<<
>>

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВУЛКАНИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА СТОК РЕК

  По данным X. Раста (1982), общее количество вулканов в мире составляет 491, а по данным В. И. Влодавца, общее количество действующих вулканов в мире (с 1500 г. до н.э.) - 817; в число последних входят вулканы сольфатарной стадии (201).
Число вулканов по разным источникам различается. В России на Камчатке насчитывается 129 вулканов, из них 30 - активно действующие.
По современным представлениям (Тазиев, 1963; Апродов, 1982), вулканизм является внешней, так называемой эффузивной формой магматизма - процесса, связанного с движением магмы из недр Земли к ее поверхности. На глубине от 50 до 350 км в толще нашей планеты образуются очаги расплавленного вещества - магмы. По участкам дробления и разломов земной коры она поднимается и изливается на поверхность в виде лавы (отличается от магмы тем, что почти не содержит летучих компонентов, которые при падении давления отделяются от магмы и уходят в атмосферу).
В местах извержения возникают лавовые покровы, потоки, вулканы-горы, сложенные лавами и их распыленными частицами - пирокластами. По содержанию главной составляющей - оксиды кремния магмы и образованные ими вулканические породы - вулканиты делят на ультраосновные (оксида кремния менее 40 %), основные (40-52), средние (52-65), кислые (65-75%). Газ, выделяющийся из вулканов, на 50-85% состоит из водяного пара. Свыше 10% приходится на долю углекислого газа, около 5% составляет сернистый газ, 25 - хлористый водород и 02...0.05% - фтористый водород. Сероводород и газообразная сера обычно содержатся в малых количествах. Иногда присутствуют водород, метан и оксид углерода, а также небольшая примесь различных металлов. В газовых выделениях с поверхности лавового потока, покрытого растительностью, был обнаружен аммиак.
Наиболее распространена основная, или базальтовая, магма. Главное влияние на поток солнечной радиации и, следовательно на тепловой режим Земли, оказывает слой сернокислотного аэрозоля, формирующийся в стратосфере из выброшенных вулканами серосодержащих газов. Этот аэрозоль препятствует проникновению солнечного излучения к поверхности Земли. Остальные компоненты вулканических

