Фізика Виверження Вулканів: Магма, Тиск та Пірокластичні Потоки

Siliceous Content Determines Everything

Magma is molten rock originating from the mantle or melted crust, and its silica (SiO₂) content represents the most critical factor governing volcanic eruptions. High-silica magma forms extended polymer chains, resulting in extreme viscosity – comparable to asphalt – effectively trapping any gas attempting to escape. Conversely, low-silica basalt exhibits properties akin to honey, facilitating easy ascent and release of gas bubbles.

Type      SiO2 %   Viscosity (Pa·s)   Character
Basalt     45-52    10-100              Low-viscosity, runny
Andesite   52-63    10³-10⁵             Intermediate
Rhyolite   68-77    10⁸-10¹²            Extremely viscous

Compare: water = 10⁻³ Pa·s, honey = 10-100 Pa·s, asphalt = 10⁸ Pa·s

Виверження вулканів: Фізика магми, виділення газів та шкала інтенсивності вивержень (ШІВ)

Глибоко під землею магма знаходиться під величезним літостатичним тиском — на глибині 5 км він становить приблизно 130 МПа — і на цих рівнях вода, CO₂ та SO₂ залишаються розчиненими у розплаві, точно так само, як CO₂ в герметичній пляшці з газом. Піднімаючись, тиск падає нижче точки насичення цих газів, утворюються бульбашки на кристалічних поверхнях і ростуть, коли в них дифундує більше газу. У мантії з низькою в'язкістю базальту бульбашки піднімаються, об’єднуються та виходять плавно, що призводить до ефективного виверження. У мантії з високою в’язкістю базальту бульбашки не можуть виходити — вони ростуть, поки магма не розщеплюється на пірокластичні фрагменти, і декомпресійний удар поширюється вниз по каналу майже звуковою швидкістю як вибухове виверження.

Виверження вулканів: Ефективні, Стромболіанські та Плінні

Вулкани щита, такі як Кілауеа та Мауна Лоа, вивергають рідке базальтове лаву, яка рухається зі швидкістю 1–50 км/год — виверження Кілауеї 2018 року зруйнувало 700 будинків за три місяці, але рідко було смертельним, оскільки була можливість евакуації. Стромболіанські виверження виробляють дискретні вибухи кожні кілька хвилин, коли газові кулі вириваються на поверхню — сам вулкан Стромболі майже безперервно активний понад 2000 років. Найбільш потужний і небезпечний стиль називається Плінним, названий на честь Плінія Старшого, який загинув, спостерігаючи за виверженням Везувію в 79 році н.е.: безперервний струмінь газу та пірокластиків виривається зі швидкістю 100–700 м/с, утворюючи стовп виверження, який може досягати 40 км у стратосферу, як було видно під час виверження Пінатубо в 1991 році та Кракатау в 1883 році.

The VEI scale and pyroclastic flows

The Volcanic Explosivity Index is logarithmic: each unit represents a tenfold increase in erupted volume, from VEI 0 (Kīlauea’s effusive eruptions) up to VEI 8 "supervolcano" events like Toba roughly 74,000 years ago, which may have reduced the human population to around 10,000 individuals. The most lethal volcanic hazard is the pyroclastic density current — a mixture of hot gas (200–700°C), ash and rock fragments flowing at 100–700 km/h when an eruption column collapses or a lava dome fails. In 1902 a pyroclastic flow killed roughly 28,000 people at Saint-Pierre, Martinique, in under two minutes. Secondary hazards compound the danger: lahars (volcanic mudflows) killed 23,000 at Armero in 1985, and the 2010 Eyjafjallajökull eruption’s ash cloud closed European airspace for six days.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.