Вулкандар қалай пайда болады және неліктен атқылайды?

Жер бізге қатты және қозғалмайтын болып көрінеді, алайда жұқа қыртыстың астында қызып тұрған, үздіксіз қозғалатын зат жасырынған. Планетамыз өзінің ішкі өмірімен өмір сүреді — адамдық өлшемдер бойынша баяу, бірақ бөлінетін энергияның ауқымы бойынша өте қуатты. Жанартаулар осы жасырын белсенділіктің ең айқын көріністерінің бірі: Жердің ішкі мазмұны бетке шығатын жерлер. Олар бір мезгілде жояды және жасайды — қалаларды жойып, жаңа аралдар түзеді, ауаны улайды және топырақты байытады. Осы отты тауларды қалай пайда болатынын және оларды ояту не себеп болатынын түсіну — планетаның жүрегіне үңілу дегенді білдіреді.

Жердің құрылысы және магма қайдан пайда болады

Жанартаулар туралы айтар алдында планетаның өзінің құрылысын түсіну қажет. Жер бірнеше концентрлік қабықтан тұрады, олардың әрқайсысы өзінің физикалық қасиеттері мен химиялық құрамына ие.

Планетаның негізгі қабаттары келесідей:

• қатты қыртыс — біз өмір сүретін қалыңдығы 5-тен 70 шақырымға дейінгі ең жұқа қабат;
• мантия — қыздырылған, ішінара балқыған жыныстардан тұратын қалыңдығы шамамен 2 900 шақырым болатын қуатты қабат;
• сыртқы ядро — Жердің магнит өрісін жасайтын темір мен никельден тұратын сұйық қабат;
• ішкі ядро — температурасы 5 000 Цельсий градусынан асатын диаметрі шамамен 2 400 шақырым болатын қатты темір-никель шары.

Дәл мантияда — екінші қабатта — кейіннен жанартауларды қоректендіретін магма туады. Температура онда 1 000-1 300 Цельсий градусына жетеді, бұл қысым төмендегенде жыныстарды балқыту үшін жеткілікті — расплав пайда болуының негізгі механизмдерінің бірі.

Тектониялық плиталар — вулканизмнің басты қозғаушысы

Жер қыртысы монолитті емес — ол тектониялық плиталар деп аталатын бірнеше ірі және көптеген ұсақ фрагменттерге бөлінген. Бұл плиталар жылына бірден бірнеше сантиметрге дейін жылдамдықпен үздіксіз қозғалады — шамамен адам тырнақтарының өсу жылдамдығымен. Дәл плиталардың өз шекараларындағы өзара әрекеттесуі планетадағы жанартаулардың басым бөлігін тудырады.

Плиталар арасындағы шекараның үш түрі бар, олардың әрқайсысы вулканизмді өзіндік жолмен тудырады.

1. Субдукция аймақтары — бір плита екіншісінің астына батып кіретін жерлер — планетаның вулкандық тұрғыдан ең белсенді учаскелері болып табылады. Мантияға батып кіре отырып, тығызырақ мұхиттық плита қызып, су және басқа ұшпа заттарды бөледі, олар қоршаған жыныстардың балқу температурасын төмендетеді. Осылайша қыртыс қалыңдығы арқылы көтерілетін және жанартаулар тізбегін қоректендіретін магма пайда болады — мысалы, әлемдегі барлық белсенді жанартаулардың шамамен 75 пайызы шоғырланған Тынық мұхиттың «Отты шеңбері».
2. Спрединг аймақтары — плиталар екі жаққа алшақтайтын мұхит ортасындағы жоталар — су астында жасырынған алып вулкандық жүйелерді білдіреді. Плиталар ажырай бергенде, астындағы мантияға түсетін қысым азаяды, және жыныстар қосымша қыздырусыз ішінара балқиды. Бұл процесс үздіксіз жаңа мұхит түбін қалыптастырады — мысалы, Орта-Атлантикалық жота жылына шамамен екі жарым сантиметр жаңа қыртыс өндіреді.
3. Континенттердегі рифтік аймақтар плиталар тікелей материк ішінде алшақтай бастаған жерде пайда болады. Шығыс Африкалық рифт — ең жарқын мысалдардың бірі — африкалық континентті бірте-бірте жарып жатыр, және оның бойында Килиманджаро мен Найрагондыны қоса алғанда көптеген белсенді жанартаулар орналасқан. Миллиондаған жылдардан кейін бұл рифт жаңа мұхитқа айналуы мүмкін.

