магматичної діяльності Землі, інших планетах.

У Росії у 1935 р. було відкрито вулканологічна станція у сел. Ключі, яка у 1943 р. трансформувалася в Лабораторію вулканології АН СРСР у Москві, а 1962 р. перетворилася на Інститут вулканології ЗІ АН СРСР у Петропавловську-Камчатському. Зараз це Інститут вулканології та сейсмології ДВО РАН у Петропавловську-Камчатському.

У розпорядженні інституту знаходиться спеціальний корабель "Вулканолог".

Судно призначене вивчення підводного вулканізму, вивчення мінеральних ресурсів дна океану, його геологічного будови.

Зовні корабель виглядає досить незвичайно: закритий бак, подовжена надбудова, значний розвал корпусу до носової частини з нахиленим форштевнем, борти, скошені до кіля. Водотоннажність судна -1120 т, екіпаж - 40 осіб. На його борту обладнані геологічна, гідроакустична, газогідрохімічна, геофізична та шумопеленгаторна лабораторії, обчислювальний центр.

Вулкани часто досліджуються з борту літака. При вивченні неспокійного італійського вулкана Етна для відбору проб газів використовувалися безпілотні міні-літаки типу САМ, що формою нагадують «літаючі тарілки».

Хто такі вулканологи?

Вулканологи - це особлива каста геологів, ці люди, як правило, справжні фанати своєї справи. Вони готові лізти в саме жерло вогненної гори, вивчати її отруйні випари і попіл, брати проби лави. Вивчати вулкани досить складно, спостереження за ними часом ведеться цілодобово. , оскільки допомагають зібрати воєдино картину вивержень минулих років і навіть передбачати майбутні катаклізми. Так само вулканологи беруть участь у розробці різних методів використання тепла і пари гарячих джерел для потреб сільського господарства, що має більш практичне значення. Вивчення діючих вулканів пов'язані з великим ризиком. Адже працювати доводиться в оточенні розпеченої лави, задушливих газів і гарячого пилу, щомиті наражаючи на небезпеку вулканічного вибуху. Щоб частково зменшити небезпеку, вулканологи користуються спеціальними захисним спорядженням. Вони носять теплоізолюючий одяг та взуття, яке покривають шаром алюмінію або іншого металу, що відбиває теплоту. Для захисту від газів використовують протигази та газові маски. Вулканічний жар обпалює руки, кислота з вулканічних порід роз'їдає одяг.

Майже переважають у всіх книгах з вулканології описується знаменитий «дрейф» двох вулканологів, В.П. Попкова та І.З Іванова, які на лавовому потоці, що випливав із вулкана Ключевська Сопка. Ці вчені пропливли на лавовій кірці понад два кілометри, пересуваючись разом із потоком лави, постійно роблячи замір температури та відбір проб газу. Спочатку вони хотіли пройти вздовж берега 2 лавового потоку, але рельєф місцевості не дозволив цього. Тому вони наважилися на такий експеримент. "Під час роботи ми підстилали під ноги листовий астбест, і все-таки нам доводилося часто стояти подібно лелекам на одній нозі" - так писав у своєму звіті В.Ф Попков, один з учасників цього небезпечного експерименту.

Професійно важливими якостями людей цієї професії є: фізична витривалість, просторова уява, спостережливість, увага, логічне мислення, емоційно-вольова стійкість, добрий слух.

Повинен знати:

Геологічні знання про гірські породи, магми і ендогенні процеси, що виникли в умовах високих температур і широкому діапазоні тисків, а також про процеси їх утворення та перетворення.

