Содержание

Схема подключения тепловентиляторов Volcano VR (Вулкано)

ВНИМАНИЕ! Перед началом подключения тепловентиляторов необходимо отключить питание электросети! Подключение кабельных соединений должно выполняться квалифицированным персоналом в соответствии с инструкцией. В связи с тем, что VTS Euroheat обновила свою линейку водяных тепловентиляторов VOLCANO VR, и теперь все они имеют трехскоростной электродвигатель, на наш взгляд целесообразно использовать 3-и наиболее популярные методы электрического подключения тепловентиляторов VOLCANO VR.

Номинальное сечение подключаемого провода 1.5мм2, например, ПВС 3х1.5.

Метод №1 Прямое подключение тепловентиляторов VOLCANO VR к сети

На схеме наглядно показано как подключить тепловентилятор VOLCANO VR напрямую к сети. Где:

«L» — ФАЗА;

«N» — НОЛЬ;

«PE» — ЗЕМЛЯ.

Разберем детально:

Под номером 1 у нас 1-фазное питание сети 220В-50Гц, тепловентиляторы VOLCANO VR питаются от обычной бытовой сети 220В что расширяет сферу их применения.

Под номером 2 находится главный выключатель, предохранители. Рекомендуемое предохранение: от перенапряжения (тепловентилятор VOLCANO VR — 4 A), а также дифференциальное предохранение.

В зависимости от того куда подключить питающий провод фазы, будет зависеть выбор скорости вращения электродвигателя и его производительность в м3/час (расход воздуха):

  • Максимальная мощность, фазу подключаем к разъёму №8;
  • Средняя мощность, фазу подключаем к разъёму №7;
  • Минимальная мощность, фазу подключаем к разъёму №6.

Метод №2 Подключение Тепловентиляторов VOLCANO VR через регулятор скорости и температуры WING/VR (TR110C-B)

Преимущество:

  • Удобное переключение между скоростями (расходом воздуха) тепловентилятора, по своей структуре, он просто переключает подачу напряжения через фазу, между;
  • Управление температурой помещения, при достижении заданной температуры на регуляторе скорости и температуры WING/VR (TR110C-B) он отключает питание вентиляторов;
  • Возможность включать и выключать тепловентиляторы через выключатель на панели TR110C-B.

Максимально на один такой регулятор скорости и температуры TR110C-B можно подключить:

Рекомендуется использовать кабель 5х1мм2.

Максимальная длина кабеля от VOLCANO до регулятора TR110C-B не должно превышать 100м.


Для наших регуляторов скорости и температуры что мы завезли специально для себя, немного иная схема подключения.

Немного изменена нумерация подключения вентиляторов к регулятору скорости и температуры. Данный регулятор является АКЦИОННЫМ, стоит намного дешевле чем регулятор VTS, для хороших клиентов можем его подарить.

Метод №3 Подключение Тепловентиляторов VOLCANO VR через регулятор скорости и температуры WING/VR (TR110C-B) + двухходовой клапан с сервоприводом

Дополнительным преимуществом применением двухходового сервопривода в системе отопления при помощи водяных тепловентиляторов VOLCANO VR, кроме тех что описано при методе подключения №2, есть возможность перекрыть подачу горячего теплоносителя (воды) на теплообменник тепловентилятора, тем самым если у Вас стоит система автоматики на Вашем котле, есть возможность сэкономить, газ или электричество перекрыв источник потери тепла в системе.

Если у Вас остались вопросы или возникло желание купить водяные тепловентиляторы VOLCANO VR, звоните нам и мы Вас проконсультируем.

Схема подключения тепловентилятора

В наше время всё чаще для отопления складов, гаражей и теплиц применяются тепловентиляторы. Эти устройства осуществляют подогрев воздуха при помощи нагретого теплоносителя (воды или антифриза). Ниже будут представлены типовые схемы подключения жидкостного тепловентилятора к сети 220 Вольт.

Электрические схемы подключение тепловентиляторов VolcanoVR
Вентилятор VolcanoVR для облегчения монтажа оснащён клеммной колодкой, минимальное сечение жил проводов для VolcanoVR1: 3х1,5 мм2.

*Выполняя монтаж необходимо выполнить перемычку U1 – TK для защиты электродвигателя от перегрева.

Внимание! Подключение проводов к клеммной колодке необходимо выполнять с предварительно отпрессованными наконечниками.

Электрическая схема подключения тепловентилятора Volcano VR без автоматики
1. Питающая линия 230V – 50Гц

2. Выключатель оборудования
3. VolcanoVR
4. Термоконтакт – тепловая защита электродвигателя

Электрическая схема подключения VolcanoVR с регулятором скорости вращения
1. Питающая линия 230V – 50Гц
2. Выключатель оборудования
3. Регулятор скорости вращения ARW 3.0
4. VolcanoVR
5. Термоконтакт – тепловая защита электродвигателя

Схема подключения автоматики для одного аппарата Volcano, с термостатом управляющим работой вентилятора и сервопривода клапана

1. Питающая линия 230V – 50Гц
2. Выключатель оборудования
3. Регулятор скорости вращения ARW 3.0
4. VolcanoVR
5. Термоконтакт – тепловая защита электродвигателя
6. Клапан с сервоприводом
7. Комнатный термостат

Схема подключения автоматики для двух и более Volcano, с термостатом управляющим работой вентилятора и сервопривода клапана
1.

Питающая линия 230V – 50Гц
2. Выключатель оборудования
3. Регулятор скорости вращения ARW 3.0
4. VolcanoVR
5. Термоконтакт – тепловая защита электродвигателя
6. Клапан с сервоприводом
7. Программируемый контролёр температуры
8. Термостат комнатный
9. Контактор модульный

Схема подключения автоматики TRANSRATE для нескольких Volcano, с термостатом управляющим только работой сервопривода
1. Питающая линия 230V – 50Гц
2. Выключатель оборудования
3. Регулятор скорости вращения ARW 3.0
4. VolcanoVR
5. Термоконтакт – тепловая защита электродвигателя
6. Клапан с сервоприводом
7. Программируемый контролёр температуры
8. Термостат комнатный
9. Панель управления SCR 10

Схема подключения автоматикиTRANSRATE для нескольких Volcano, с термостатом управляющим работой вентилятора и сервопривода клапана
1. Питающая линия 230V – 50Гц
2. Выключатель оборудования

3. Регулятор скорости вращения ARW 3. 0
4. VolcanoVR
5. Термоконтакт – тепловая защита электродвигателя
6. Клапан с сервоприводом
7. Программируемый контролёр температуры
8. Термостат комнатный
9. Контактор модульный
10. Панель управления SCR 10

Схема подключения автоматики TRANSRATE для нескольких VOLKANO, где термостат (0 – 10V) управляет работой сервопривода клапана и вентилятора в функции температуры
1. Питающая линия 230V – 50Гц
2. Выключатель оборудования
3. Регулятор TRANSRATE 3 – позволяющий изменять способ управления путём конфигурирования пинов в регуляторе TRANSRATE 3
4. VolcanoVR
5. Термоконтакт – тепловая защита электродвигателя
6. Клапан с сервоприводом
7. Питание 24V AC
8. Контактор модульный
9. Комнатный термостат, например KLR – E– 517 7805 (0 -10V)

И напоследок хотелось представить

схему обвязки тепловентилятора VolcanoVR1 по воде
На схеме:
1. Тепловентилятор
2. Клапан с сервоприводом
3. Клапан спуска воздуха
4. Кран шаровой
5. Фильтр грубой очистки
6. Насос циркуляционный
7. Котёл

Как видите представленные выше схемы позволяют сделать управление отоплением полностью автоматическим.

