Возможность возрождения вулканов на Урале

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ Г. ЕКАТЕРИНБУРГА
ОТДЕЛ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ВЕРХ-ИСЕТСКОГО РАЙОНА
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГИМНАЗИЯ № 9
ВУЛКАНЫ ЗАГАДОЧНЫЕ И ГРОЗНЫЕ:
ВОЗМОЖНОСТЬ ВОЗРОЖДЕНИЯ ВУЛКАНОВ НА УРАЛЕ
Информационно-исследовательский проект
Исполнитель: Бызов Тимофей, 2А класс
Руководитель: Жизневская Нина Ивановна,
учитель начальных классов
Консультант: Александрова Жанна Николаевна,
доцент кафедры геофизики
Уральского государственного горного университета
Екатеринбург
2012
2
Содержание.
Введение
3
Глава 1 Происхождение вулканов
4
1.1 Причины возникновения вулканов
4
1.2 Что представляет собой вулкан
4
1.3 Процесс извержения
5
1.4 Опасность вулканов
5
1.5 Последствия вулканических извержений
6
1.6 Исторические катастрофы
6
1.7 Изучение вулканов и прогнозирование извержений
7
1.8 Способы защиты от извержений
8
Глава 2 Возможность возрождения вулканов на Урале
9
2.1 Взаимосвязь землетрясений и вулканов
9
2.2 Рифтовые разломы земной коры
10
2.3 Прекращение вулканических процессов на Урале
11
2.4 Пробуждение спящих вулканов
11
2.3. Моделирование вулканического извержения
13
Заключение
14
Список литературы
16
Приложения 1-12
17
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
3
Введение
Актуальность. Весной 2010 года произошло заинтересовавшее меня
событие — извержение вулкана Эйяфьядлайокюдль в Исландии (приложение 1).
Облако вулканического пепла накрыло Европу и подвергло опасности миллионы
людей. Это событие коснулось и нашей семьи. Были отменены авиарейсы, и нам
пришлось перенести поездку на отдых.
 Почему так получилось?
 Что это за природное явление – вулкан?
Я стал читать про вулканы [1, 2, 3, 4, 5], расспрашивать папу и маму. Из
того, что я нашел, меня поразило одно событие. В 1943 году в Мексике вулкан
возник прямо на глазах у людей: сначала на вспаханном поле появилась трещина
в земле, из нее стали выделяться газы, потом началось извержение пепла и
вулканических бомб. Вулкан назвали Парикутин (приложение 2).
Тогда у меня возникли вопросы:
 Чем угрожают вулканы людям и как от них защититься?
 Могут ли появиться вулканы там, где я живу, – на Урале?
Мне бы этого не хотелось. Папа считает, что при нашей жизни на Урале
вулканов не будет, а мама говорит, что все может быть. Тогда я сам решил
больше узнать о вулканах и найти правильный ответ.
Цели исследования:
 Выяснить причину возникновения и процесс извержения вулканов.
 Узнать, чем опасны вулканы.
 Оценить возможность возникновения вулканов на Урале.
Задачи исследования:
 Изучить и обобщить информацию о происхождении и строении вулканов.
 Построить действующую модель вулкана и рассмотреть на ней в
уменьшенном масштабе процесс извержения и его последствия.
 Выявить условия для возможного возникновения вулканов на Урале.
Гипотеза.
Предположим, что в ближайшем будущем на Урале могут
возникнуть вулканы.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
4
Глава 1 Происхождение вулканов
1.1
Причины возникновения вулканов
В Тирренском море на юге Европы есть небольшой остров Вулькано.
Древние римляне считали этот остров кузницей бога огня и кузнечного ремесла
Вулкана. По имени этого острова огнедышащие горы впоследствии стали
называть вулканами.
Современные ученые вулканологи имеют совсем другое представление о
происхождении вулканов.