Перша жінка-вулканолог

9 серпня 1936 р. – знаменна дата російської вулканології. У цей день на вершину найбільшого діючого вулкана Євразії - Ключевського - вперше у світі зійшла жінка, це була вулканолог Софія Іванівна Набоко. Загону із трьох людей вдалося піднятися до північно-західної краї кратера. Було відібрано унікальні проби фумарольних газів, зразки лави, відгонів, проведено вимірювання температури фумаролу, атмосферного тиску. Виміряли висоту вулкана по анероїду - 4860 м. Температура повітря була мінус 14 градусів за Цельсієм. Запланована програма робіт була виконана. Існували всі підстави для радості. Але по дорозі назад мало не трапилася трагедія: топограф А. І. Дьяконов, в ейфорії від підкорення вулкана, став співати, розмахувати руками, не втримався на крижаному схилі, впав, покотився і зірвався в глибоку тріщину. Добре, що він зачепився за стінки тріщини прив'язаним до рюкзака штативом і повис, інакше б розбився. Вилізти сам він не міг. Не можна було навіть ворушитися, т.к. була небезпека зриву зачепу. Софія Іванівна згадувала, що коли вони з А. А. Меняйловим обережно підповзли до тріщини, то почули знизу слабкі крики допомоги. Потрібно було спускатися до потерпілого, прив'язувати його до мотузки та витягати нагору. А сил мало. До того ж Софія Іванівна була на третьому місяці вагітності (до речі, ця дитина сама стане згодом відомим вулканологом Ігорем Олександровичем Меняйловим). Довелося А. А. Меняйлову спуститися вниз мотузкою, яку страхувала С. І. Набоко. Уявіть собі стан молодої жінки, що залишилася на самоті над тріщиною на крутому схилі вулкана! Усю ніч, з неймовірними труднощами, дві мужні люди рятували свого товариша, відігрівали його. На щастя, все завершилося благополучно. У табір біля вулкана загін повернувся у повному складі і з усіма відібраними зразками. Хто знає, чим би могло закінчитися те сходження, якби не було в складі загону такої самовідданої та відважної жінки. Адже вулкан, що діє, - це стихія. Тим більше, такий гігант, як Ключевській. Багато сходників – і дилетантів, і досвідчених альпіністів постраждали на вулкані. Софія Іванівна, за її визнанням, витримала з честю це своєрідне хрещення вулканом, пройшла випробування на вірність обраної професії.

Де і як здобути професію вулканолога?

Вулканологія - одна з найрідкісніших спеціальностей. Стати вулканологом у Росії непросто, тому що немає жодного навчального закладу, в якому готували б спеціалістів цього напряму. У Московському університеті вулканологічна тематика є на кафедрі петрології геологічного факультету, на кафедрі геоморфології та палеогеографії географічного факультету та на відділенні механіки механіко-математичного факультету. Школярі можуть почати отримувати знання, необхідні вулканологам, у геологічній школі МДУ (http://geoschool.web.ru), у якій проводяться безкоштовні заняття двічі на тиждень, та у відкритому лекторії геологічного факультету МДУ, який розпочав свою роботу з жовтня 2011 р.

Висновок

Що приваблює людей у ​​незвичайній професії вулканолога?

У давні часи вулканологами зазвичай ставали натуралісти, зачаровані грандіозними видами бурхливих вулканічних вивержень. Але часи описової вулканології давно минули. Сучасна наука дедалі більше озброюється мірою та числом. Отримує інформацію з багатьох джерел, від людей різних професій: фізиків, хіміків. математиків, геологів, математиків та інших. Саме ця багатогранність, властива вулканології як природній науці, спонукає багатьох вчених присвятити свою діяльність вивченню вулканів, вибрати цю професію.

Література

К.Г.Стафєєв. Життя вулкану. М.: Просвітництво,1998.

Е.Г.Малхасян., К.М. Рудич. Мінливий образ Землі. М: Надра,2003.

Вступ
До вашої уваги я хотів би представити роботу на тему «Вулкани». Я вибрав цю тему тому, що одного разу прочитав книгу Жуль Верна «Подорож до центру Землі». Я зрозумів, що це дуже цікаве та незвичайне явище природи. І мені захотілося дізнатися якнайбільше про вулкани.

Актуальність дослідженнявизначається необхідністю прогнозу та оцінки небезпеки вулканічних вивержень.