Материалы, близкие по теме:

Советы и рекомендации по Volcano AC/EC

1. КАК ПРАВИЛЬНО ПОДОБРАТЬ ВОЗДУШНО–ОТОПИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ VOLCANO?

На первом этапе потребуется определить объем помещения, необходимую температуру внутри помещения, а также узнать тепло потери вашего помещения (выяснить насколько утеплены стены).  Так же необходимо выяснить наличие теплоносителя на объекте и мощность источника тепла (котел, котельная). Мощность автономного котла должна быть с запасом не менее 25% от расчётной для помещения.

Мощность можно рассчитать по формуле (H*S)/30= P kVt для помещений с малой поверхностью окон. Если вы сомневаетесь в теплоте помещения, прибавьте 25% к расчётной мощности.

Помните, что номинальная мощность тепловентилятора Volcano VR2 отличается от максимальной и при температуре подающей воды в районе 80 и температуре внутри помещения 20 градусов, составляет 30 квт.

Разделив расчетную мощность помещения на номинальную тепловентилятора, получим необходимое количество приборов для вашего помещения.

Пример электрической схемы подключения тепловентилятора Вулкано с АС-двигателем:

2. ЧЕМ ОТЛИЧАЮТСЯ СЕРИИ АС и ЕС?

Воздушно-отопительные агрегаты VOLCANO VR2 со стандартным трехскоростным двигателем АС менее экономичны и в среднем потребляют от 0,280 кВт/час, в то время как Volcano с EC-двигателем от 0,226 кВт/час. Электродвигатели ЕС так же обеспечивают более плавное регулирование числа оборотов и сохранение максимального КПД даже при пониженной частоте вращения. Тепловентиляторы Volcano VR2 EC обеспечивают более тихую работу вентилятора от 38 дБа, чем агрегаты Volcano VR2 AC, уровень шума у которых на самой минимальной скорости равен 40 дБ.

Если для вашего помещения необходима установка нескольких отопительных приборов, то в данном случае лучше выбирать тепловентиляторы с ЕС-двигателем. Так вы сможете сэкономить немного денег на автоматики. Для примера: к 1 регулятору скорости DX можно подключить максимум 2 агрегата Volcano VR2 AC, а потенциометр VR EC  с термостатом может управлять одновременно до 8 Volcano VR2 EC.

3. КАКОЙ НУЖЕН ДИАМЕТР ПОДАЮЩЕГО ТРУБОПРОВОДА ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ НЕСКОЛЬКИХ ВОЗДУШНО-ОТОПИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ?

В зависимости от количества и типа используемых тепловых вентиляторов, подключенных к магистралям трубопровода, следует подбирать минимально возможный диаметр трубопровода. Если же речь идет о крупных системах трубопровода при условии расположения тепловых вентиляторов на расстоянии не менее 40 метров от источника тепла, параметры диаметра трубопровода должны быть откорректированы с учетом более низких показателей прохождения водного потока.

Подключение трубопровода при помощи гибкой сильфонной подводки позволяет изменять положение тепловой пушки Вулкано ВР1 АС на монтажной консоли, направляя тем самым поток нагретого воздуха в нужную сторону.

Диаметры трубопроводов для воздушно отопительного оборудования Volcano
Количество агрегатов подключаемых к магистральному водопроводу** VR mini VR1 VR2 VR3
Макс. рахсод воды (м3/ч) Диаметр труб (дюйм) Макс. рахсод воды (м3/ч) Диаметр труб (дюйм) Макс. рахсод воды (м3/ч) Диаметр труб (дюйм) Макс. рахсод воды (м3/ч) Диаметр труб (дюйм)
1 0,9 3/4 1,3 3/4 2,2 3/4 3,3 3/4
2 1,8 3/4 2,6 3/4 4,4 1 6,6 1 1/4
3 2,7 1 3,9 1 6,6 1 1/4 9,9 1 1/2
4 3,6
1
5,2 1 8,8 1 1/4 13,2 1 1/2
5 4,5 1 6,5 1 1/4 11 1 1/2 16,5 2
6 5,4 1 1/4 7,8 1 1/4 13,2 1 1/2 19,8 2
7 6,3 1 1/4 9,1 1 1/4 15,4 2 23,1 2 1/2
8 7,2 1 1/4 10,4 1 1/2 17,6
2
26,4 2 1/2
9 8,1 1 1/4 11,7 1 1/2 19,8 2 29,7 2 1/2
10 9,0 1 1/4 13 1 1/2 22 2 1/2 33 3
* Диаметры трубопроводов подобраны для максимальной скорости подачи воды до 2,5 м/с
** Агрегаты подключены последовательно к одной магистрали

Пример обвязки по воде для тепловентилятора Волкано АС:

1 – Тепловентилятор

2 – Клапан с сервоприводом

3 – Клапан спуска воздуха

4 – Шаровой кран

5 – Фильтр грубой очистки

6 – Циркуляционный насос

7 – Котёл


 

4.

КАК ОБЕСПЕЧИТЬ ОТКЛЮЧЕНИЕ ВЕНТИЛЯТОРА И ЗАКРЫТИЕ КЛАПАНА С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОСТАТА?

Схемы электрических соединений для различных рабочих вариаций воздушных отопительных агрегатов VOLCANO можно найти в технической документации. Функция остановки работы вентилятора и закрытии клапана проще всего реализовывается через подключение агрегата к сети электрического питания через температурный регулятор (термостат).

Также следует учитывать граничные показатели допустимой нагрузки 10А на контактах температурного регулятора, из расчета 0,6 A на каждый агрегат.

5. ВОЗМОЖНО ЛИ ПОДСОЕДИНИТЬ ПОДАЮЩИЙ ТРУБОПРОВОД К ВЕРХНЕМУ ПАТРУБКУ ТЕПЛООБМЕННИКА?

Можно, но только стоит учесть тот факт, что из теплообменников, имеющих верхний подвод, достаточно сложно удалить избыточный воздух. Также не нужно забывать об обеспечении необходимого места для монтажа сервопривода водного клапана, который рекомендуется устанавливать на обратном трубопроводе.

6. МОЖНО ЛИ В АГРЕГАТАХ VOLCANO VR MINI/VR1/VR2/VR3 ПРИМЕНЯТЬ НИЗКОЗАМЕРЗАЮЩИЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ?

Да. можно, но мощность с этим видом теплоносителя будет меньше на 30%.

Самым распространенным видом незамерзающего теплового носителя является смесь воды с гликолем.

Агрегаты VOLCANO для воздушных систем отопления способны функционировать на смеси воды с гликолем, в которых концентрация гликоля не будет превышать 50 процентов.

