Вулканический пепел, его роль в природе и жизни людей

Панин А. В.

«Моисей простер руку свою к небу, и была густая тьма по всей земле Египетской три дня; не видели друг друга, и никто не вставал с места своего три дня»

(Исх.10:22-23)

У большинства из нас при слове «вулкан» встает в глазах Помпея, погибшая при извержении Везувия в 79 г н.э. и превращенная в зрительный образ художником Карлом Брюлловым. Вулканизм, это грозное явление природы, изучается специальной наукой вулканологией. Сжигающие все на своем пути лавовые потоки и палящие тучи, потопы-йокульлаупы (выбросы вод расплавленных вулканами ледников), мощные всеразрушающие землетрясения, опустошающие морские берега цунами многократно описаны и в научно-популярной литературе. Автор же хотел бы обратить внимание на один из феноменов вулканической деятельности, обычно остающийся в тени ее катастрофических проявлений и до последнего времени интересовавший больше специалистов, чем широкую публику.

Речь идет о выбросах в атмосферу мельчайших твердых частиц - вулканического пепла. В отличие от катастрофических последствий извержений, имеющих локальный, а в масштабах Земли буквально точечный охват (кроме цунами), вулканическое запыление атмосферы и пеплопады затрагивают крупные регионы и влияют даже на глобальный климат. Информационным поводом для этого разговора послужило недавнее извержение исландского вулкана Эйяфьятлайокудль. Мощные выбросы пепла в атмосферу парализовали воздушное сообщение над Европой. По всему миру отменено или перенесено более 100 тысяч авиарейсов, пострадали около десяти миллионов пассажиров, авиакомпании понесли ущерб в 2, 5 миллиарда евро.

Что такое вулканический пепел

Но начнем по порядку: что такое вулканический пепел и как он образуется. При вулканическом извержении из недр на земную поверхность и в атмосферу попадет три вида продуктов: лава (расплав горных пород), пирокласты, или тефра (твердые частицы разного размера: пепел – частица размером с пылинки (сотые доли миллиметра), лапилли – мелкие камушки, вулканические бомбы – крупные обломки) и различные газы. Подсчитано, что в целом вулканы извергают пирокластов в шесть раз больше, чем лав.

Когда магма (будущая лава) находится на глубине под огромным давлением, в ней растворено много газов. Здесь действует физический закон: растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна давлению. По мере приближения магмы к поверхности и падения давления происходит дегазация - излишки газов выделяются в виде пузырьков. По трещинам газы мигрируют к земной поверхности и попадают в воздух в виде дымков, называемых фумаролами и считающихся признаками активности вулкана. Самая опасная ситуация создается в том случае, если у выделяющихся в недрах газов нет возможности рассеяться и они скапливаются под землей. Нарастание давления может привести к мощному взрыву с разрушением верхушки вулкана, а то и всей вулканической постройки целиком. Другой тип вулканических катастроф – обрушение верхушки вулкана в подземные пустоты, образовавшиеся при извержении в результате ухода магмы. Так образуется кальдера – огромный (диметром от 1, 5 до 15-20 км) округлый провал глубиной многие сотни метров.

С поверхности лавового озера, кипящего в кратере вулкана, постоянно выделяются горячие газы – именно поэтому лава кипит и пузырится. Поднимаясь с большой скоростью вверх, газы увлекают с собой мелкие капельки лавы, которые быстро затвердевают и превращаются в частицы вулканического пепла. Так и возникает пепловая колонна, или пепловый плюм, поднимающийся над вулканом на большие высоты (иногда до стратосферы) и разносящийся затем воздушными потоками на сотни и тысячи километров от эпицентра извержения. Из воздуха пепел осаждается атмосферными осадками. Если концентрация пепла в воздухе была велика, на поверхности суши образуется целый слой пепла. Вблизи вулкана за одно извержение может осесть слой пепла и более крупных пирокластов толщиной в метры и даже первые десятки метров. С удалением от вулкана концентрация пепла в атмосфере убывает пропорционально квадрату расстояния, и толщина пепловых слоев быстро падает.

Вулканы и погода

Давно замечено, что после сильнейших вулканических извержений обычно следует заметное снижение температуры в отдельных регионах и даже глобально. Такого рода эффект называют «вулканической зимой», по аналогии с «ядерной зимой». Он вызывается выброшенным в атмосферу пеплом и капельками серной кислоты, которые уменьшают проницаемость атмосферы для солнечной радиации и увеличивают так называемое альбедо Земли – долю радиации, которая отражается обратно в космос. Понятно, что количество радиации, достигшей земной поверхности и идущей на нагревание приземного воздуха, уменьшается. Однако из тропосферы (нижние 10-18 км атмосферы) загрязнение быстро, от нескольких дней до нескольких месяцев, вымывается дождями, в то время как после сильных извержений отмечались похолодания длительностью до трех-четырех лет. Их связывают с проникновением наиболее мелких аэрозольных компонентов пеплового материала в стратосферу (до высот 40-50 км), где атмосферных осадков практически не бывает, и очищение от загрязнений происходит гораздо медленнее. Вот некоторые наиболее известные исторические примеры «вулканической зимы».

Огромные тучи пепла были выброшены в атмосферу в результате взрыва островного вулкана Санторин в Эгейском море, считающегося самым сильным извержением за историческое время. На самом острове толщина слоя пепла местами превышает двадца