Осылайша, жанартаулардың басым бөлігі плиталар шекараларына орналасқан — дәл осі себептен олардың дүние жүзі картасындағы таралуы кездейсоқ емес, нақты заңдылыққа бағынады.

Ыстық нүктелер — плиталық шекарадан алыстағы жанартаулар

Барлық жанартаулар плиталар шекарасында пайда болмайды. Олардың кейбіреулері плиталардың ортасында — айқын тектоникалық жарықтардан алыста орналасқан. Бұны мантияның аномальды ыстық учаскелері — «ыстық нүктелер» тұжырымдамасы түсіндіреді, олар арқылы магма струялары қозғалатын қыртысты оның шеттерінен тәуелсіз тесіп өтеді.

Ыстық нүкте қозғалмай тұрады, ал оның үстіндегі плита баяу жылжиды. Бұл тән жанартаулар тізбегін жасайды — ескі және сөнген нүктеден алыс орналасады, ал жас және белсенді — тікелей оның үстінде. Гавай аралдары бұл механизмнің классикалық мысалы болып табылады: бүкіл архипелаг ондаған миллион жыл бойы бір ыстық нүктемен дәйекті жасалған жанартаулар тізбегін білдіреді.

Жанартаулар неліктен атқылайды

Жанартаудың пайда болуы — тарихтың тек жартысы. Жиналған магманы сыртқа шығаруға не себеп болатынын түсіну одан кем маңызды емес. Бұл процесс бірнеше өзара байланысты факторлармен анықталады.

Атқылаудың қозғаушы күштері мыналар:

• магмалық ошақта магманың жиналуы қоршаған жыныстарға қысым жасайды, ол ерте ме, кеш пе олардың беріктігінен асып кетеді;
• магмада еріген газдар — негізінен су буы, көмірқышқыл газы және күкірт диоксиді — қысым төмендегенде балқымадан бөлініп, оның көлемін күрт арттырады;
• төменнен жаңа ыстық магма бөліктерінің келуі камерадағы қысымды «қоректендіреді» және жүйенің разрядтануын тудырады;
• жер сілкінісі магмалық жүйедегі тепе-теңдікті лезде бұзып, балқыманың шығуына жол ашуы мүмкін.

Газдардың рөлі бұл процесте ерекше маңызды — дәл олар балқыманың баяу сіңуін жарылыс тәрізді атқылауға айналдырады. Магма жабық бөтелкедегі газдалған сусынға ұқсайды: қысым түсе берсе, көпіршіктер тез кеңейіп, балқыманы іштен жарып жібереді.

Атқылаулардың түрлері және олардың сипаты

Барлық атқылаулар бірдей емес — лақтырудың сипаты ең алдымен магманың құрамымен және ондағы еріген газдардың мөлшерімен анықталады. Бұл бір жанартаулардың тыныш ағатынын, ал басқаларының қорқынышты күшпен жарылатынын түсіндіреді.

Вулкандық белсенділіктің негізгі түрлері принципті түрде ерекшеленеді.