Об'єкт дослідження:вулкани

Предмет:модель вулкана

Мета дослідження:змоделювати діючу модель вулкана в домашніх умовах

Завдання:
-вивчити додаткову літературу і відібрати цікаві відомості, у тому - що це таке - вулкан;
- з'ясувати, як влаштований вулкан;
- дізнатись, які бувають вулкани;
- Створити діючу модель вулкана в домашніх умовах;
- провести експеримент

Гіпотеза:чи можливо створити в домашніх умовах діючу модель вулкана.

Методи дослідження:вивчення та аналіз науково - популярної літератури

Вулкани
Слово «вулкан» походить від імені давньоримського бога вогню Вулкана. Наука, що вивчає вулкани, - вулканологія.
Вулкани - геологічні утворення на поверхні земної кори або кори іншої планети, де магма (маса розплавленої кам'яної породи, що знаходиться під землею на дуже великій глибині) виходить на поверхню, утворюючи лаву, вулканічні гази, каміння (вулканічні бомби) та пірокластичний потік (суміш високотемпературних) вулканічних газів, попелу та каміння). Швидкість потоку досягає іноді 700км/год, а температура газу – 100о – 800оС.
Вулкани бувають діючі та сплячі. Діючий вулкан часто вивергає лаву, попіл і пил. Коли вулкан не викидається протягом багатьох років, його називають сплячим. Однак сплячі вулкани можуть почати вивергатися навіть після тривалого бездіяльності. Коли виверження остаточно припиняються, такий вулкан називають згаслим. Деякі вулкани відрізняються запеклими та барвистими виверженнями: високо в повітря викидається вогненна лава та розпечені хмари газів. З інших вулканів лава витікає повільно і неквапливо, наче киплячий сироп і гаряча смола.

Будова вулкану.
Кратер - поглиблення у вигляді чаші або вирви, що утворилася на вершині або схилі вулкана внаслідок його активної діяльності. Діаметр кратера може бути від десятків метрів до кількох кілометрів, глибина – від десятків до кількох сотень метрів.
Жерло - канал яким рухається лава.
Магма - в'язка рідина, що складається із суміші різних розплавлених мінералів та деяких мінеральних кристалів, що утворюється в глибинах Землі. Вона нагадує сніг, що тане, або змерзлу сльоту з кристалами льоду. Є в магмі також вода та розчинені гази.
Лава - магма, що вилилася на поверхню. Температура 750 – 1250 оС.
Швидкість перебігу 300-500 метрів за годину.
Залежно від свого хімічного складу лава може бути рідкою або густою і в'язкою. Коли магма піднімається крізь земну кору і виходить на поверхню, це називається виверженням.
Класифікація вулканів за формою
Зустрічаються різні форми вулканів, деякі з них набагато небезпечніші за інші
Щитоподібні вулкани (рис.1) утворюються внаслідок багаторазових викидів рідкої лави. Ця форма характерна для вулканів, що вивергають базальтову лаву низької в'язкості: вона витікає як із центрального кратера, так і зі схилів вулкана. Лава поступово розтікається на багато кілометрів. Як, наприклад, на вулкані Мауна-Лоа на Гавайських островах, де вона стікає у океан.
Шлакові конуси (рис.2) викидають зі свого жерла лише такі нещільні речовини, як каміння та попіл: найбільші уламки скупчуються шарами навколо кратера. Через це вулкан з кожним виверженням стає все вищим. Легкі частинки відлітають на більш далеку відстань, що робить схили пологими.
Стратовулкани, (рис.3) чи «шаруваті вулкани», періодично вивергають лаву і пірокластична речовина — суміш гарячого газу, попелу та розпеченого каміння. Тому відкладення з їхньої конусі чергуються. На схилах стратовулканів утворюються ребристі коридори із застиглої лави, які є вулкану опорою.
Купольні (рис.4) вулкани утворюються, коли гранітна, в'язка магма здіймається над краями кратера вулкана і лише невелика кількість просочується назовні, стікаючи по схилах. Магма закупорює жерло вулкана, подібно до пробки, яку гази, що накопичилися під куполом, буквально вибивають із жерла. Вулкани-кальдери. (Рис.5) вони вибухають так люто, що руйнують самі себе. Їхні виверження супроводжуються дуже сильними пірокластичними вибухами. Ці вулкани занапастили найбільше людей, а наслідки їх вибухів зробили безлюдними прилеглі до них райони.