Наша планета покрыта твердой каменной оболочкой – корой. Земная кора
разбита на отдельные куски, называемые литосферными или тектоническими
плитами (приложение 3). Тектонические плиты плавают на расплавленном слое
Земли – мантии. Вещество мантии называется магмой. При своем движении
плиты сталкиваются и расходятся подобно льдинам на реке в пору ледохода. Так
на границе тектонических плит образуются разломы в земной коре. Через
разломы на поверхность земли изливается расплавленная магма, превращаясь при
этом в лаву. При этом и образуются вулканы – конусообразные горы с кратером
на вершине.
1.2
Что представляет собой вулкан
Строение вулкана изображено на рисунке в приложении 4. На вершине
вулканического конуса находится кратер – глубокая впадина, похожая на
гигантскую чашу. Жерло (канал) действующего вулкана соединяет кратер с
очагом магмы. При извержении могут возникать боковые разломы – дайки, и
боковые кратеры. Конус вулкана сложен слоями последовательно извергнутой
породы (лавы, камней и пепла).
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
5
1.3
Процесс извержения
В спокойном состоянии из кратера действующего вулкана поднимаются
удушливые газы и водяной пар, образуя облако над вершиной вулкана.
Извержению
часто
предшествуют
слабые
землетрясения.
Перед
самым
извержением, когда лава уже поднимается по жерлу, слышится подземный гул,
сгущаются облака над вершиной вулкана.
Под давлением газов, выделяющихся из лавы, дно кратера взрывается.
Бывает, взрывается часть вулканического конуса или весь конус. На тысячи
метров выбрасываются густые черные тучи газов и паров воды, смешанных с
пеплом, погружая во мрак окрестность (приложение 5).
Одновременно с взрывом из кратера летят куски раскаленных камней
(вулканические бомбы), образуя гигантские снопы искр. Из черных туч на землю
сыплется пепел, иногда выпадают ливневые дожди, образуя вместе с пеплом
потоки грязи (лохары), скатывающейся по склонам и заливающие окрестности.
Блеск молний непрерывно прорезает мрак. Раскаленная лава переливается через
край кратера и устремляется огненным потоком по склонам вулкана, уничтожая
все на своем пути.
Селевые потоки образуются также в случаях, когда раскаленная лава
растапливает ледник, покрывающий давно спящий вулкан или его вершину. Это
происходит, например, при извержении вулканов в Исландии и на Аляске.
При взрывах островных вулканов возникают разрушительные цунами
(гигантские волны).
1.4 Опасность вулканов
Исторически сложилось так, что люди живут около вулканов, не подозревая
об опасности или пренебрегая опасностью такого соседства. Даже крупнейший в
мире современный город Мехико находится почти у самого подножья активного
вулкана Попокатепетль. Внезапное сильное извержение Попокатепетля может
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
6
разом уничтожить Мехико и 10 миллионов его жителей, как две тысячи лет назад
Везувий уничтожил Помпеи.
1.5
Последствия вулканических извержений
Извержение вулкана – событие завораживающее и страшное одновременно.
Для людей опасность представляют:
 Потоки лавы, скорость которых может превышать 100 км/час.
 Так называемые пирокластические потоки, состоящие из раскаленных
камней, пемзы и пепла.
 Селевые потоки (лохары).
 Удушливые вулканические газы.
 Цунами, вызванные взрывом вулканического острова.
 Облака пепла, закрывающие солнце и засыпающие все вокруг вулкана
слоем до нескольких метров. После особо сильных извержений пепел висит
в атмосфере планеты до нескольких лет и вызывает похолодание на всей
планете.
1.6
Исторические катастрофы
Как я узнал, в истории человечества были извержения вулканов, имевшие
куда более катастрофические последствия, чем известные мне извержения в 2010
- 2011 годах. Взрывы и извержения вулканов Санторин, Лаки, Тамбора, Кракатау
и многих других погубили десятки и сотни тысяч человеческих жизней. С лица
Земли было стерто множество городов. Происходили изменения климата на
планете. Некоторые ученые считают, что климатические последствия этих
извержений привели к голоду и гибели еще большего числа людей, чем при самих
извержениях.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
7
1.7 Изучение вулканов и прогнозирование извержений
Трудно защититься от разбушевавшейся стихии. Но чтобы уберечься от
гибели вблизи вулканов, человек учится предсказывать, прогнозировать
извержения. Изучением вулканов занимаются ученые вулканологи. Внутрь
огненной горы невозможно заглянуть, хотя японские вулканологи подумывают и
над этим. Пока что для прогнозирования извержений вулканов применяются
следующие методы.
