Пирокластический поток - Pyroclastic flow

Пирокластические потоки стекают по бокам Вулкан Майон, Филиппины, в 1984 г.

А пирокластический поток (также известный как ток пирокластической плотности или пирокластическое облако)[1] это быстро движущийся поток горячего газ и вулканическое вещество (вместе известные как тефра ), который течет по земле вдали от вулкана со скоростью в среднем 100 км / ч (62 миль / ч), но способен развивать скорость до 700 км / ч (430 миль / ч).[2] Газы и тефра могут достигать температуры около 1000 ° C (1830 ° F).

Пирокластические потоки - самая смертоносная из всех вулканических опасностей.[3] и производятся в результате определенных взрывные извержения; они обычно касаются земли и падают вниз с холма или разлетаются в стороны под действием силы тяжести. Их скорость зависит от плотности течения, скорости вулканического выброса и крутизны склона.

Происхождение термина

Скалы из Епископский туф, без сжатия с пемза (слева); сжатый с Fiamme (на правом).

Слово пирокласт происходит из Греческий πῦρ, что означает «огонь», и κλαστός, что означает «разбит на куски».[4][5] Название пирокластических потоков, которые светятся красным в темноте, - Nuée Ardente (Фр. «Горящее облако»); это особенно использовалось для описания катастрофического извержения 1902 г. Mount Pelée на Мартиника.[6][примечание 1]

Пирокластические потоки, которые содержат гораздо большую долю газа в породе, известны как «полностью разбавленные течения пирокластической плотности» или пирокластические волны. Более низкая плотность иногда позволяет им течь по более высоким топографическим объектам или водам, таким как хребты, холмы, реки и моря. Они также могут содержать пар, воду и камни при температуре ниже 250 ° C (482 ° F); они называются «холодными» по сравнению с другими потоками, хотя температура все еще смертельно высока. Холодные пирокластические выбросы могут возникать, когда извержение происходит из жерла под мелким озером или морем. Фронты некоторых токов пирокластической плотности полностью разрежены; например, при извержении Mount Pelée в 1902 году полностью разбавленное течение захлестнуло город Сен-Пьер и погибли почти 30 000 человек.[7]

Пирокластический поток - это разновидность гравитационное течение; в научной литературе их иногда сокращают до PDC (пирокластический плотный ток).

Причины

Есть несколько механизмов, которые могут вызвать пирокластический поток:

  • Обрушение фонтана из колонна извержения из Плиниевское извержение (например. Разрушение Везувием Геркуланума и Помпеи ). При таком извержении материал, с силой выбрасываемый из вентиляционного отверстия, нагревает окружающий воздух, и турбулентная смесь поднимается вверх через конвекция, на многие километры. Если извергнутая струя не может достаточно нагреть окружающий воздух, конвекционные потоки не будут достаточно сильными, чтобы унести шлейф вверх, и он падает, стекая по склонам вулкана.
  • Обрушение фонтана из колонна извержения связанный с Вулканическое извержение (например, Монсеррат Soufrière Hills вулкан породил многие из этих смертоносных пирокластических потоков и волн). Газ и снаряды создают облако, более плотное, чем окружающий воздух, и превращаются в пирокластический поток.
  • Пена в устье жерла во время дегазации изверженной лавы. Это может привести к образованию камня под названием игнимбрит. Это произошло во время извержения Новарупта в 1912 г.
  • Гравитационный коллапс купол лавы или хребет, с последующими сходами лавин и спусками по крутому склону (например, Монсеррат Soufrière Hills вулкан, в 1997 году унесший жизни девятнадцать человек).
  • В направленный взрыв (или струи), когда часть вулкана разрушается или взрывается (например, извержение вулкана Сент-Хеленс 18 мая 1980 г. ). По мере удаления от вулкана он быстро превращается в гравитационное течение.

