Вулка́н — геологічне утворення, яке виникає над каналами та тріщинами у земній корі, якими на поверхню викидаються лава, попіл, гарячі гази, водяна пара й уламки гірських порід. Галузь геології, яка вивчає вулкани, називається вулканологією.
Етимологія Слово «вулкан» походить від вулканічного острова Вулькано, назва якого походить від римського бога Вулкана, чия кузня, за віруванням стародавніх римлян, була на цьому острові.
Загальний опис
Основною причиною виверження вулкана є тиск газів у магмі. Вулкани поділяють на діючі (активні), потенційно діючі, умовно згаслі і згасліПаранько І.Геологія з основами геоморфології : навч. посібник / І. Паранько, І. Сіворонов, О. Мамедов. – Кривий Ріг : Мінерал, 2008. – 373 с.Куровець М.І., Гунька Н.Н. Основи геології. Підручник для вузів.- Львів,1997 р. – 694 с. з іл..
Вулкани зазвичай мають конусоподібну форму з кратером — лійкоподібним заглибленням на вершині. Виверження деяких вулканів, наприклад, Стромболі і Везувію в Італії, проходить із вибухом, несучи великі руйнування, інші, наприклад, на Гаваях, «тихі»: лава просто піднімається по кратеру та переливається через край.
Залежно від складу й в'язкості продуктів виверження розрізняють: конусо- та куполоподібні; щитові; масивні вулкани.
Вулкани можуть бути як поодинокими, так і ланцюгово витягнутими вздовж регіональних розломів. Вони розрізняються за розмірами, формою, параметрами кратера і підвідного каналу — жерла. Вулкан часто утворює конічну форму, що має назву вулканічний конус (рис.). Висота вулканічного конуса залежить від віку вулкана і характеру його вивержень. Як правило, чим старішим є вулкан, тим вищим є його конус, що складається із затверділих потоків лави і вулканічних уламків. Висоти конусів — від перших сотень до 8–9 тис. м (Везувій — 1186 м, Етна — 3522 м, Ключевська сопка — 4850 м та ін.). Найвищі вулкани знаходяться в Андах (Аконкагуа — 6960 м) та на Гавайських островах у Тихому океані (Мауна Лоа — 8766 м).
Форма вулканічних конусів зазвичай є неправильною, бо вона змінюється під час сильних вивержень: вибухом зривається верхівка основного конуса і останній просідає у порожнину, що утворюється під ним. При цьому формуються такі типи вулканічних надбудов, як кальдери, соми, маари.
Щорічно на Землі відбувається приблизно 50 вивержень вулканів. В залежності від форми підводних каналів розрізняють вулкани центральні й тріщинні, за глибиною магматичних вогнищ — мантійного, корового і мішаного живлення. Вулкани найчастіше розташовані в тектонічно активних районах, найбільше їх — на острівних дугах і в горах.
Всього на Землі відомо 1343 активних вулканів. На думку деяких дослідників найбільшим вулканом Землі є Єллоустонський. Цей вулкан належить до згаслих. Його останнє потужне виверження відбулося 600 тис. років тому. Але за останні 100 років зафіксовано підняття центру кальдери цього вулкана на 8 м, що свідчить про збільшення внутрішнього тиску.
За розміщенням на поверхні Землі вулкани поділяються на наземні та підводні. Наземні вулкани (79 %) зосереджені вздовж глибинних розломів (у більшості випадків по узбережжю океанів та морів, на острівних дугах та океанічних (вулканічних) островах). Підводні вулкани (21 %) розташовані на океанічному дні і серединних океанічних хребтах. Багато з підводних конусів з часом стають наземними.
Сильними виверженнями уславився відомий вулкан Кракатау, який знаходиться в Зондській протоці між островами Ява і Суматра. Його висота 813 м. Під час виверження Кракатау в 1883 випало понад 18 км³ попелу. Воно викликало цунамі і призвело до десятків тисяч жертв. Найбільш катастрофічними в історії людства також вважаються виверження індонезійського вулкана Тоба.