При этом рекомендуется проверить возможность нормальной работы других составляющих системы теплоснабжения (клапанов, насосов и прочего оборудования) со смесью воды и гликоля.

Для этого следует ознакомиться с технической документацией и требованиями производителей подобного технического оборудования.

7. МОЖЕТ ЛИ АГРЕГАТ VOLCANO VR MINI/VR1/VR2/VR3 РАБОТАТЬ КАК ОХЛАДИТЕЛЬ ВОЗДУХА?

Может, но лишь при условии, что температура теплового носителя будет выше температуры точки возникновения росы для охлажденного воздуха.

Это связано с тем, что агрегаты VOLCANO не оборудуются специальными емкостями для сбора излишков влаги. Для обеспечения возможности охлаждения воздушного потока к агрегатам VOLCANO подводится система охлажденной или ледяной воды.

Если температура теплового носителя будет ниже температуры возникновения росы, следует позаботиться об установке специальных емкостей под агрегатом для сбора воды.

В этом случае производитель допускает возможность работы агрегатов VOLCANO лишь при условии выхода воздуха в горизонтальном направлении. При несоблюдении этого условия существует высокий риск выхода из строя электродвигателя в результате попадания в него воды.

В связи с тем, что VOLCANO не оборудуется уловителем капель, рекомендуется при включенной функции охлаждения снижать параметры производительности для предотвращения возможности захвата возникающих капель воды и их попадания в электродвигатель.

принцип работы прибора для отопления VR1

Отопительные приборы Volcano, которые разрабатываются опытными специалистами-конструкторами от компании EuroHeat, превосходно проявили себя для обогрева промышленных объектов. Они способны равномерно нагревать воздух при минимальных затратах. Следует также отметить, что при их производстве используются лишь только самые последние разработки технического прогресса, при этом изделия наделены уникальным дизайном.

Область применения

Отопительные агрегаты хорошо проявили себя для обогрева помещений, которые считаются жилыми, а также промышленных объектов, среди которых могут быть цеха, всевозможные склады, магазины, супермаркеты. Многие дачники используют воздушно-отопительный агрегат для обогрева теплиц или ферм с животными и птицей. Хорошо зарекомендовало себя оборудование при использовании в небольших мастерских и в автосервисах.

Технические характеристики

В настоящее время выпущено две модели отопительного оборудования Volcano – VR1 и VR2. Существуют еще модели тепловентиляторов Volcano VR MINI и Volcano VR3, однако они не получили широкого применения.

Модели VR1 и VR2 обладают устойчивым к воздействию температур и коррозийных процессов корпусом, который изготавливается из специального пластика, соответствующего всем нормам контроля при проверке на экологичность. В данных экземплярах используется только надежная автоматика, которая очень проста в управлении.

Нагреватель Volcano VR1 относится к однорядным устройствам и обладает мощностью в 30 кВт при максимальной нагрузке. Вторая модель имеет два ряда, а показатель мощности повышен в 2 раза.

В качестве теплоносителя выступает вода. Максимально возможной температурой нагрева рабочей жидкости для обеих моделей является показание 1300С при дальности струи нагретого воздуха в 25 м. В первой модели, а именно в VR1, используется 1,7 дм3 воды, а во второй – 3,1 дм3.

Максимально допустимым рабочим давлением считается 1,6 МПа.

Нельзя забывать то, что использование в качестве теплоносителя воды, которая находится под давлением, требует дополнительной защиты при возможном росте этого показателя. Но также учитываются условия, что при падении температур до отрицательных значений может произойти разрыв теплообменника при наличии воды в системе.

Устройства обладают системой автоматического управления, которая включает в себе термостат, двухходовой клапан, регулятор частоты вращения вентилятора, а также сервопривод клапана.

Преимущества

Воздушно-отопительные агрегаты Volcano VR1 и Volcano VR2 имеют целый ряд достоинств, если сравнивать их с обычными электрическими конвекторами, основными среди которых можно назвать:

  • высокая скорость нагрева;
  • тепло распределяется равномерно по всему пространству помещения;
  • экономическая выгода от использования;
  • легкость и быстрота при проведении монтажных работ оборудования.

Заслонки, через которые происходит выход теплого воздуха, имеют возможность изменения в любом направлении, из-за чего и происходит насыщение пространства теплом. В процессе принудительного обдува, который используется во время работы устройства, происходит принудительный отбор тепла от теплообменника, причем он в разы больше, если сравнивать с конвекционными потоками.

Экономичность при использовании этих устройств достигается благодаря равномерности распределения тепла. К примеру, для обогрева склада, имеющего высоту в 10 метров, показатель температур внизу должен достигать значения в 16-180С, а в это же время под потолком воздух будет прогрет до 300С как минимум. Для того чтобы не потерять через крышу «львиную» долю выделяемого для отопления помещения тепла, необходимо использовать эти агрегаты.

Нельзя забывать о том, что благодаря использованию в отопительных целях оборудования в помещениях происходит устранение излишков влаги, которые могут привести к появлению коррозии и грибка.

Возможность включения агрегатов в жаркое время позволила повысить его функциональность. В этот период года он служит в качестве обычного вентилятора, который обеспечивает приток свежего воздуха в помещение, тем самым создавая благоприятные условия.

В сравнении со своими предшественниками Volcano VR1 и VR2 имеют возможность подачи теплого воздуха на дальние расстояния, а специальная конструкция используемого теплообменника позволила увеличить отдачу тепла более чем на 20%, нежели ранее используемые модели.

Для придания эстетичного вида разработчики расположили все разъемы подключений на задней панели, тем самым спрятав их от глаз пользователей.

Особенности монтажа и эксплуатации оборудования

Так как эти приборы относятся к воздушно-отопительной группе, то их питание идет от сети 380 В. Для их подсоединения может быть приглашен электрик, который имеет соответствующий допуск для проведения технических работ. Единственным условием перед подключением является правильно рассчитанная потребляемая мощность, которую нужно учитывать для предохранения проводов от нарушения целостности и предотвращения возгорания вследствие короткого замыкания.

Устройства, которые используются в отоплении, подключаются только стальными трубами. Специалисты рекомендуют использовать предварительно оцинкованный тип трубы для увеличения срока эксплуатации, потому что в процессе работы возможно воздействие коррозии на металл, а также появление отложений и последующее «зарастание». Непригодными являются трубы, которые изготовлены из металлопластика и полимеров, потому что в процессе работы будет использоваться нагретая до 1300С вода.

Существует два способа установки:

  • настенный;
  • вертикальный.

Используя настенный способ, необходимо учитывать свободное расстояние в 30 см минимум от стены. Его нужно оставлять для обеспечения притока воздуха.

В цехах или на территории складов, в которых производится хранение летучих, взрывоопасных или агрессивных веществ, запрещается использование установок, использующих электрический ток. Следует также уделять особое внимание при применении в цехах с металлообработкой, потому что графит, который может быть использован в качестве смазочного вещества, а также мелкие опилки, выделяющиеся в процессе работы, способны проводить ток.

Специалисты рекомендуют устанавливать воздушные фильтры грубой очистки перед установками тепловентиляторов всех типов. В настоящее время многие агрегаты в своей конструкции имеют собственный фильтр, который задерживает посторонние частицы, способные оказать разрушающее воздействие на вентилятор или даже на сам теплообменник.