Извержениям обычно предшествуют вулканические землетрясения, которые
связаны с движением магмы, продвигающейся вверх по жерлу вулкана. С
помощью приборов сейсмографов (приложение 6) обнаруживают землетрясения
вблизи вулканов.
На несколько дней раньше, чем сейсмографы обнаружат движение магмы, в
почве вблизи вулкана увеличивается количество газов гелия и радона. Дело в том,
что эти два вездесущих газа всегда присутствуют в магме и в почве. Перед
извержением вулкана в магматическом очаге увеличивается выделение газов, в
том числе гелия и радона. А современные химические лаборатории могут
определять их микроскопические количества. О таком методе прогнозирования
извержений нам с папой сообщили в Уральской горно-геологической академии
(УГГА) [9], куда мы с папой обратились за консультацией.
Движение магмы к поверхности перед извержением вызывает изменения
высоты и наклона земной поверхности в районе вулкана. Для контроля за
движением
земной
поверхности
вулканологи
используют
приемники
спутниковых сигналов.
Перед извержением меняется магнитное поле в районе вулкана. Эти
изменения фиксируют приборы магнитометры (приложение 7).
Еще
один
метод
прогноза
извержений
представляет
собой
фотографирование вулканов в инфракрасных лучах (аэрофотосъемка), что
позволяет определить нагревание земной поверхности при подъеме горячей
магмы.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
8
Около активных и опасных вулканов созданы вулканологические станции,
из которых перечисленными методами ведётся непрерывное наблюдение за
спящими вулканами, чтобы вовремя предупредить об их пробуждении.
И все равно, точность прогнозов пока оставляет желать лучшего. Но уже
есть некоторые результаты. Успех сопутствовал вулканологам Камчатки, Японии
и Гавайских островов, где извержения были заранее предсказаны, а люди
эвакуированы из опасных районов.
1.8
Способы защиты от извержений
Разрушительная сила вулканов так велика, что человек почти никак не
может от них защититься, даже если извержения предсказаны. Существует только
один способ спасения от сильных извержений вулканов, – эвакуация населения,
основанная на точном и своевременном прогнозе.
В случаях, когда извержение вулканов не катастрофические, придуманы два
способа борьбы с потоками лавы. На Гавайских островах строили дамбы для
направления потоков лавы в нужную сторону. В Исландии и в Японии, чтобы
остановить
лаву,
ее
охлаждали
морской
водой.
Оба
способа
имели
положительный результат.
Изучение вулканов оказалось очень сложной задачей, – ведь внутрь вулкана
пока нельзя попасть дальше кратера. Изучением вулканов и прогнозированием
вулканических извержений ученые занялись сравнительно недавно, – примерно
сто лет тому назад. Новые знания позволяют создавать новые приборы для
наблюдения за вулканами, разрабатывать методы защиты от последствий
извержений. Надеюсь, если извержения нельзя предотвратить, то когда-нибудь
вулканологи научатся управлять извержениями по своему расписанию, не
дожидаясь катастрофических последствий. Как говорит папа, – спускать пар.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
9
Глава 2 Возможность возрождения вулканов на Урале
Вулканы опасны и трудно предсказуемы. Мне бы не хотелось, чтобы
вулканы возникли там, где я живу, – на Урале. А такую возможность я усмотрел в
известном случае с рождением вулкана Парикутин в Мексике.
Поэтому, в своем исследовании я уделил много внимания возможности
возникновения вулканов на Урале и рассмотрел гипотезу о возможности
возрождения вулканов на Урале.