1. Эффузивті немесе жарықшалы атқылаулар кремний диоксидінің мөлшері төмен және ағымдылығы жоғары базальттық магмаларға тән. Лава тыныш ағып шығып, орасан зор қашықтыққа жайылады, жайпақ қалқандық жанартаулар түзеді — дәл осылай Гавайдың Мауна-Лоа және Килауэа жанартаулары ұстанады. Мұндай атқылаулар апатты жарылыстарсыз айлар мен жылдар бойы жалғасады.
2. Эксплозивті атқылаулар еріген газдарды нашар шығаратын тұтқыр, кремний диоксидіне бай магма кезінде болады. Қысым сыни мәндерге дейін жетіп, орасан зор қуатты жарылыспен шешіледі — дәл 1980 жылы Сент-Хеленс жанартауымен дәл осылай болды, жарылыс тауының бүкіл беткейін ұшырып жіберді. Мұндай атқылаулардан шыққан күл бұлттары ондаған шақырым биіктікке көтеріліп, бүкіл планетаның климатына ықпал ете алады.
3. Су асты атқылаулары жер қыртысының басым бөлігін қалыптастырады, дегенмен адамдар үшін іс жүзінде көрінбейді. Қыздырылған лаваның суық теңіз суымен байланысы барлық мұхиттардың түбін жапқан тән «жастықша» базальттарды — дөңгелек құрылымдарды — жасайды. Су асты жанартауы жеткілікті биіктікке өскенде, ол бетке шығып, жаңа арал түзеді — дәл осылай 1963 жылы Исландия жағалауы маңында Суртсей аралы пайда болды.
4. Супержанартаулық атқылаулар магма лақтыруы қарапайым атқылаудан мыңдаған есе асатын сирек, бірақ өте қуатты оқиғаларды білдіреді. АҚШ-тағы Йеллоустон кальдерасы соңғы апатты атқылауы шамамен 640 000 жыл бұрын болған ірі белсенді супержанартау болып табылады. Мұндай масштабтағы лақтыру бүкіл планетаның климатын жылдар бойы өзгертуге қабілетті.

Атқылау түрлерінің арасындағы айырмашылық үлкен практикалық маңызға ие: ғалымдар нақты жанартаудың мінез-құлқын тек оның магмасының құрамы мен алдыңғы белсенділіктің тарихын біліп қана болжай алады.

Жанартаулар және Жердегі тіршілік

Жанартаулар тек жоймайды — олар планетадағы тіршіліктің болуының іргелі жағдайларының бірі болып табылады. Миллиардтаған жылдар бойы вулкандық газдар атмосфера мен гидросфераны қалыптастырды, және бұл үздіксіз процесс болмасаңыз Жер ғарышта тіршіліксіз тас болып қалар еді.

Қазіргі жанартаулар биосфераның жұмыс істеуінде маңызды рөл атқаруын жалғастыруда:

• вулкандық күл топырақты фосфор, калий және басқа элементтермен байытады, іргелес жерлерді ерекше өнімді ете түседі;
• лақтырылатын көмірқышқыл газы планетаның климатына ықпал ете отырып жаһандық көміртекті айналымға қатысады;
• вулкандық жылумен қоректенетін теңіз түбіндегі гидротермалды бастаулар күн жарығына тәуелді емес бірегей экожүйелерді қолдайды;
• тереңнен магма шығарып алған минералды байлықтар металдар мен басқа бағалы ресурстардың кен орындарын қалыптастырады.

Осылайша, вулканизм — аномалия да, кездейсоқтық та емес, Жерді тіршілікке жарамды ете отырып, оны осы күйде ұстап тұруды жалғастыратын сол планеталық машинаның ажырамас бөлігі.

Жанартаулар табиғаттың басты қайшылықтарының бірін бейнелейді — олар бір мезгілде жою және жасау агенттері, тіршілік үшін қауіп және оның қажетті жағдайы. Олардың пайда болу механизмдерін және белсенділігін түсіну тек ғылыми қызығушылықты қанағаттандырып қана қоймай, қауіпті атқылауларды болжауға және адам өмірін сақтауға да көмектеседі. Планетамыз жанартаулардың жерлестері арқылы «тыныс алуын» жалғастыруда, және бұл тыныс алу — тек бізге тән күрделі тіршіліктің болуы мүмкін болатын тірі, серпінді Жердің белгісі.