Процес виверження.
Наша планета Земля нагадує яйце: зверху тонка тверда шкаралупа – земна кора, під нею знаходиться в'язкий шар гарячої мантії, а в центрі – тверде ядро. Земну кору називають літосферою, що у перекладі з грецької означає «кам'яна оболонка». Товщина літосфери в середньому близько 1% радіусу земної кулі. На суші вона становить 70-80 км, а в глибині океанів може бути всього 20 км. Температура мантії – тисячі градусів. Ближче до ядра температура мантії більша, ближче до кори — менше. Через різницю температур відбувається перемішування речовини мантії: гарячі маси піднімаються вгору, а холодні — опускаються (так само, як вода, що закипає в каструлі або чайнику, але тільки відбувається це в тисячі разів повільніше). Мантія, хоч і розігріта до величезних температур, але через колосальний тиск у центрі Землі вона не рідка, а в'язка, як дуже густа смола. Літосфера ніби плаває у в'язкій мантії, трохи занурившись у неї під вагою своєї ваги.
Досягаючи підошви літосфери, маса мантії, що остигає, якийсь час рухається горизонтально вздовж твердої кам'яної «шкаралупи», але потім, остигнувши, вона знову опускається в напрямку центру Землі. Поки мантія рухається вздовж літосфери, разом з нею мимоволі рухаються шматки земної кори (літосферні плити), при цьому окремі частини кам'яної мозаїки стикаються і наповзають одна на одну.
Частина плити, яка опинилася знизу (на яку наповзла інша плита), поступово поринає в мантію і починає плавитися. Так утворюється магма — густа маса розплавлених порід із газами та парами води. Магма легша, ніж оточуючі породи, тому вона повільно піднімається до поверхні та накопичується в так званих магматичних осередках. Вони розташовуються найчастіше вздовж лінії зіткнення плит.
Поведінка розпеченої магми в магматичному вогнищі і справді нагадує дріжджове тісто: магма збільшується в обсязі, займає весь вільний простір і піднімається з глибин Землі по тріщинах, намагаючись вирватися на волю. Як тісто піднімає кришку каструлі і витікає через край, так і магма прориває земну кору в найслабших місцях і виривається на поверхню. Це і є виверження вулкана.
Виверження вулкана відбувається через дегазацію магми, тобто виходу газів із неї. Процес дегазації відомий кожному: якщо обережно відкрити пляшку з газованим напоєм (лимонадом, кока-колою, квасом або шампанським), лунає бавовна, і з пляшки з'являється димок, а іноді й піна — це з напою виходить газ (тобто відбувається його дегазація) .
Продукти виверження вулканів. Виверження викликає магма, що проривається через земну кору. Більшість вивержень трапляється, коли вулканічний канал або кратер вулкана блоковано. Через магму, що надходить знизу, тиск наростає. Коли блокуюча канал пробка проривається і тиск знаходить вихід, газ у бульбашках магми закипає, наче шипучий напій.
Саме це призводить до вибуху вулкану. При виверженні вулкан розкидає як рідку лаву, а й великі шматки застиглої лави - їх називають бомбами,- які з гуркотом обрушуються на землю на відстані до двох миль від кратера. Попіл і вулканічні гази утворюють стовпоподібні вулканічні хмари, що іноді піднімаються на велику висоту.
Основними продуктами виверження є лава, попіл та ін. речовини, що виходять на поверхню землі після діяльності вулкана. Вулкани можуть випромінювати значну кількість отруйних газів. Вулканічні гази, які виділяються вулканами, піднімаються в атмосферу, але частково вони можуть повернутися на поверхню землі у вигляді кислотних дощів. Досить серйозні наслідки кислотних дощів для організму та здоров'я можна спостерігати при отруєнні марганцем, який також може перебувати у дощовій воді у величезних кількостях.
Де розповсюджені вулкани?
Тихоокеанське узбережжя Центральної Америки - одне з найактивніших місць вулканічної діяльності у світі. І насправді, тут розташовано понад дві третини діючих вулканів, а також безліч таких, що припинили свою діяльність порівняно недавно.
Причина ось у чому: у цих місцях земна кора дуже слабка порівняно з іншими районами земної кулі. Там, де є слабка ділянка земної кори, з'являється вулкан.
Основні райони вулканічної активності (рис5.)