2.1
Взаимосвязь землетрясений и вулканов
Землетрясения и вулканические извержения имеют одну причину, –
движение тектонических плит. Ярким примером их связи является извержение
вулкана Пуйеуэ в Чили в 1960 году, начавшееся через 48 часов после того, как
произошло сильное землетрясение на расстоянии 300 километров от вулкана.
Уральские горы имеют складчатое происхождение и возникли 300
миллионов лет назад при столкновении древних Евро-американской и Азиатской
литосферных плит. Принято считать, что произошла спайка древних плит, и за
последние 200 миллионов лет на Урале не было тектонических (происходящих в
земной коре) движений, горы только старели и разрушались [6, 8].
На самом же деле, 30 миллионов лет назад началось омоложение и
возобновился рост Уральских гор, которые сопровождаются землетрясениями и
подвижками блоков земной коры. Рост Уральских гор продолжается и сейчас.
На современном Урале часто происходят слабые землетрясения в 1-2 балла
по десятибалльной шкале. На Среднем Урале за два с половиной столетия
произошло не менее 35 землетрясений силой 3-5 баллов, а дважды за это время
происходили землетрясения силой около 6 баллов, – это более чем ощутимо
человеком и строениями [8].
Ученые Института геофизики Уральского отделения Российской академии
наук (УрО РАН) относят Средний Урал к зоне повышенной сейсмической (то есть
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
10
связанной с землетрясениями) активности. Мой родной Екатеринбург находится
как раз на границе этой зоны (приложение 8).
И хотя сейсмическая активность земной коры в нашем регионе является
низкой по сравнению с другими регионами планеты, на Урале существует
возможность землетрясений силой до 7 баллов. Такие заключения ученых
геофизиков учитываются при строительстве в Екатеринбурге высотных зданий.
Тектонические движения в земной коре медленно, но постоянно меняются и
если предположить, что в будущем землетрясения усилятся, то они могут
подтолкнуть возникновение вулканов на Урале.
2.2
Рифтовые разломы земной коры
Результатом тектонических движений являются рифтовые разломы земной
коры. Самый известный – растущий рифтовый разлом в Восточной Африке [3,7].
Как часть этого разлома в Эритрее в 2008 году в результате землетрясения
моментально образовалась трещина на поверхности земли шириной до 8 метров и
длинной 60 км.
Подобно вулкану Пуйеуэ и связанному с ним землетрясению 1960 года, в
тех же трехстах километрах от Екатеринбурга, около Тюмени, находятся горячие
водные источники (приложение 9). Это
свидетельствует о нахождении
раскаленной магмы не очень глубоко. Ученые УГГУ это подтверждают: в районе
Тюмени находится рифтовый разлом в земной коре.
Уральские горы сейчас поднимаются, а Западно-Сибирская низменность
опускается. Земная кора между ними растягивается и сдвигается, поэтому и
образовался рифтовый разлом в районе Тюмени.
Разлом в земной коре указывает на неглубокое нахождение магмы и
возможное появление здесь вулканов. Правда, дальше горячих источников
процесс еще не зашел. Но все равно, рифтовый разлом – это признак
тектонической активности в регионе.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
11
2.3
Прекращение вулканических процессов на Урале
Считается, что в течение последних 200 миллионов лет на Урале не было
действующих вулканов. Но, оказывается, это справедливо только для Южного и
Среднего Урала. Я узнал в УГГУ, что на Полярном Урале вулканы извергались 10
миллионов лет назад, а на арктических островах Новая Земля, которые являются
продолжением Уральских гор, вулканы потухли всего лишь 1,5 миллиона лет
назад (приложение 10). По геологическим меркам совсем немного.
Получается, что на Большом Урале вулканы потухли не так уж давно и
можно уверенно говорить только о временном прекращении вулканических
процессов.
2.4
Пробуждение спящих вулканов
Иногда оживают вулканы, которые люди долгое время считали потухшими.
Последний пример – это вулкан Набро в Эритрее, считавшийся потухшим, но
вдруг оживший в 2011 году.