Вулкани Землі виносять на поверхню в середньому не менше за 5–6 км³ вулканічного матеріалу на рік, приблизно 80 % якого припадає на підводні вулкани та лише 20 % на наземні. Найінтенсивніше винесення вулканічного матеріалу (близько 4 км³ на рік) відбувається вздовж рифтових зон серединно-океанічних хребтів. Максимальна відносна висота (перевищення вершини конуса над основою) діючих вулканів Землі сягає в океанах — 9 км, в острівних дугах — 6 км, в гірських спорудах — 3 км. В океанах відомі тільки вулкани мантійного живлення (Кілауеа на Гавайських островах, Тейде на острові Тенерифе та інші), а на острівних дугах і континентальних платформах — мантійного, корового і змішаного (Ключевська Сопка, Шивелуч і Каримська Сопка на Камчатці, Кіліманджаро в Африці, Везувій в Італії і т. д.) живлення, в гірських спорудах — тільки корові (Ельбрус на Кавказі, Лассен-Пік у Північній Америці та інші). У залежності від кількості, співвідношення вулканічних продуктів (газоподібних, рідких і твердих), в'язкості лав виділені чотири головні типи вивержень: ефузивний, змішаний, екструзивний і експлозивний або, відповідно, — гавайський, стромболіанський, купольний і вулкановий.
На території України стародавні (мезокайнозойські) вулканічні апарати виявлено у гірських масивах Карпат та Криму. Аполлонівський палеовулкан — один із найдавніших згаслих палеовулканів планети.
Дія вулканів
Під час виверження вулкани викидають в атмосферу гази, склад яких значно змінюється від одного вулкана до іншого. Зазвичай основним вулканічним газом є водяна пара. Іншими типовими складовими є вуглекислий газ та двоокис сірки. Інші важливі домішки — сірководень, хлорид водню та фторид водню. У меншій кількості вулкани викидають чадний газ, галокарбони, органічні сполуки й хлориди металів.
При потужних виверженнях вулканічні гази, попіл викидаються у стратосферу на висоту 16–20 км. Найважливішим наслідком цього є перетворення двоокису сірки в сірчану кислоту (H2SO4), яка швидко конденсується, утворюючи сірчані аерозолі. Аерозолі збільшують альбедо Землі. Відбиття сонячної радіації в космос понижує температуру нижніх шарів атмосфери — тропосфери. Водночас вони затримують теплове випромінювання Землі, нагріваючи стратосферу. Кілька вивержень впродовж останнього століття призвели до зниження середньої температури поверхні Землі на кілька десятих градуса на період від одного до трьох років. Діоксид сірки з вулкана Вайнапутіна в Перу, можливо, був причиною голоду в Росії 1601–1603 років.
Дуже потужні виверження вулканів часто називаються серед можливих причин масових вимирань.
Виверження вулканів
Основною і найгрізнішою силою вулкана є його виверження. Виверження — природне явище, яке виражається в тому, що магма, разом з газами, які є в ній, проривається з глибоких частин Землі на поверхню. Магма (грец. «тісто», «каша») — маса розплавленої кам'яної породи, яка розташована на великій глибині і насичена газами. Магма, яка вилившись на поверхню, втратила багато газів, називається лавою. Лава — це також кристалічна гірська порода, яка містить багато силікатних сполук. Якщо кількість кремнезему (SiO2) в ній велика (~75 %), то утворюється в'язка, мало текуча маса (ріолітова лава), але коли SiO2 мало (38 %), то витікає рідка і дуже текуча лава (базальтова).
Виверження вулканів залежить від багатьох чинників, а саме: від геологічної будови району, порід, з яких складається район, на якій глибині знаходиться вулканічне вогнище і який склад магми. Часто під час горотворення в земній корі утворюються складки, виникають розколини, якими магма піднімається вгору. І головну роль у цьому піднятті відіграє величезний тиск, який створює земна кора. Натискаючи на магму, земна кора змушує її підійматися розколинами вверх на поверхню землі. Але водночас діють і гази, які містяться в магмі. Вони, намагаючись піднятися розколинами вгору, виштовхують і магму. З її підійманням тиск земної кори зменшується, тому потім магма стає більш плинною і виливається на поверхню. Вулканічним виверженням часто передують потужні вибухи. При цьому струменями газу з вулкана викидається велика кількість вулканічного попелу — легкого дрібного порошку сірого кольору з осколків старої та дрібніших частинок рідкої лави (деколи він, змішуючись з атмосферними опадами чи водами розплавлених снігових масивів або льодовиків, утворює грязеві потоки); вулканічного піску — невеличких кусків лави, розміром з горошину; лапілей - уламків пористої лави або магми розміром від горошини до волоського горіха. Великі уламки, що іноді досягають у величині двоповерхового будинку, називаються вулканічними бомбами. Одна з бомб об'ємом 25 м³, викинута італійським вулканом Вулькано, важила близько 70 т. Ці викиди іноді покривають землю на тисячі км².