Обогревание автомойки или СТО

Для создания благоприятных условий в таких мастерских часто используются воздушно-отопительные устройства. Из-за того, что данные нагреватели имеют отличную компактность, то не нужно задаваться вопросом над его удобным размещением.

Ввиду того что компания-производитель EuroHeat предоставляет пожизненную гарантию на корпуса своих изделий, то можно судить о качестве используемого материала, который не поддается механическим повреждениям и преждевременному износу.

Агрегаты чрезвычайно просты в использовании, а для установки потребуется подключение к системе с горячей водой, которая может подаваться от дополнительного нагревательного котла, использующегося в отоплении помещения. Вентилятор обдувает принудительно теплообменник Volcano, который имеет специальную структуру его контура, напоминающего лабиринт.

Особое внимание уделяют воздуху, который создает тепловой поток. Важным фактором является то, что он берется из того же помещения, где он установлен. Благодаря этому нет необходимости монтировать дополнительные воздухоотводы на улицу. Сам вентилятор имеет отлично продуманную конструкцию лопастей, благодаря чему работает практически бесшумно, тем самым не отвлекая от работы.

Воздушно-отопительный агрегат в зимнее время обеспечивает поддержание оптимальных температурных показателей и участвует в борьбе с излишней влажностью. Но также благодаря его использованию исключается применение дополнительных горелок, электрических радиаторов и так далее. Оборудование от EuroHeat призвано увеличить безопасность рабочего процесса.

В автомастерских следует правильно выбрать место установки прибора, а также необходимо подключить к отопительной системе и устранить возможность нарушения целостности труб, по которым подводится теплоноситель. Важным фактором при выборе места установки считается возможность беспрепятственного прохождения струи нагретого воздуха.

Чаще всего воздушно-отопительные агрегаты используются в паре с основным теплогенератором, которым может выступать газовый, дизельный или один из видов твердотопливных котлов. В качестве теплоносителя известны случаи применения антифриза, который прекрасно зарекомендовал себя при пониженных температурах, однако необходимо проконсультироваться со специалистом перед использованием данного вещества, потому что оно может оказать воздействие на некоторые уплотнения, находящиеся в составе прибора.

Об особенностях отопительных агрегатов Volcano смотрите в следующем видео.

Температура на поверхности Температура отражения под землей

Норрис-2003. Ученый YVO измеряет температуру на тепловом участке “Сын Зеленого Дракона”.

Некоторые вулканы имеют термальные свойства, такие как дымящиеся жерла, гейзеры, горячие источники, потоки лавы или купола лавы. Изменения температуры поверхности на этих термальных объектах иногда происходят до извержения вулкана. Распознавание этих «тепловых аномалий» может быть полезно при прогнозировании изменений активности. Для выявления тепловых аномалий необходим постоянный мониторинг, чтобы мы понимали нормальные / фоновые тепловые характеристики.

Программа USGS по изучению опасностей вулканов отслеживает три типа вулканических термических особенностей.

  1. Пар или элементы, в которых преобладает пар, такие как газовые вентили, фумаролы и грязевые котлы, имеют температуру от кипения до нескольких сотен градусов (около 400 ° C или 750 ° F).
  2. Водные объекты включают гейзеры, горячие источники / бассейны, кратерные озера, повышенную температуру поверхности моря (например, из-за подводной или островной вулканической активности) и даже тающий лед (например, подледниковые вулканы).Они имеют диапазон температур от замерзания до кипения.
  3. Объекты с преобладанием лавы включают лавовые озера, лавовые потоки, лавовые купола и пирокластические потоки, и могут достигать температуры примерно до 1200 ° C (2200 ° F).

Тепловые элементы, в которых преобладает пар и вода, образуются, когда остывающая магма под поверхностью нагревает породы и грунтовые воды над ней, что заставляет нагретые жидкости циркулировать посредством конвекции в вышележащих породах.

При измерении температуры с земли необходимо соблюдать осторожность.

Прямое измерение температуры бассейнов горячих источников, фумарольных полей или активных лавовых потоков может быть опасным. Для очень точных измерений ученые помещают устройства, называемые термопарами, непосредственно на горячую поверхность теплового элемента. Такие измерения чаще всего производятся на вулканах, которые легко доступны, и ученые проводят измерения только в том случае, если в этих местах безопасно находиться в течение нескольких минут. Хотя прямые измерения очень точны, они ограничивают, поскольку могут охватывать только небольшую или определенную площадь.

Измерение температуры термопарой прорыва лавы из лавового потока 27 июня, вулкан Килауэа, Гавайи. Расчетная температура в объеме 1100ºC (2012ºF) в 3 км (1,9 мили) от источника Pu‘u ‘‘ ’ō.

Температурные измерения также можно производить на расстоянии с помощью камер или приборов, которые измеряют тепловое инфракрасное (TIR) ​​излучение, которое испускается нагретой поверхностью. Однако излучение TIR может быть частично или полностью закрыто толстыми облаками или пепловыми шлейфами, поэтому такие измерения лучше всего проводить при благоприятных атмосферных условиях.Обычным инструментом, используемым учеными в программе вулканических опасностей, является передовая инфракрасная (тепловизионная) камера, которая создает изображение с использованием цветового спектра, который коррелирует с обнаруженной температурой.

Когда вулканы выделяют тепло, спутниковые датчики могут обнаружить его из космоса.

Инфракрасные спутниковые датчики могут обнаруживать вулканические термические элементы. Это важный инструмент для мониторинга удаленных вулканов с помощью редкого наземного оборудования. Некоторые спутниковые датчики проводят ежедневные или полусуточные наблюдения над U.S. вулканы, но эти датчики записывают изображения больших территорий с низким разрешением, что ограничивает мелкомасштабные детали, которые можно увидеть на тепловых объектах. Возможны более подробные изображения МДП с более высоким разрешением со спутников и бортовых датчиков, но наблюдения обычно проводятся реже. Поэтому ученые, работающие в области дистанционного зондирования USGS, используют комбинацию изображений с датчиков для отслеживания вулканических термических особенностей и поиска аномалий.

На этом изображении показан геолог HVO, пробующий лаву, которая просачивалась изнутри бескорневого щита.Лаву поместили в ведро с водой для гашения образца. Верхняя рамка – это обычная фотография, а нижняя рамка – это тепловое изображение, снятое в пределах доли секунды фотографии. Как видно на тепловом изображении, раскаленная внутренняя часть потока, которая обнажается при отколах лавового клинкера, превышает 1000 градусов по Цельсию (1800 градусов по Фаренгейту). Геолог прикрывает лицо от лучистого тепла.

Составное спутниковое изображение вулкана Вениаминоф (Аляска), полученное спутником Landsat-8 с данными в коротковолновой инфракрасной области, чтобы показать тепловое излучение от активного потока лавы, наложенное на изображение в видимой области спектра.Извержение началось в июне 2013 г. с излиянием лавы и выбросом пепла, за которым последовало затишье в активности. Активный поток лавы показан оттенками желтого и оранжевого и простирается на юг от жерла. Тонкие отложения вулканического пепла видны на снегу и льду в виде радиальных спиц, которые образуются, когда пепел выбрасывается при изменении направления ветра.