Моделювання діючої моделі вулкана в домашніх умовах
Модель вулкана своїми руками
Але не терпиться все доторкнутися своїми руками і побачити все наяву - ці бризки вогню, блискучу повзучу лаву, клуби диму, що вириваються, і бризки фонтану з каміння. Це вогняне видовище допоможе нам зробити набір "Зроби сам Вулкан". Наслідуючи строго за інструкцією, за допомогою ножиць, газетного паперу, клейової пасти, озброївшись азами геометрії, ретельно крок за кроком майструємо макет нашого вулкана. Макет зроблено, залишилося змоделювати виверження вулкана
Проведення експерименту. Виверження вулкана.
Прочитавши одну із статей в інтернеті, я дізнався, що можна змоделювати виверження вулкана і в домашніх умовах.
Мені були потрібні такі матеріали для досвіду:
- харчова сода (2 столові ложки)
- лимонна кислота (70 м.л.)
- Скляна або залізна банка (150 м.л.)
- пластилін різних кольорів
- засіб для миття посуду
Хід експерименту:
1) Беремо зроблену модель вулкана
2) Насипаємо в кратер 2 ст.л. соди
3) Наливаємо 2 ст. рідини для миття посуду
4) Вливаємо 50-70 мл лимонної кислоти
5) Спостерігаю «виверження вулкана»
Поекспериментуй:
-додай більше рідини для миття посуду;
-додай більше оцту;
-Додати дрібні шматочки пінопласту.
З проведеного експерименту можна дійти такого висновку. При з'єднанні соди і лимонної кислоти відбувається хімічна реакція з виділенням вуглекислого газу, який міхуриться, змушуючи масу переливатися через краї кратера, а засіб для миття посуду змушує лаву міхуритися сильніше. Ця хімічна реакція має як зовнішній ефект, а й практичний: вона дуже затребувана в кулінарії. Господині «гасять» соду оцтом і додають в тісто, що виділяється вуглекислий газ робить тісто пишним, утворюючи в ньому бульбашки та повітряні доріжки.
Ось так, в ігровій формі, я показав та пояснив природу виникнення вулканів на Землі.

Висновок
Детально вивчивши та проаналізувавши науково – популярну літературу, дізнався багато нового та цікавого про вулкани. Насправді вулкан вивергається, тому що в вулканічній камері скупчилася магма і під впливом газу, що входить до її складу, вона піднімається нагору. У жерлі вулкана кількість газу стає більшою. Магма перетворюється на лаву, досягає кратера і відбувається виверження. Також, що вулкани мають велике значення у природі. Вони несуть із собою як руйнівну, і творчу силу. Ми можемо лише спостерігати та пояснювати те, що відбувається. Зупиняти, змінювати, навіть запобігати цим грізним явищам природи людина не може.
З допомогою хімічної реакції показав і пояснив природу виникнення вулканів Землі. Тим самим він задовольнив свій пізнавальний інтерес, а також зацікавив своїх однокласників цим експериментом.