Размер и эффекты

Остатки здания в Франсиско Леоне разрушены пирокластическими волнами и потоками во время извержения Эль-Чичон вулкан в Мексике, 1982 год. Арматурные стержни в бетоне изогнуты в направлении потока.
Ученый исследует блоки пемзы на краю отложения пирокластического потока из Mount St. Helens
Слепки некоторых жертв в так называемом «саду беглецов», Помпеи.

Объемы потока колеблются от нескольких сотен кубических метров (ярдов) до более 1000 кубических километров (~ 240 кубических миль). Более крупные потоки могут распространяться на сотни километров (миль), хотя ни одного такого масштаба не происходило в течение нескольких сотен тысяч лет. Большинство пирокластических потоков составляют от 1 до 10 км.3 (от до 2½ кубических миль) и проехать несколько километров. Потоки обычно состоят из двух частей: базальный поток обнимает землю и содержит более крупные крупные валуны и обломки горных пород, в то время как чрезвычайно горячий пепельный шлейф поднимается над ним из-за турбулентности между потоком и вышележащим воздухом, смешивая и нагревая холодный атмосферный воздух, вызывая расширение и конвекцию.[8]

В кинетическая энергия движущегося облака будет сглаживать деревья и здания на своем пути. Горячие газы и высокая скорость делают их особенно смертоносными, поскольку они мгновенно сжигают живые организмы или превращают их в обугленные окаменелости:

  • Города Помпеи и Геркуланум Италия, например, была охвачена пирокластическими скачками 24 августа 79 г. н.э., унесшими жизни многих людей.[9]
  • Извержение 1902 г. Mount Pelée уничтожил Мартиника город Сен-Пьер. Несмотря на признаки надвигающегося извержения, правительство сочло Сен-Пьер безопасным из-за холмов и долин между ним и вулканом, но пирокластический поток обугил почти весь город, убив всех, кроме двух из его 30 000 жителей.[нужна цитата ]
  • Пирокластическая волна убила вулканологи Гарри Гликен и Катя и Морис Краффт и еще 40 человек на Mount Unzen в Японии, 3 июня 1991 г. Волна началась как пирокластический поток, и более энергичный всплеск поднялся на отрог, на котором стояли Крафтс и другие; он поглотил их, и трупы были покрыты слоем пепла толщиной около 5 мм (0,2 дюйма).[10]
  • 25 июня 1997 г. пирокластический поток прошел по Москито-Гаут на Карибский бассейн остров Монсеррат. Развилась крупная высокоэнергетическая пирокластическая волна. Этот поток не мог быть остановлен гаутом и вылился из него, в результате чего погибли 19 человек, которые находились в районе деревни Стритхэм (которая была официально эвакуирована). Несколько человек в этом районе получили тяжелые ожоги.[нужна цитата ]

Взаимодействие с водой

Свидетельские показания 1883 извержение Кракатау, подтвержденные экспериментальными данными,[11] показывает, что пирокластические потоки могут пересекать значительные водоемы. Однако это может быть пирокластический всплеск, а не поток, потому что плотность гравитационного течения означает, что он не может перемещаться по поверхности воды.[11] Один поток достиг Суматранский побережье до 48 км (30 миль).[12]

Документальный фильм BBC 2006 г. Десять фактов о вулканах, которых вы не знали,[13] продемонстрированные испытания исследовательской группой на Кильский университет, Германия, пирокластических потоков, движущихся над водой.[14] Когда реконструированный пирокластический поток (поток, состоящий в основном из горячего пепла с различной плотностью) ударялся о воду, произошли две вещи: более тяжелый материал упал в воду, выпав из пирокластического потока в жидкость; температура пепла вызвала испарение воды, продвигая пирокластический поток (теперь состоящий только из более легкого материала) по слою пара с еще большей скоростью, чем раньше.