Тектоника плит и вулканическая активность

Вулкан – это элемент земной коры, где расплавленная порода выдавливается на поверхность Земли. Эта расплавленная порода называется магмой, когда она находится под поверхностью, и лавой, когда она извергается или вытекает из вулкана. Наряду с лавой вулканы также выделяют газы, пепел и твердые породы.

Вулканы бывают разных форм и размеров, но чаще всего представляют собой холмы или горы конической формы. Они встречаются по всему миру, образуя хребты глубоко под поверхностью моря и горы высотой в тысячи метров. Около 1900 вулканов на Земле считаются активными, что означает, что они проявляют некоторую периодическую активность и могут извергаться снова.Многие другие представляют собой спящие вулканы, не демонстрирующие в настоящее время признаков взрыва, но, вероятно, станут активными в какой-то момент в будущем. Остальные считаются вымершими.

Вулканы – невероятно мощные агенты перемен. Извержения могут создавать новые формы рельефа, но также могут разрушать все на своем пути. Около 350 миллионов человек (или примерно каждый 20 человек в мире) живут в «опасной зоне» действующего вулкана. Вулканологи внимательно следят за вулканами, чтобы лучше прогнозировать надвигающиеся извержения и подготовить близлежащее население к потенциальным вулканическим опасностям, которые могут поставить под угрозу их безопасность.

Тектоника плит

Большинство вулканов образуются на границах тектонических плит Земли. Эти плиты представляют собой огромные плиты земной коры и верхней мантии, которые складываются вместе, как кусочки головоломки. Эти пластины не закреплены, но постоянно движутся с очень медленной скоростью. Они перемещаются всего на несколько сантиметров в год. Иногда пластины сталкиваются друг с другом или расходятся. На этих геологически активных границах чаще всего встречаются вулканы.

Два типа границ плит, которые с наибольшей вероятностью вызывают вулканическую активность, – это расходящиеся границы плит и сходящиеся границы плит.

Границы расходящихся плит

На расходящейся границе тектонические плиты расходятся друг от друга. На самом деле они никогда не разделяются, потому что магма непрерывно движется вверх от мантии к этой границе, создавая новый материал плит по обе стороны от границы плит.

Атлантический океан является домом для расходящейся границы плит, место, называемое Срединно-Атлантическим хребтом.Здесь тектонические плиты Северной Америки и Евразии движутся в противоположных направлениях. Вдоль Срединно-Атлантического хребта горячая магма поднимается вверх и становится частью Северо-Американской и Евразийской плит. Движение вверх и возможное охлаждение этой плавучей магмы создает высокие хребты на дне океана. Эти хребты связаны между собой, образуя непрерывную вулканическую горную цепь длиной почти 60 000 километров (37 000 миль) – самую протяженную в мире.

Еще одна расходящаяся граница плит – это Восточно-Тихоокеанское поднятие, которое отделяет массивную Тихоокеанскую плиту от плит Наска, Кокос и Северной Америки.

Отверстия и трещины (также называемые трещинами) в этих срединно-океанических хребтах позволяют магме и газам уходить в океан. На эту подводную вулканическую активность приходится примерно 75% среднегодового объема магмы, достигающей земной коры. Большинство подводных вулканов находится на горных хребтах на тысячи метров ниже поверхности океана.

Некоторые океанические хребты достигают поверхности океана и создают рельеф. Остров Исландия является частью Срединно-Атлантического хребта. Расходящиеся Евразийская и Североамериканская плиты вызвали извержения Эйяфьятлайокудль (в 2010 г.) и Бардарбунга (в 2014 г.).Этим извержениям предшествовали значительные трещины и трещины на поверхности земли, которые также являются символом расходящегося движения плит.

Конечно, расходящиеся границы плит существуют и на суше. Восточноафриканский рифт – пример единой тектонической плиты, разорванной надвое. Вдоль Африканского Рога Африканская плита разрывается на то, что иногда называют Нубийской плитой (на западе, включая большую часть нынешней Африканской плиты) и Сомалийской плитой (на востоке, включая Африканский Рог и западную часть). Индийский океан).Вдоль этой расходящейся границы плит расположены вулканы, такие как гора Ньирагонго в Демократической Республике Конго и гора Килиманджаро в Кении.

Конвергентные границы пластин

На сходящейся границе плит тектонические плиты движутся навстречу друг другу и сталкиваются. Часто это столкновение заставляет более плотный край пластины погружаться или опускаться под менее плотный край пластины. Эти зоны субдукции могут создавать глубокие траншеи. По мере того, как более плотный край плиты движется вниз, давление и температура вокруг него увеличиваются, что вызывает изменения в плите, которая плавит верхнюю мантию, и расплавленная порода поднимается через плиту, иногда достигая ее поверхности как часть вулкана.За миллионы лет поднимающаяся магма может создать серию вулканов, известную как вулканическая дуга.

Большинство вулканических дуг можно найти в Огненном кольце, цепочке из 425 вулканов в форме подковы, выходящей на Тихий океан. Если бы вы слили воду из Тихого океана, вы бы увидели серию глубоких каньонов (траншей), идущих параллельно соответствующим вулканическим островам и горным хребтам. Например, Алеутские острова, простирающиеся от Аляски до России в Беринговом море, проходят параллельно Алеутской впадине, образовавшейся в результате погружения Тихоокеанской плиты под Североамериканскую плиту.На Алеутских островах находится 27 из 65 исторически действующих вулканов США.

Могучие Анды в Южной Америке проходят параллельно Перу-Чилийской впадине. Эти горы непрерывно создаются по мере того, как плита Наска погружается под Южноамериканскую плиту. В Андах находится самый высокий в мире действующий вулкан Невадос Охос-дель-Саладо, который поднимается на 6 879 метров (более 22 500 футов) вдоль границы Чили и Аргентины.

Горячие точки

В течение многих лет ученые пытались объяснить, почему некоторые вулканы существуют за тысячи километров от границ тектонических плит.

Доминирующая теория, сформулированная канадским геофизиком Дж. Тузо Уилсоном в 1963 году, утверждает, что эти вулканы образованы исключительно горячими областями, закрепленными глубоко под мантией Земли. Эти горячие точки способны независимо расплавлять тектоническую плиту над ними, создавая магму, извергающуюся на вершину плиты.

В горячих точках под океаном тектоническая активность создает вулканический холм. За миллионы лет вулканические холмы могут расти, пока не достигнут уровня моря, и образовать вулканический остров.Вулканический остров движется как часть своей тектонической плиты. Однако горячая точка остается на месте. По мере того, как вулкан движется дальше от горячей точки, он угасает и в конечном итоге снова возвращается в океан. Новый действующий вулкан образуется над горячей точкой, создавая непрерывный цикл вулканизма – и цепочку вулканических островов, отслеживающих движение тектонической плиты с течением времени.