выбросов имеют значительно меньшее влияние на климат. В зависимости от типа вулкана - эффузивный (выливающий лаву), эксплозивный (взрывной) или экструзивный (выдавливающий) - в окружающую среду выбрасывается тот или иной материал в газообразной, жидкой или твердой форме. Большинство вулканов имеют смешанный тип извержения.
Наиболее мощные извержения вулканов сопровождаются разрушениями и гибелью людей. В 1883 г. при извержении Кракатау утром 27 августа произошел гигантский взрыв, который был слышен в Австралии и на островах западной части Индийского океана на расстоянии 4000-5000 км. На высоту около 80 км поднялось раскаленное газово-пепловое облако. Огромные волны высотой до 30 м, возникшие от взрыва и сотрясения Земли, называемые цунами, вызвали большие разрушения на прилежащих островах Индонезии; ими было смыто с берегов Явы и Суматры около 36 тыс. человек. Объем тефры составил 18 км3, а пепловое облако поднялось на высоту 80 км. Основная фаза этого извержения продолжалась примерно 18 ч. Извержения некоторых вулканов заключаются только в грандиозных газовых взрывах, вследствие чего образуются колоссальные тучи газа и паров воды, насыщенных лавой, поднимающиеся на огромную высоту.
При этом резко возрастает концентрация аэрозоля, как это видно из рис. 5.1 (Борисевич, Границкий).
Существует несколько гипотез возникновения вулканизма. В работе В. М. Федорова (2006) показана роль космических гравитационных и ротационных факторов, в частности влияние Марса. На основании глобально-космических взаимодействий разработан долгосрочный прогноз вулканической деятельности.
Воздействие вулканов на сток рек и уровень озер может происходить на глобальном, региональном и местном уровнях.
Неизбежным следствием извержений вулканов на глобальном уровне связано с мощными эруптивными извержениями, в результате которых наблюдается повышение запыленности атмосферы, снижение температуры летом, повышение зимой, обильное выпадение атмосферных осадков и как следствие рост стока рек. К сожалению, описаний влияния вулканов на режим вод суши в гидрологической литературе нет. Между тем совершенно очевидно, что действие вулканизма на межгодовые колебания стока рек должно быть достаточно значительным.
Подробный анализ влияния извержения вулканов на климат дан в работах Lamb (1977), Логинова (1988), Кондратьева (1985), Хмеленцов и др. (1981). Это влияние осуществляется через запыленность атмосферы, снижение ее прозрачности, рост ядер конденсации. Однако первопричина извержения вулканов кроется в механизме взаимодействия космических тел, что позволяет предварительно приближенно оценивать сроки извержения.
На рис. 5.1 представлена динамика концентрации аэрозоля над Западной Сибирью. Как видно из рисунка, концентрация аэрозоля резко возросла в годы мощных извержений вулканов Эль-Чичон и Пинатубо.
Факторы глобального влияния связаны в первую очередь с изменением климата за счет газопылевых выбросов вулканов, т.е. с изменением концентрации аэрозолей. С ее ростом снижается коэффициент прозрачности атмосферы практически по всему земному шару. Так, в 1912-1913 гг. после извержения вулкана Катмай на
Аляске коэффициент прозрачности атмосферы в Павловске под Санкт-Петербургом упал с 0.74-0.75 до 0.57-0.68. При этом упала температура воздуха и резко возрос сток рек. Скачок стока в годы после извержения вулканов хорошо виден как для малых, так и больших рек различных континентов. Связано это с тем, что при мощных извержениях вулканов запыленность атмосферы прослеживается глобально на всех континентах. Однако отметим, что не всегда этот скачок наблюдается на всех континентах и во все годы, что связано с местными особенностями дрейфа и распределения воздушных течений по земному шару. Кроме того, гидрологический режим рек, озер реагирует на изменение метеорологических параметров с определенной растянутостью во времени. Важно также, на какую фазу стока для той или иной реки приходится год извержения вулкана. В Австралии нет действующих вулканов, но последствия извержения на других континентах четко проявляются на изменении стока р. Муррей с обратным знаком, т.е. после извержения вулканов каждый раз сток уменьшается. Такой режим колебаний стока, по- видимому, связан с неоднозначной реакцией общей циркуляции атмосферы в Южном полушарии на извержение вулканов, расположенных в разных частях света.
Характерно, что величина приращения стока после извержения вулканов составляет весьма большую величину, особенно для рек засушливой зоны. Так, для р. Урал-Кушум в среднем за 5 лет приращение стока составило 244 %, для рек Волги, Белой, Западной Двины, Днепра - 12-38%. Таким образом, наличие обнаруженной закономерности позволяет по данным об извержении вулканов оценить всплеск стока рек на следующий год после извержения. Важно только точно установить его мощность. Следует иметь в виду, что число извержений ежегодно велико,

Рис. 5.1. Многолетний ход среднегодовой концентрации аэрозоля над Западной Сибирью.
Темные столбики - всплески концентрации аэрозоля в 1983 и 1991 гг. связаны с активизацией вулканической деятельности (в 1983 г. - извержение вулкана Эль-Чичон, в 1991 г. - Пинатубо).



ТАБЛИЦА 5.1
Годы мощных извержений вулканов, среднегодовой сток рек евроазиатского континента и мира до (число перед чертой)
и после (за чертой) извержения