Во время некоторых фаз вулкана Суфриер-Хиллз на Монтсеррате пирокластические потоки снимались на расстоянии около 1 км (0,6 мили) от берега. Они показывают, как вода кипит, когда поток проходит по ней. Потоки в итоге образовали дельту, которая покрыла около 1 км.2 (250 соток).

Пирокластический поток может взаимодействовать с водоемом с образованием большого количества ила, который затем может продолжать течь вниз по склону, как лахар. Это один из нескольких механизмов, которые могут создать лахар.[нужна цитата ]

На Луне

В 1963 году астроном НАСА Уинифред Кэмерон предположил, что лунный эквивалент земных пирокластических потоков мог образовать извилистые Rilles на Луна. При лунном извержении вулкана пирокластическое облако будет следовать за местным рельефом, в результате чего след часто будет извилистым. Луна Долина Шретера предлагает один пример.[15][неосновной источник необходим ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бранни М.Дж. и Кокелаар Б.П. 2002, Пирокластические течения плотности и седиментация игнимбритов. Геологическое общество Лондона Memoir 27, 143pp.
  2. ^ "Пирокластический поток MSH [USGS]". pubs.usgs.gov.
  3. ^ Аукер, Мелани Роуз; Спаркс, Роберт Стивен Джон; Зиберт, Ли; Кросвеллер, Хелен Сиан; Эверт, Джон (14 февраля 2013 г.). «Статистический анализ всемирного исторического отчета о гибели вулканов». Журнал прикладной вулканологии. 2 (1): 2. Дои:10.1186/2191-5040-2-2. ISSN  2191-5040. S2CID  44008872.
  4. ^ Видеть:
    • Джукс, Джозеф Бит (1862). Учебное пособие по геологии (2-е изд.). Эдинбург, Шотландия, Великобритания: Адам и Чарльз Блэк. п.68. С п. 68: «Слово« пепел »не очень хорошо подходит для включения всех механических составляющих субаэрального или субаквального извержения, поскольку пепел, кажется, ограничен мелким порошком, остатком горения. Слово хочет выразить все такие аккомпанементы, независимо от их размера или состояния, когда они накапливаются в такой массе, что образуют пласты «горных пород». Мы могли бы назвать их, возможно, «пирокластическими материалами»…
  5. ^ «Определение κλαστός». Греческий словарь Персей. Университет Тафтса. Получено 8 октября 2020.
  6. ^ Лакруа, А. (1904) La Montagne Pelée et ses Eruptions, Париж, Массон (на французском) Из т. 1, стр. 38: После описания на стр. 37 извержение «плотного черного облака» (nuée noire), Лакруа вводит термин Nuée Ardente: "Peu après l'éruption de ce que j'appellerai désormais la Nuée Ardente, безмерный nuage de cendres couvrait l'ile tout entière, la saupoudrant d'une mince couche de débris volcaniques."(Вскоре после извержения того, что я буду называть впредь плотное светящееся облако [Nuée Ardente] огромное облако золы покрыло весь остров, посыпав его тонким слоем вулканического мусора.)
  7. ^ Артур Н. Стралер (1972), Планета Земля: ее физические системы в геологическом времени
  8. ^ Майерс и Брантли (1995). Информационный бюллетень об опасностях вулканов: опасные явления на вулканах, отчет USGS Open File Report 95-231
  9. ^ Веллер, Роджер (2005). Везувий, Италия. Кафедра геологии колледжа Кочизе. Архивировано из оригинал 23 октября 2010 г.. Получено 15 октября 2010.
  10. ^ Сазерленд, Лин. Ридерз Дайджест Следопыты землетрясений и вулканов. Нью-Йорк: Издательство Велдона Оуэна, 2000.
  11. ^ а б Фройндт, Армин (2003). «Вход горячих пирокластических потоков в море: экспериментальные наблюдения». Вестник вулканологии. 65 (2): 144–164. Bibcode:2002BVol ... 65..144F. Дои:10.1007 / s00445-002-0250-1. S2CID  73620085.
  12. ^ Лагерь, Вик. «КРАКАТАУ, ИНДОНЕЗИЯ (1883 г.)». Как работают вулканы. Департамент геологических наук, Государственный университет Сан-Диего, 31 марта 2006 г. Web. 15 октября 2010 г. [1].
  13. ^ Десять фактов о вулканах, которых вы не знали (2006) на IMDb
  14. ^ Вход горячих пирокластических потоков в море: экспериментальные наблюдения, ИНИСТ.
  15. ^ Кэмерон, У. С. (1964). «Интерпретация долины Шретера и других лунных извилистых каналов». J. Geophys. Res. 69 (12): 2423–2430. Bibcode:1964JGR .... 69.2423C. Дои:10.1029 / JZ069i012p02423.
  • Сигурдсон, Харалдур: Энциклопедия вулканов. Academic Press, 546–548. ISBN  0-12-643140-X.