Муніципальна бюджетна загальноосвітня установа

ліцей №4

Чому вивергаються вулкани?

Дослідницький проект

Кривошеєв Тимур Володимирович

учень 3 б класу

Керівник:

Кривошеєва Наталія Євгенівна

вчитель початкових класів

м.Данків

2015 р.

Зміст

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

Цілі та завдання дослідницької роботи…………………………………….…2

2. Основна частина.

2.1 Анкетування однокласників ………………………………….….….. 3

2.2 Досвід №1. Рух магми з надр землі ………………………………5

2.3. Досвід №2.Як відбувається виверження вулкана……………………..…6

2.4 Досвід №3.Властивості каміння вулканічного походження ………...7

2.5 Наслідки, що несуть виверження вулканів…………………….8

3. Висновки………………………………………………………………….…...… 8

4.Висновок……………………………………………………………………...8

5. Бібліографічний список……………….……………………………...........9

Позаторік у новинах я почув про виверження вулкана у нас у Росії. На Камчатці почав викидатися вулкан Ключівська сопка. Мене зацікавило, як і чому прокинувся вулкан. Ці питання допомогли визначитися мені з темою дослідницької роботи. Я вирішив дізнатися, чому вивергаються вулкани.

Мета роботи - узагальнити та класифікувати інформацію про вулкани.З'ясувати причини, через які відбувається виверження вулканів.

Завдання:

З'ясувати, що таке вулкан?

Вивчити будову вулкана.

Дізнатися, які бувають вулкани?

Провести досвід та дізнатися, як і чому відбувається виверження вулкана.

Дізнатися, які наслідки несуть виверження вулканів.

Створити діючу модель вулкана в домашніх умовах.

Дізнатися досвідченим шляхом властивості каміння вулканічного походження.

Методи дослідження:

Розмови із дорослими.

Анкетування однокласників.

Вивчення та аналіз різних джерел інформації.

Проведення дослідів, експериментів.

Спостереження.

Гіпотеза:

вулкани вивергаються тому, що рідкої магми під земною корою стає дуже багато, і тому вона виходить назовні.

Анкетування однокласників

Пошук причин, що пояснюють, чому вивергаються вулкани, я почав із проведення анкетування серед однокласників.

На запитання «Чому вивергаються вулкани?» Найбільше голосів хлопці дали відповіді «від землетрусу». Також вони вважають, що особливий вплив на виверження вулканів надає сонце та географічне положення.

Що таке вулкан

З інтернету я дізнався, що слово «Вулкан» походить від назви острова Вулкано біля берегів Італії, де за легендою була одна з кузень давньоримського бога вогню Вулкана (Гефеста).

В енциклопедії я прочитав, що вулкан – це геологічне утворення, що виникає над каналами та тріщинами в земній корі, якими на земну поверхню вивергаються лава, вулканічні гази та каміння.

Види вулканів:

Чинні - Це вулкани, які викидаються регулярно.

Згаслі - Це вулкани, дія яких припинилася і вони більше не викидаються.

Заснули - Це вулкани, які вважалися згаслими, але раптом почали діяти.

Вулкан складається з: МАГМИ АБО ЛАВ - розплавлених гірських порід, насичених газами. ЖЕРЛА – каналу, яким магма піднімається до кратера. КРАТЕРА - заглиблення у вигляді чаші на вершині вулкана.

Щоб дізнатися, звідки береться магма, я спочатку вивчив будову нашої планети. Я дізнався, що Земля нагадує яйце: зверху тонка тверда шкаралупа – земна кора, під нею знаходиться в'язкий шар гарячої мантії, а в центрі – тверде ядро.

Усередині Землі через різниці температур відбувається постійний рух мантії. Разом із нею рухаються й шматки земної кори (тектонічні плити).При зіткненні плит одна плита йде вниз і починає плавитися - перетворюється на магму. Магма піднімається до поверхні та накопичується в магматичних осередках.