Год сЮ-С

Год извержения

Название вулкана

Годы
стока

Среднегодовой расход воды, м3/с

р.Волга-
Волгоград

р. Бслая- Уфа

р.Западная
Двина-
Витебск

р.Иртыш-
Тобольск

р.Днепр-
Смоленск

р. Рейн-Базсль

р. Венерн- Венерсборг

р.Урал-
Кушум

1781

1783

Лаки










1791

1792

Унзен







/>

1811

1815

Тамбора

1815/16






1120/1404

554/606


1881

1883

Кракатау

1881/83


881/996



100/110

1051/1091

427/636


1891

1890

Богослов

1891/92

6420/8640

582/782

190/232


78/86

991/1061

542/536


1901

1902

Мон Пеле

1901/02

7510/8960

626/1030

207/375

1330/2250

101/142

1051/1052

381/534*


1911

1912

Катмай

1911/12

7170/7990

642/799

196/176

1600/2370

70/78

866/1129

516/610


1921

1922

-

1921/22

5180/8560

518/836

100/251

1340/2540

47/105

605/1304

472/375

231/759

1931

1932

Кизапу

1931/32

7520/7400

479/709

242/309

1750/1910

112/116

1250/995

660/635

163/613

1951

1953

Маунт-Спур

1951/53

7490/8120

583/532

178/233

570/1640

94/129

1123/1139

540/580

130/321

1951

1953

Хибок-Хибок

1951/53









1961

1963

Агунг

1961/63

7490/8300

663/869

222/362

2350/1750

96/168

946/1000

596/642

184/243

1981

1982

Эль-Чичон

1981/82

9280/7100

490/833

210/194

1230/1840

106/102

1275/1090

501/511

215/318





7260/8130

607/821

193/266

1600/2040

89/115

1028/1117

519/567

185/451



Ср. Норма стока


7550

691

225

2130

96.6

1040

540

307



Отклонение от нормы, %


-4/8

-4/19

-17/18

—36/-4

-8/19

-1/7

-4/5

-66/47



Увеличение стокал, в %
/>
12

35

38

28

29

9

9

244



Год извержения


Годы
стока

Среднегодовой расход воды, м3/с

Год с Ю-С

Название вулкана

р. Янцзы- Ханькоу

р. Муррсй- Мива

р.Парана-
Корриснтас

р. Луара- Блоиз

р.Чикама-
Солинар

р.Сускочсван-
Харрисбург

р.Нигср-
Коликоро

Оз. Боно- на, США

1781

1783

Лаки










1811

1815

Тамбора

1815/16









1871


Унзен

1871/72

23.9/24.6



211/510





1881

1883

Кракатау

1881/83

22.9/27.4



303/385





1891

1890

Богослов

1891/92

22.8/23.5



371/402





1901

1902

Мон Пеле

1901/02

14.2/20.5*



475/476


1225/1239



1911

1912

Катмай

1911/12

24.3/29.2*

46.5/11.2

15800/19900

278/356

7.7/8.0

913/1051

1277/1583


1921

1922

-

1921/22

22.5/23.4

44.4/20.9

19800/20700

157/359

33.5/35.2

849/820

1240/1405

0.64/1.14

1931

1932

Кизапу

1931/32

23.9/30.0*

54.4/3.56

22500/20900

461/467

16.1/37.9

608/846

2030/1750

0.24/0.31

1941



1941/42

18.1/19.0

22.7/17.7

16000/18000

505/545

31.3/42.7

587/1007

1183/1237

1.02/1.00

1951

1953

Маунт-Спур

1951/53

19.7/26.6

51.5/78.5

15300/14390

466/470

9.3/23.9

1041/1158

1497/2085

0.25/0.36

1961

1963

Агунг

1961/63

22.4/23.5
/>71.9/16.6*
13400/14200

262/291

14.9/31.7

636/797*

1235/1518

-0.21/0.40

1971



1971/72

17.9/24.4

16.4/24.2

14000/17100

300/290

15.8/30.1

930/1670

1155/1257

0.32/0.48

1981

1982

Эль-Чичон

1981/82



17200/25300



767/845







21.1/24.7

46.0/13.0

16750/18800

345/414

18.4/29.9

840/1048

1374/1548

0.45/0.62



Ср.Норма стока


23.3

35.9

16200

368

28.2

950

1510

0.51



Ср. от нормы, %


-10/6

28/-76

3/18

-7/12

-16/11

-13/10

-10/3

-13/22



Увеличение стокал, в %


17

-35

12

20

62

25

13

48

Пр имечание. Жирным шрифтом отмечены годы наибольшего стока как отклик на извержение вулканов в соответствующих 15-летиях, Расходы воды для р. Янцзы-Ханькоу приведены в тыс.м3, значки (*) - сдвиг на один год после извержения вулкана. (л) - средние значения относительного увеличения годового стока после извержения вулкана. Для случая вулкана Богослов сток приводится со сдвигом, так как год (Ю-С), 0 и 180°, наблюдался после извержения вулкана.