Примечания

  1. ^ Хотя создание термина Nuée Ardente в 1904 г. приписывается французскому геологу Антуан Лакруа, в соответствии с:
    • Хукер, Марджори (1965). «Происхождение вулканологической концепции Nuée Ardente". Исида. 56 (4): 401–407. Дои:10.1086/350041. S2CID  144772310.
    термин был использован в 1873 году тесть Лакруа и бывший профессор, французский геолог. Фердинанд Андре Фуке в своем описании извержений вулкана 1580 и 1808 годов на острове Сан-Хорхе в Азорские острова.
    • Фуке, Фердинанд (1873 г.). "San Jorge et ses éruptions" [Сан-Хорхе и его извержения]. Revue Scientifique de la France et de l'Étranger. 2-я серия (на французском языке). 2 (51): 1198–1201.
    • С п. 1199: "Un des phénomènes les plus singuliers de cette grande éruption est la production de ce que les témoins contemporains ont appelé des Nuées Ardentes."(Одно из самых странных явлений этого великого извержения - это то, что современные свидетели называют Nuées Ardentes.)
    • С п. 1200: "Les détonations cessent dans la journée du 17, mais alors apparaissent des Nuées Ardent semblables à celles de l'éruption de 1580.«(Взрывы прекращаются в день 17 числа, но затем [там] появляются горящие облака [Nuées Ardent] аналогично извержению 1580 г.)
    Марджори Хукер - (Хукер, 1965), стр. 405 - записи о том, что отец Жуан Инасио да Силвейра (1767–1852) из ​​деревни Санту Амаро на острове Сан-Хорхе написал отчет об извержении 1808 года, в котором он описал Ardente Nuven («горящее облако» по-португальски), стекавшее со склонов вулкана. Отчет Сильвейры был опубликован в 1871 году и переиздан в 1883 году.
    • Сильвейра, Жоао Инасио да (1883). «XXVIII. Anno de 1808. Erupção na ilha de S. Jorge [XXVIII. Год 1808. Извержение на острове Сан-Хорхе.]». В Канто, Эрнесто делать (ред.). Archivo dos Açores [Архив Азорских островов] (на португальском). Понта-Делгада, Сан-Мигель, Азорские острова: Archivo dos Açores. С. 437–441. Со стр. 439–440: "Em desassete do dito mês de Maio… de repente se levantou um tufão de fogo ou vulcão e Introductionzindo-se nas terras lavradias levantou todos aqueles campos até abaixo às vinhas com todas as árvores e bardos, fazendo-e uma Ardente Nuvem e correndo até abaixo de igreja queimou trinta e tantas pessoas na igreja e nos campos…«(Семнадцатого числа указанного месяца мая ... внезапно из вулкана поднялся тайфун огня, и [он] проник в сельскохозяйственные угодья, поднял все эти поля до виноградников, со всеми деревьями и живыми изгородями, образовав грозное и пылающее облако [Ardente Nuvem] и сбежав в церковь, сожгли более тридцати человек в церкви и на полях…)

внешняя ссылка