Досвід №1. Рух магми з надр землі

Я вирішив досвідченим шляхом подивитися, що відбувається з магмою під час зіткнення тектонічних плит. Для цього я провів мій перший досвід "Рух магми з надр Землі". Для цього занурив плитки твердого шоколаду, які замінили тектонічні плити, у йогурт-магму. За допомогою паличок я почав рухати мої "тектонічні плити". "Плити" почали стикатися один з одним, деякі плити пішли під інші, і в цьому місці "магму" виштовхнуло на поверхню "плит".

Висновок:

Досвід допоміг зрозуміти, як під впливом руху тектонічних плит магма переміщається до землі.

Магма піднімається до поверхні та накопичується в магматичних осередках. Там вона перебуває під тиском, як і газовані напої в закритій пляшці.

Гази, що входять до складу магми, прагнуть вийти назовні і піднімають магму по жерлу вулкана. Ці гази - горючі, тому вони спалахують і вибухають у жерлі вулкана. Через кратер вулкана назовні вириваються гази, попіл, розпечене каміння та магма.

Досвід №2. Як відбувається виверження вулкана

Мій другий досвід допоміг мені з'ясувати, чому магма починає викидатися з вулкана. Я зробив з паперу конус і надав йому забарвлення вулкана. Усередину конуса помістив стаканчик. Наповнив склянку «лавою» – сумішшю харчової соди, рідкого мила та червоної фарби. Залив вулкан оцтом і отримав виверження.

Висновок:

Газ, що утворився під впливом оцту на соду, піднімає «лаву» вгору і відбувається «виверження».

Досвід №3. Властивості каміння вулканічного походження

Я довгий час був захоплений збиранням колекції каменів «Мінерали. Скарби землі». З неї я дізнався, що каміння вулканічного походження сформувалося як результат виверження вулканів і охолодження вулканічної магми. Вони відрізняються довговічністю, високою щільністю та гарною твердістю. Але є один камінь, який утворюється, коли з магми виділяє багато газів, вона спінюється і остигає. Це пемза.

Цей камінь має пористу структуру. Пори заповнені повітрям. Тому пемза не тоне. Я вирішив це перевірити досвідченим шляхом. Взяв із колекції каміння вулканічного походження: граніт, обсидіан, гнейс, галеніт, базальт, андезит та пемзу. Занурив їх у воду. Усі камені втопилися, а пемза залишилася на поверхні води.

Висновок:

Пемза – гірська порода вулканічного походження не тоне у воді.

Наслідки, що несуть виверження вулканів

Виверження вулканів мають сильний негативний вплив, приносять колосальні руйнування та смерть.

Але ці вогнедишні гори також дарують людині гарячу воду, енергію, різні гірські породи, метали і навіть коштовне каміння. Вулканічний попіл підвищує родючість грунтів, отже, вулкани приносять як руйнації, а й користь.

Висновки

1.Працюючи над цим проектом, я поринув у світ захоплюючих дослідів, познайомився з будовою вулкана та процесом його виверження, дізнався, що вулкани приносять не лише шкоду, а й користь.

2. Моя гіпотеза у тому, що виверження вулкана відбувається оскільки магми стає занадто багато, підтвердилася частково. В результаті проведених досліджень та дослідів я зробив висновок, що виверження вулкана відбувається тому, що магму на поверхню Землі піднімають гази, що містяться в ній.

Висновок

Я знайшов відповідь на запитання «Чому вивергаються вулкани». Мені хотілося б щедокладніше вивчити вулкани – гіганти і дізнатися, чи можна передбачити та усунути наслідки вивержень цих гігантів.

Також я хочу представити свою роботу однокласникам та сподіваюся зацікавити їх своїми дослідженнями.

3.«Вулкани» Крістіна Годен, Дитяча енциклопедія Махаон

4. Енциклопедія. «Мінерали. Скарби землі.

5. Велика російська енциклопедія/Гол. ред. Ю. С. Осипов. - М.: Наук. вид-во "БРЕ", 2004.