Другой более доступный для исследователей пример. Вулкан Эльбрус
(приложение 11) на Кавказе долгое время считался потухшим. Однако сейчас
вулканологи приходят к выводу, что Эльбрус просто спит, а последний раз
извергался примерно 2000 лет назад. Под Эльбрусом находится очаг магмы на
небольшой глубине – 7 км. На вулкане есть горячие водные источники.
Исследователи считают, что магматический очаг под Эльбрусом остывает.
Но непредсказуемые изменения в магматическом очаге могут привести к
пробуждению Эльбруса. Не исключено, что могут пробудиться и древние
вулканы Урала.
Таким образом, на Урале присутствует ряд признаков возможного
возрождения
вулканов в будущем. Но, по сравнению с другими регионами
(областями) планеты, Урал является тем местом, где активность земных недр
очень низкая. Поэтому, я делаю вывод: в настоящее время и в обозримом
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
12
будущем возникновение действующих вулканов на Урале маловероятно.
Такой
вывод подтверждается и специалистами УГГУ.
И все же, я думаю, в отдаленном будущем вулканы на Урале снова
появятся.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
13
Глава 3
Моделирование вулканического извержения
Изучая тему вулканов, у меня возникло большое желание увидеть, как
происходит извержение вулкана на самом деле. Но такой возможности у меня
нет. Папа вспомнил, что будучи школьником он проводил опыт, напоминающий
вулкан, и предложил мне помощь в постройке действующей модели вулкана.
Для постройки модели использовался пенопласт, монтажная пена и гипс. Из
пенопласта и монтажной пены была сделана основа вулканического конуса.
Внутрь конуса я установил изготовленный гипсовый стакан, имитирующий жерло
и кратер вулкана. Снаружи вся конструкция была покрыта гипсом. Поверхность
вулкана я раскрасил так, чтобы он был похож на Ключевской, уменьшенный в
10000 раз (приложение 12).
Для проведения эксперимента в кратер вулкана засыпается в небольшом
количестве красный порошок – двухромовокислый аммоний.
Действует модель так. Из раскаленной лавы в кратере вулкана выделяются
газы, которые выбрасывают из кратера вулканические бомбы и пепел. Давлением
газов пепел выбрасывается высоко вверх, разлетается вокруг вулкана и засыпает
окрестности как при настоящем извержении.
Модель получилась очень наглядной: будь это настоящий вулкан размером
в десять тысяч раз больше (масштаб модели примерно 1:10000), количество и
высота выброса вулканического пепла соответствовали бы катастрофическому
извержению Тамборы в 1815 году.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
14
Заключение
Я изучил причины возникновения вулканов, их строение и процесс
извержения. При этом основное внимание в моем исследовании уделено
тектоническим
(возникающим
при
смещении
земной
коры)
условиям,
необходимым для возникновения вулканов.
Я выявил условия для предполагаемого возникновения вулканов на Урале.
Действительно, существует ряд условий, говорящих о такой возможности:
 Наличие сейсмической активности в регионе.
 Увеличение рифтового разлома на прилегающей к Уралу территории.
 Сравнительно недавнее угасание вулканической активности в северной
части региона Большого Урала.
При этом я рассмотрел гипотезу о возможности возрождения вулканов на
месте рифтового разлома в районе Тюмени подобно пробуждению давно спящих
вулканов.
Учитывая, что Урал относится к сейсмически спокойным регионам
планеты, я сделал вывод, что в настоящее время и в обозримом будущем
возникновение действующих вулканов на Урале маловероятно.
Для демонстрации процесса извержения я построил действующую модель
вулкана, которая показывает, как происходит выброс в атмосферу большого
количества вулканического пепла. На мой взгляд, вулканический пепел создает
самую большую опасность. Горячий пепел засыпает людей, строения, технику на
гораздо большем расстоянии от вулкана, чем лавовые, пирокластические или
селевые потоки. При очень сильном извержении, что уже бывало, облака пепла
способны изменить климат Земли.