но реакция годового стока чаще всего дает отклик на те, которые приурочены к углу Юпитера и Сатурна - 0 и 180° (табл. 5.1).
На региональном и местном уровнях влияние извержения вулканов проявляется неоднозначно и требует подробного анализа общей гидроклиматической и гидрогеологической ситуации. Анализ колебаний стока р. Камчатки показал некоторую зависимость от частоты и мощности извержений камчатских вулканов.
В соответствии с современными представлениями механизм влияния вулканической активности на климат состоит в следующем. Основное влияние на поток солнечной радиации и, следовательно, на тепловой режим Земли оказывает слой сернокислотного аэрозоля, формирующийся в стратосфере из выброшенных вулканами серосодержащих газов. Аэрозоль препятствует проникновению солнечного излучения к поверхности Земли. Остальные компоненты вулканических выбросов имеют значительно меньшее влияние на климат.
Продукты, поступающие на поверхность при вулканических извержениях, существенно различаются по составу и объему. Сами извержения имеют различную интенсивность и продолжительность. На этих характеристиках и основана наиболее употребительная классификация типов извержений. Но бывает, что характер их меняется от одного события к другому, а иногда и в ходе одного и того же извержения.
Плинианский тип. Назван по имени римского ученого Плиния Старшего, который погиб при извержении Везувия в 79 н.э. Извержения этого типа характеризуются наибольшей интенсивностью (в атмосферу на высоту 2050 км выбрасывается большое количество пепла) и происходят непрерывно в течение нескольких часов и даже дней. Пемза дацитового или риолитового состава образуется из вязкой лавы. Продукты вулканических выбросов покрывают большую площадь, а их объем колеблется от 0.1 до 50 км3 и более. Извержение может завершиться обрушением вулканического сооружения и образованием кальдеры. Иногда при извержении возникают палящие тучи, но лавовые потоки образуются не всегда. Мелкий пепел сильным ветром, со скоростью до 100 км/ч разносится на большие расстояния. Пепел, выброшенный в 1932 г. вулканом Серро-Асуль в Чили, был обнаружен в 3000 км от него. К плинианскому типу относится также сильное извержение вулкана Сент-Хеленс (шт. Вашингтон, США) 18 мая 1980 г., когда высота эруптивного столба достигала 6000 м. За 10 ч. непрерывного извержения было выброшено около 0.1 км3 тефры и более 2.35 т сернистого ангидрида. При извержении Кракатау (Индонезия) в 1883 г. объем тефры составил 18 км3, а пепловое облако поднялось на высоту 80 км. Основная фаза этого извержения продолжалась примерно 18 ч.
Анализ 25 наиболее сильных исторических извержений показывает, что периоды покоя, предшествовавшие плинианским извержениям, составляли в среднем 865 лет.
Пелейский тип. Извержения этого типа характеризуются очень вязкой лавой, затвердевающей до выхода из жерла с образованием одного или нескольких экструзивных куполов, выжиманием над ним обелиска, выбросами палящих туч. К этому типу относилось извержение 1902 г. вулкана Монтань-Пеле на о.Мартиника.
Вулканический тип. Извержения этого типа (название происходит от
о.              Вулькано в Средиземном море) непродолжительны - от нескольких минут до часов, но возобновляются каждые несколько дней или недель на протяжении нескольких месяцев. Высота эруптивного столба достигает 20 км. Магма - текучая, базальтового или андезитового состава. Характерно формирование лавовых потоков, а пепловые выбросы и экструзивные купола возникают не всегда. Вулканические сооружения построены из лавы и пирокластического материала (стратовулканы). Объем их довольно велик от 10 до 100 км3. Возраст стратовулканов составляет от 10 000 до 100 000 лет.
Периодичность извержений отдельных вулканов не установлена. К этому типу относится вулкан Фуэго в Гватемале, который извергается каждые несколько лет; выбросы пепла базальтового состава иногда достигают стратосферы, а их объем при одном из извержений составил 0.1 км3.
Извержение вулканов приводит к запыленности атмосферы. В результате в годы мощных извержений температура воздуха падает, годовой сток рек резко повышается по сравнению с предшествующим годом. Это связано с тем, что в годы с углами между Юпитером и Сатурном, равными 0 и 180°, как правило, наблюдается наименьший сток, а на следующий год концентрация аэрозолей в атмосфере, по инструментальным наблюдениям, резко возрастает, что хорошо видно на рис. 5.1. С ростом концентрации аэрозоля снижается коэффициент прозрачности атмосферы. Так, в 1912-1913 гг. после извержения вулкана Катмай на Аляске коэффициент прозрачности атмосферы в Павловске упал с 0.74-0.75 до 0.57-0.68. При этом падает температура воздуха и резко возрастает сток рек.
Скачок стока в годы после извержения вулканов хорошо виден как для малых, так и больших рек различных континентов (табл. 5.1). Отметим, что этот скачок наблюдается не всегда, что связано с местными особенностями гидроклиматического режима и определенной растянутостью во времени волны роста стока. Важно также, на какую фазу стока для той или иной реки приходится год извержения вулкана. Как сказано выше, в Австралии нет действующих вулканов, но после их извержения на других континентах сток р. Муррей каждый раз уменьшается. Такой режим колебаний стока, по-видимому, связан с соответствующей неоднозначной реакцией атмосферы в Южном полушарии.
В общем, отклик речного стока на глобальное воздействие внешних приливных сил Луны и больших планет разнообразно опосредован через сложный многоступенчатый механизм взаимодействия геосфер (атмосфера, литосфера, гидросфера). При этом скачок годового стока после мощных извержений вулканов характерен для многих больших и малых рек мира, что свидетельствует о единой глобальнокосмической причине и неслучайности повышения стока в эти годы. Отметим, что первое звено глобального колебательного процесса находится в верхах перисферы Земли, а также астеносфере и «жидком» ядре, второе звено - в реакции атмосферы на вулканический выброс аэрозолей, изменяя свою прозрачность, температуру, электрическую напряженность и обводненность. Увеличение осадков при этом ведет к увеличению речного стока.
Воздействие подводных вулканов на океаносферу пока недостаточно изучено, но есть веские основания думать, что подводные извержения могут воздействовать на океанический конвейер, а через него - на климат и речной сток. Теория лито