Також перед виверженнями проходять вулканічні землетруси, які пов'язані із зародженням і рухом рідкої або в'язкої магми та з вибухами газів в кратері вулкана. Їхні вогнища завжди локалізовані в невеликому просторі, поблизу магматичного вогнища і вихідного каналу вулкана. На відміну від тектонічних, ці землетруси завжди проходять великими серіями, відображаючи процес поступовим зростання тиску в магмі вогнищі і вихідному каналі. Зазвичай вулканічні землетруси слабші тектонічних тому, що їхні вогнища лежать на менших глибинах і джерело, яке викликає їх знаходиться на невеликому просторі земної кори.
Склад вулканічних продуктів у різних вулканах також різний. За кількістю кремнезему можна визначити рідка лава чи в'язка. За вмістом в газах водяної пари, СО2, Н2S, можна дізнатися внаслідок яких процесів вони утворилися. Динаміку виверження розрізняють ефузивну, — якщо виверження в основному проходить вилиттям лави; екструзивне характеризується вижаттям лавових куполів; експлозивне, де головну роль відіграють вибухи та комплексне — суміш всіх вище названих характерів вивержень.
Класифікація вивержень Вулкани характеризуються за типами вивержень. Найголовнішими типами є: вулканічний, плініанський, стромболійський, пеленський, гавайський і тріщинний.
Перший тип — вулканічний (назва походить від вулкана Вулкано), відрізняється в'язкою магмою, яка часто закорковує жерло, не даючи виходу газам, і вони накопичуються під таким високим тиском, що час від часу відбуваються потужні вибухи. Виверження цього типу нетривалі — від декількох хвилин до кількох годин, але відновлюються кожні кілька днів чи тижнів протягом декількох місяців. Висота, на яку викидається вулканічні продукти досягає 20 км.
Другий тип — плініанський (назва походить від імені римського вченого Плінія Старшого, який помер при виверженні Везувію в 79 р. н. е.) Цей тип вважається найбільш вибухонебезпечним, до нього відноситься знамените виверження Везувію в 79 р.н. е., яке поховало під шаром попелу міста Помпеї та Геркуланум. Надзвичайно в'язка магма часто закорковує вихід газам, що призводить до пізнішого вибуху і утворенню кальдер (іспан. «киплячий котел»), в кращому випадку, до знищення цілого вулкана, в гіршому (як це було з вулканом Кракатау в 1883 p.). Вулканічні продукти викидаються на висоту до 50 км і покривають велику площу; об'єм викидів — від 0,1 до 50 км³.
Третій тип — стромболійський (від влкн. Стромболі), характеризується безперервною еруптивною (вибуховою) діяльністю протягом кількох місяців і навіть років, висота еруптивного стовпа (вивержених матеріалів) до 10 км. Магма рідка, газів і вулканічних бомб багато, попелу мало.
Ще одним типом є пелейський (від вулкана Мон-Пеле). Характеризується дуже в'язкою магмою, яка твердіє до виходу з жерла, утворенням лавових куполів і викидом «вогненних хмар» (суміші розпечених газів і попелу).
Гавайський тип вважають найспокійнішим. Дуже рідка лава спокійно витікає, твердих продуктів і попелу мало, а схили конуса до 10°.
Тріщинні виверження виявляють у вилитті лави з системи тріщин з пізнішим утворенням вулкана.
Другим за чим класифікують виверження вулкана є: масштаб (об'єм вивержених продуктів), склад виверженого матеріалу, динаміка.
Масштаб виверження вулкана поділяється на 5 класів: І клас — об'єм вивержених матеріалів понад 100 км³; II клас — від 10 до 100 км³; III клас — від 1 до 10 км³; IV клас — від 0,1 до 1 км³; останній, V клас — виверженого матеріалу менше ніж 0,1 км³.
Жителі Нікарагуа раніше вважали, що якщо кинути в вулкан гарну дівчину, то виверження обов'язково припиниться