Я узнал, что на сегодняшний день существует только одна возможность
спасения от вулканических извержений – прогнозирование времени и силы
извержения и последующая эвакуация людей из района извержения. Для точного
прогнозирования извержений ученым вулканологам предстоит еще проделать
много работы. Изучение вулканов оказалось едва ли не сложнее изучения других
планет.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
15
В дальнейшем, в продолжение исследования вулканов и предполагаю
углубленно изучить методы прогнозирования извержений вулканов и придумать
способ управления извержениями. Тогда вулканы станут более безопасными для
людей.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
16
Список литературы
1.
Большая энциклопедия школьника / Пер. с англ. У.В. Сапциной, А.И.
Кима, Т.В. Сафроновой и др. — М.: ООО «Росмэн-Издат», 2001.
2.
География. Энциклопедия. — М.: Росмэн, 1997.
3.
Планета Земля. Энциклопедия. — М.: Росмэн, 1999.
4.
Вулканы: пер. с англ. — М.: Литтерра, 2011.
5.
Большая детская энциклопедия. 10000 удивительных фактов и явлений. —
М.: Олма-Пресс, 2005.
6.
Плотникова Т. Вулканы древние и современные. Второй Всероссийский
симпозиум по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург. 2003. //
Интернет ресурс: ubras.ru
7.
Внутренние силы Земли. // Интернет ресурс: qbnl.com
8.
Ключевская Е. Сила тверди. Ждать ли землетрясения на Урале. Российская
газета — Неделя — Урал № 5432. 17.03.2011. // Интернет ресурс: rg.ru
9.
Уральский государственный горный университет. // Интернет ресурс
ursmu.ru
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
17
Приложения
Приложение 1.
Извержение вулкана
Эйяфьядлайокюдль в апреле 2010
года. Вулканический пепел
поднимается выше облаков и
уносится на восток – в Европу. Фото
интернет ресурса bigpicture.ru
Приложение 2.
Извержение вулкана Парикутин в
Мексике. Вулканологи имели
возможность изучать вулкан с
момента его возникновения в 1943
году. Фото интернет ресурса
ru.wikipedia.org
Приложение 3.
Литосферные или тектонические
плиты. Их движение является
причиной землетрясений и
вулканических извержений. Фото
интернет ресурса ru.wikipedia.org
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
18
Приложение 4.
Строение вулкана. Фото интернет
ресурса 2012god.net
Приложение 5.
Взрыв вулкана Пуйеуэ в Чили.
Облако пепла достигло высоты 10 км
и засыпало Аргентину. Фото интернет
ресурса loveopium.ru
Приложение 6.
Современный электронный
сейсмограф. Такой прибор сообщает о
приближении извержения. Фото
интернет ресурса geo.metodist.ru
Приложение 7.
Магнитометры. С их помощью
предсказывают извержения. . Фото
интернет ресурса geo.metodist.ru
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
19
Приложение 8.
Карта сейсмической активности для
Среднего Урала (ОСР-97-А).
Екатеринбург попадает в зону
землетрясений силой 6 баллов по 10балльной шкале. Фото интернет
ресурса pts.mi-perm.ru
Приложение 9.
Тюменские горячие водные
источники. Их нахождение указывает
на неглубокое залегание магмы. .
Фото интернет ресурса jemtur.ru
Приложение 10.
Полярный Урал.
Геологи считают, что Уральские горы
имеют не вулканическое, а складчатое
происхождение. Но, взгляните, как
это похоже на кратер давно
потухшего вулкана. . Фото интернет
ресурса uraloved.ru
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А
20
Приложение 11.
Эльбрус.
В истории уже пробуждались
вулканы, считавшиеся потухшими на
протяжении многих поколений
людей. . Фото интернет ресурса
dnepropetrovsk.uainfo.com
Приложение 12.
Действующая
модель
вулкана.
Эксперимент. Февраль 2012 года.
Бызов Тимофей, МБОУ Гимназия № 9, класс 2А