Для Уилсона и многих ученых лучшим примером вулканизма горячих точек являются Гавайские острова. Эксперты считают, что эта вулканическая цепь островов формировалась на протяжении как минимум 70 миллионов лет над горячей точкой под Тихоокеанской плитой. Из всех обитаемых Гавайских островов Кауаи расположен дальше всего от предполагаемой горячей точки и имеет самые эродированные и самые старые вулканические породы, возраст которых составляет 5,5 миллионов лет. Между тем, на «Большом острове» Гавайев, который все еще подпитывается горячей точкой, самые старые породы имеют возраст менее 0,7 миллиона лет, и вулканическая активность продолжает создавать новые земли.

Горячие точки также могут образовывать наземные вулканы. Например, Йеллоустонский супервулкан расположен над горячей точкой в ​​центре Северо-Американской плиты с рядом древних кальдер, простирающихся через южный штат Айдахо.Горячая точка Йеллоустона питает гейзеры, горячие источники и другую геологическую деятельность в Йеллоустонском национальном парке, штат Вайоминг.

Хотя некоторые данные, кажется, подтверждают теорию горячих точек Вильсона, более поздние научные исследования показывают, что эти горячие точки могут быть обнаружены на более мелких глубинах в мантии Земли и могут медленно мигрировать в течение геологического времени, а не оставаться на одном месте.

Основные типы вулканов

Хотя вулканы бывают самых разных форм и размеров, все они имеют несколько общих характеристик.Все вулканы связаны с резервуаром расплавленной породы, называемым магматическим очагом, под поверхностью Земли. Когда давление внутри камеры нарастает, всплывающая магма выходит через поверхностный канал или ряд каналов через центральную внутреннюю трубу или серию труб. Эти извержения, которые различаются по размеру, материалу и взрывоопасности, создают разные типы вулканов.

Стратовулканы

Стратовулканы – одни из самых легко узнаваемых и впечатляющих вулканов с крутыми коническими пиками, возвышающимися на несколько тысяч метров над ландшафтом.Также известные как составные вулканы, они состоят из слоев лавы, вулканического пепла и фрагментированных горных пород. Эти слои накапливаются с течением времени, когда вулкан извергается через жерло или группу жерл в кратере вершины.

Гора Рейнир – впечатляющий стратовулкан, который возвышается на 4392 метра (14 410 футов) над уровнем моря к югу от Сиэтла, штат Вашингтон. За последние полмиллиона лет на горе Рейнир произошла серия чередующихся извержений лавы и извержений обломков. Эти извержения придали горе Рейнир классическую слоистую структуру и коническую форму сложного вулкана.Пик вулкана также был высечен рядом ледников, что придало ему скалистую и неровную форму.

Вулкан де Фуэго и Акатенанго – это пара стратовулканов, которые находятся на высоте более 3700 метров (12000 футов) над уровнем моря недалеко от Антигуа, Гватемала. Хотя вулканы считаются близнецами из-за их схожей формы и размера, они состоят из разных типов лавы и имеют разные истории извержений. Хотя сегодня Акатенанго извергается нечасто, Фуэго считается самым активным вулканом в Центральной Америке, извергавшимся более 60 раз с 1524 года.

Щитовые вулканы

Щитовые вулканы построены почти исключительно из лавы, которая вытекает во всех направлениях во время извержения. Эти потоки, состоящие из очень текучей базальтовой лавы, распространяются на большие расстояния и охлаждаются тонкими слоями. Со временем слои накапливаются и образуют пологий купол, похожий на щит воина. Хотя они не так привлекательны, как их собратья из крутых стратовулканов, щитовые вулканы часто намного больше по объему из-за их широкой и обширной структуры.

Щитовые вулканы составляют всю территорию Гавайских островов. Щитовые вулканы Килауэа и Мауна-Лоа, расположенные на «Большом острове» Гавайев, поднимаются со дна океана более чем на 4 500 метров (15 000 футов) ниже уровня моря. Вершина Мауна-Лоа находится на высоте 4 168 метров (13 677 футов) над уровнем моря и более чем на 8 500 метров (28 000 футов) над дном океана, что делает ее крупнейшим действующим вулканом в мире и, по некоторым данным, самой высокой горой в мире. Меньший вулкан, Килауэа, извергается непрерывно с 1983 года, что делает его одним из самых активных вулканов в мире.

Галапагосские острова также состоят из серии щитовых вулканов. Острова Изабела и Фернандина имеют более плоские вершины, чем другие щитовые вулканы, потому что лава извергается из трещин вокруг их вершин и вдоль хребтов у их оснований. В результате вулканы поднимаются вверху и разрастаются внизу, но не посередине, что делает их похожими на «перевернутую суповую тарелку».

Пирокластические конусы

Пирокластические конусы – самый плодовитый тип вулканов на Земле.Они могут развиваться в составе стратовулканов, щитовых вулканов или самостоятельно. Также известные как шлаковые конусы, они образуются после сильных извержений, уносящих лаву в воздух. В атмосфере фрагменты лавы затвердевают и падают в виде «пепла» вокруг единственного вентиляционного отверстия. Часто образующиеся в результате одного извержения или короткой серии извержений, пирокластические конусы возвышаются только на высоте от десятков до сотен метров.

Парикутин, Мексика, представляет собой уникальный пирокластический конус. Это был первый вулкан, который изучили за весь жизненный цикл.В результате взрывных извержений Парикутина, появившегося на кукурузном поле в 1943 году, он достиг 80% высоты – 424 метра (1391 фут) в течение первого года своей деятельности. В то время лава и пепел погребли близлежащий город Сан-Хуан. В течение следующих восьми лет Парикутин построил оставшуюся часть своего конуса – а затем замолчал. Геологи многое узнали об эволюции вулканов за короткую девятилетнюю жизнь Парикутина.

Купола лавы

Лавовые купола похожи на щитовые вулканы в том смысле, что они полностью построены из лавы.Однако эта лава слишком толстая и липкая, чтобы перемещаться на большие расстояния. Он просто накапливается вокруг жерла вулкана. Купола лавы часто встречаются на вершине или склонах вулкана, но они также могут развиваться независимо. Подобно пирокластическим конусам, они достигают нескольких сотен метров, поскольку образуются во время единичных извержений или медленных выбросов лавы.

Один из самых знаковых куполов лавы образовался после разрушительного извержения горы Пеле на острове Мартиника в 1902 году. В течение почти года купол лавы рос из кратера на вершине, образовавшегося в результате извержения, достигая высоты более 300 метров (1000 футов).Эта структура в форме обелиска, известная как Башня Пеле, была вдвое выше монумента Вашингтона. В конце концов, после 11 месяцев роста он превратился в груду обломков.

Другие важные вулканические образования

Кальдерас

Некоторые вулканы испытывают такие сильные взрывные извержения, что выделяют большую часть материала в своем магматическом очаге. Это приводит к тому, что земля вокруг извергающегося жерла или вентиляционных отверстий обрушивается внутрь, создавая круглые углубления, называемые кальдерами.В зависимости от их интенсивности и продолжительности извержения вулканов могут создавать кальдеры шириной до 100 километров.

Кратерное озеро, штат Орегон, находится в кальдере шириной около 10 километров (6 миль). Кальдера Кратерного озера возникла в результате извержения, произошедшего более 7000 лет назад. Магматическая камера вулкана рухнула, затем заполнилась дождевой и снежной водой, образовав озеро. Кратерное озеро – самое глубокое озеро в США.