сферно-океанического взаимодействия как раз и предполагает изменение направления течения Гольфстрим при подводных извержениях - паровом взрыве.
В заключение главы необходимо отметить, что воздействие вулканов на речной сток может носить местный, региональный и глобальный характер, а это определяется масштабами извержения и типом вулканов. Так, при извержениях лавовых потоков воздействию подвергается ограниченная территория и сток малых рек может уменьшаться за счет образования запруд и испарения. При эруптивных мощных извержениях с выбросами аэрозолей в верхние слои атмосферы наблюдается глобальное воздействие на атмосферу и с запаздыванием в один год - резкий скачек годового стока (табл. 5.1). Таким образом, межгодовые колебания стока при извержении вулканов - явление не случайное, а закономерное, и по данным мониторинга с заблаговременностью 1-1.5 года можно четко прогнозировать межгодовые колебания речного стока.
<< | >>
Источник: Леонов Е. А.. Космос и сверхдолгосрочный гидрологический прогноз. 2010

Еще по теме ВОЗДЕЙСТВИЕ ВУЛКАНИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА СТОК РЕК:

  1. Перемещение русла рек
  2. ВЕРХНЕЕ, СРЕДНЕЕ И НИЖНЕЕ ТЕЧЕНИЯ РЕК. ПОРОГИ
  3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ГИДРОСФЕРЫ НА ЧЕЛОВЕКА Пути воздействия
  4. Причины вулканических явлений
  5. 11.3. Воздействие химически опасных веществ на организм человека 11.3.1. Виды воздействия АХОВ на организм
  6. Разрушение вулканических гор
  7. ПРЕЖНИЕ ТЕОРИИ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
  8. Продукты вулканических извержений
  9. ВУЛКАНЫ И «ОБЛАСТИ ОПУСКАНИЯ». ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
  10. ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГЕБРИДСКИХ ОСТРОВОВ. ПРЕДАЦЦО              293
  11. Раздел 12 ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОЦЕНОЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПО ОКАЗАНИЮ ФИНАНСОВЫХ УСЛУГ
  12. ФИЛОСОФИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Формы и методы человеческой деятельности. Философская методология
  13. СРЕДА. ФАКТОРЫ И ВОЗДЕЙСТВИЯ
  14. Единство внешней, материальной деятельности и деятельности внутренней, психической