На острове Десепшн, расположенном у побережья Антарктиды, примерно 10 000 лет назад произошло сильное извержение.Вершина вулкана обрушилась, образовав кальдеру шириной 7 километров (4,4 мили), залитую морской водой. Кальдера придает острову Десепшн форму подковы, которая открывается в море через узкий канал. Уникальное геологическое строение острова Десепшн делает его одним из немногих мест в мире, где океанские суда могут плыть прямо к действующему вулкану.

Кратеры

Кратеры, как и кальдеры, представляют собой углубления, оставшиеся после сильного извержения вулкана.В то время как кальдеры образуются в результате обрушения материала внутри вулкана , кратеры образуются при взрыве материала из вулкана. Кратеры обычно намного меньше кальдер, их диаметр составляет не более одного километра (0,62 мили).

Многие вулканы имеют несколько кратеров, образовавшихся в результате различных извержений. Вулкан Малый Семячик, расположенный на полуострове Камчатка на Дальнем Востоке России, имеет шесть кратеров на вершине. Самый молодой из этих кратеров, Троицкий, залился водой и талым снегом, образуя озеро глубиной 140 метров (459 футов).Озеро очень кислое, так как вулканические газы продолжают выбрасываться в воду из действующего вулкана внизу.

Лавовые озера также встречаются в вулканических кратерах. У вулкана Эрта Але в Эфиопии есть озеро лавы в кратере на вершине. Лавовые озера – это места, где магма поднялась на поверхность и собралась в кратере. Вулканологи могут пролететь над кратером на вершине Эрта Але, чтобы увидеть, как ведет себя лавовое озеро, и спрогнозировать его поведение в будущем.

Типы извержений вулканов

Извержения вулканов столь же разнообразны, как и сами вулканы, то есть очень разнообразны! Некоторые из способов, которыми вулканологи классифицировали эти извержения, основаны на их высотах, типах выбрасываемых материалов и взрывоопасности этих извержений.

Гавайский

Гавайские извержения – самый спокойный тип извержений. Для них характерны устойчивые извержения лавы, известные как фонтаны лавы или огненные фонтаны. Лавовые фонтаны могут достигать высоты до 2 километров (1,2 мили). Очень текучая лава, связанная с гавайскими извержениями, легко течет от вершины вулкана, часто создавая огненные реки и озера лавы в углублениях на окружающем ландшафте.

Эти извержения названы в честь Гавайских островов, где они происходят чаще всего.Килауэа, извергающийся непрерывно с 1983 года, произвел потоки лавы, покрывающие более 100 квадратных километров (37 квадратных миль) на острове Гавайи. Эти потоки постоянно разрушают дома и сообщества на своем пути, а также добавляют новую береговую линию к острову.

Стромболиан

Стромболианские извержения характеризуются кратковременными выбросами лавы, а не постоянным фонтаном. Лава более толстая и имеет более высокое содержание газа, чем гавайские извержения.Большие пузырьки газа поднимаются из магматического очага, толкая пастообразную лаву вверх, пока пузырьки не взорвутся у выхода на вершину. Эти взрывы могут достигать высоты до 10 километров (6,2 мили), хотя большинство из них не поднимаются выше нескольких сотен метров в воздух.

Стромболианские извержения названы в честь средиземноморского острова Стромболи, Италия. Считающийся многими самым активным вулканом на Земле, Стромболи извергается почти непрерывно в течение 2000 лет. Извержения на острове почти всегда носят стромболианский характер: при небольших взрывах газа в воздух пару раз в час выбрасываются сгустки лавы.

Вулканический

Вулканические извержения недолговечны, но гораздо более взрывоопасны, чем стромболианские извержения. Очень толстая лава вызывает повышение давления газа в магматическом очаге. Когда это давление наконец сбрасывается, он создает канонические взрывы, которые могут распространяться со скоростью более 350 метров в секунду (800 миль в час). Лава, камни и пепел разносятся по воздуху на расстояние до 20 километров (12,4 мили), хотя большинство изверженных столбов имеют высоту от 5 до 10 километров.Эти шлейфы материала могут дрейфовать на умеренные расстояния от места извержения.

Вулканическое извержение Сакурадзима на острове Кюсю в Японии в 2013 году покрыло близлежащий город Кагосима толстым слоем пепла.

Плиниан

Плинианские извержения, достигающие в атмосфере 50 километров (35 миль), являются крупнейшими из всех типов извержений. Подобно вулканическим извержениям, они выбрасывают материалы со скоростью сотни метров в секунду.Однако плинианские высыпания более продолжительны, чем приступы кашля при вулканических извержениях. Эти последовательные извержения являются результатом магмы вулкана и растущих пузырьков газа, поднимающихся с одинаковой скоростью.

Плинианские высыпания – самый разрушительный тип высыпаний. Они выделяют смертоносную смесь лавы, пепла и вулканических пород, таких как шлак и пемза, которые могут упасть за несколько километров от места извержения. Они также характеризуются пирокластическим течением, жидкой смесью фрагментированных материалов и чрезвычайно горячих токсичных газов.

В 79 г. н.э. серия плинианских извержений вулкана Везувий похоронила близлежащие римские города Помпеи и Геркуланум (на территории современной Италии). Города и их 13 000 жителей были погребены в вулканическом пепле и скалах. Дождь смешался с пеплом и образовал похожее на бетон вещество, которое сохраняло город на тысячи лет.

Сурцеян

Сурцеанские извержения происходят там, где магма или лава взаимодействует с водой, чаще всего, когда подводный вулкан достигает поверхности океана.Другой термин для обозначения такого рода взаимодействия – фреатомагматическое извержение. При быстром нагреве лавой вода превращается в пар и резко расширяется, создавая самое взрывное из всех типов извержений. Это агрессивное взаимодействие между водой и теплом способно дробить лаву на очень мелкие зерна пепла, которые могут достигать высоты 20 километров (12,4 мили).

Острова Тонга Хунга Тонга и Хунга Хаапай на самом деле являются вершинами одного большого подводного вулкана. В 2009 году вулкан извергался в течение нескольких дней, в результате чего пар и пепел взорвались из воды на высоту 5 километров (3.1 миля). Хотя извержения уничтожили все признаки дикой природы на островах и вокруг них, они добавили сотни квадратных метров земли к Хунга Хаапай.

Вулканические опасности

Вулканы являются одними из самых серьезных природных опасностей и агентов перемен на Земле. Они высвобождают огромное количество энергии и материалов, задействуя природные процессы, которые могут изменять ландшафты в локальном, региональном и даже глобальном масштабе.

Многие вулканические материалы и процессы представляют угрозу для людей, животных и других экологических сообществ.

Вулканический газ

Вулканы регулярно выделяют вулканические газы, концентрация которых может быть опасной. Углекислый газ и фтор могут накапливаться в почве или вулканическом пепле, вызывая неурожай, гибель и уродство животных, а также болезни человека.

Извержения вулканов также могут выделять огромное количество диоксида серы, который поднимается в стратосферу. Там он отражает приходящую солнечную радиацию, поглощая уходящую радиацию суши, что приводит к понижению температуры Земли.

В крайних случаях эти «вулканические зимы» могут вызвать неурожаи и резко повлиять на погоду. Извержение горы Тамбора в Индонезии в 1815 году снизило среднюю глобальную температуру на целых 3 ° по Цельсию (5,4 ° по Фаренгейту), что привело к «году без лета».

Оползни и Лахары

Огромная энергия вулканических извержений может вызвать большие оползни, которые движутся со скоростью более 100 километров в час (60 миль в час). Гора Св.Хеленс, штат Вашингтон, – стратовулкан, в котором в 1980 году произошло взрывное плинианское извержение. Извержение вызвало самый большой оползень в зарегистрированной истории, покрывший 36-километровую (14-мильную) территорию земли пеплом и камнями. Достигнув скорости от 50 до 80 метров (от 165 до 260 футов) в секунду, оползень имел достаточную мощность, чтобы преодолеть гребень высотой 400 метров (1312 футов).

Оползни могут смешиваться с окружающими реками, льдом, снегом или дождем, образуя водянистые смеси, называемые лахарами. Эта смесь воды, камня и мусора создает осадок, способный уничтожить практически все на своем пути.В результате извержения Невадо-дель-Руис в Колумбии в 1985 году небольшие лахары из камней, пепла и талого снега стекали в долины близлежащих рек. Лахары набирали силу и увеличивались по мере продвижения по руслам рек, в конечном итоге разрушив более 5000 домов и убив более 23000 человек.

Пирокластические потоки

Взрывные извержения иногда вызывают пирокластические потоки, смесь раскаленных обломков горных пород и токсичных газов, которые движутся почти как жидкость из вулкана и прочь от него.Достигая скорости более 80 километров в час (50 миль в час) и температуры между 200-700 ° по Цельсию (392-1292 ° по Фаренгейту), пирокластические потоки сбивают, разрушают, зарывают или сжигают все на своем пути.

Пирокластические потоки являются причиной появления навязчивых фигур из Помпей и Геркуланума, Италия. Хотя многие ученые думали, что жители Помпеи задохнулись от вулканических газов, выпущенных во время извержения Везувия в 79 году нашей эры, новые исследования показывают, что они на самом деле умерли от сильной жары, вызванной пирокластическим потоком вулкана.

Вулканолог Джузеппе Мастролоренцо и Итальянский национальный институт геофизики и вулканологии недавно обнаружили, что пирокластический поток, достигший Помпеи, вызывает температуру до 300 ° Цельсия (570 ° Фаренгейта). Эти экстремальные температуры способны убивать людей за доли секунды, вызывая спазмы в искривленных позах, подобных тем, которые были найдены среди гипсовых слепков жертв Везувия.

Вулканический пепел

Огромные шлейфы вулканического пепла могут распространяться по большим участкам неба, превращая дневной свет в полную темноту и препятствуя воздушному движению.(Во время извержения вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии в 2011 году полеты в Северную Европу и обратно были приостановлены более чем на неделю.) Вулканический пепел проводит электричество во влажном состоянии и может содержать концентрированные уровни токсичных материалов, создавая угрозу для людей, находящихся в тесном контакте с это на суше.

Двойное извержение вулкана и Тавурвура в Папуа-Новой Гвинее в 1994 году покрыло соседний город Рабаул слоем пепла глубиной до 75 сантиметров (около 2 футов). Дожди превратили пепел в цементоподобное вещество, достаточно тяжелое, чтобы обрушить 80% зданий в городе.

Вулканический мониторинг и исследования

Вулканические опасности могут быть невероятно опасными для жизни человека. Только в Соединенных Штатах 54 вулкана представляют очень высокую или высокую угрозу общественной безопасности. Внимательно наблюдая за вулканической активностью, вулканологи могут предупреждать людей о надвигающихся извержениях. Хотя эти предупреждения не являются точными прогнозами, они предоставляют общинам драгоценное время, необходимое для защиты от вулканических опасностей и обеспечения своей безопасности.

Вулканологи предсказывают вулканическую активность, делая измерения в реальном времени и сравнивая их с тем, что происходило в прошлом. Они используют различные инструменты и технологии для мониторинга температуры, выбросов газа, уровня воды, движения грунта и изменений ландшафта. Эти измерения рисуют четкую картину текущего состояния вулкана, которую вулканологи затем интерпретируют в сравнении с историческими данными. Вулканологи выдают предупреждения об извержении, когда эти измерения сильно отклоняются от нормы или отражают те, которые предшествовали историческому извержению.

В разных странах используются разные системы для оповещения населения об извержении. Все эти системы классифицируют свои предупреждения в зависимости от вероятности и серьезности надвигающегося извержения. Типичное вулканическое поведение часто обозначается числом 1 или зеленым цветом, в то время как неизбежное и потенциально разрушительное извержение обычно обозначается числом 4 или красным цветом.

Ряд международных организаций лидируют в мониторинге и исследованиях вулканов, предоставляя бесценную информацию ученым, вулканологам и общественности.Программа Глобального вулканизма Смитсоновского института документирует текущую деятельность всех вулканов на планете с помощью общедоступных данных, отчетов и изображений. Программа также хранит единственный в мире архив вулканической активности за последние 10 000 лет.

В рамках Международного десятилетия ООН по уменьшению опасности стихийных бедствий Международная ассоциация вулканологии и химии недр Земли (IAVCEI) составила список из 16 «вулканов десятилетия» для изучения из-за высокого риска, который они представляют для общественной безопасности.Например, гора Ньирагонго в Демократической Республике Конго находится в опасной близости от города Гома. В результате извержения 2002 года погибло 50 человек и около 450 000 человек были вынуждены покинуть свои поселения. Вулкан Санта-Мария, расположенный прямо над городом Кецальтенанго в Гватемале, непрерывно извергается с 2003 года. Программа «Десятилетие вулканов» объединила геологов, вулканологов и правительственных чиновников для тщательного изучения этих вулканов и разработки планов по снижению потенциальных рисков. высыпания.

Как образуются вулканы – Британская геологическая служба

В этом разделе рассматривается взаимосвязь между тектоникой плит, землетрясениями и вулканами, что помогает объяснить, как формируются вулканы.

Если вы посмотрите на карту, показывающую распределение землетрясений по всему миру, она показывает, что они имеют тенденцию концентрироваться вдоль четко определенных поясов. Соответственно, карты границ тектонических плит в основном составляются с использованием местоположений землетрясений. Мы также можем видеть по распределению вулканов по всему миру, которые в большинстве своем также лежат на границах плит, в частности, в области, называемой Тихоокеанским огненным кольцом, вокруг края Тихоокеанской плиты.

Карта мира, показывающая тектонические плиты и расположение действующих в настоящее время вулканов. Карта любезно предоставлена ​​Геологической службой США.

Тектонические плиты соприкасаются друг с другом, но они также движутся относительно друг друга. Движение разломов на границах плит может предоставить магме удобный путь к поверхности. Это помогает объяснить это, рассмотрев три основных типа границ плит:

  • конструктивные границы (расходящиеся): плиты удаляются друг от друга по мере образования новой коры между двумя плитами
  • деструктивные границы (сходящиеся): плиты движутся навстречу друг другу, а старая кора либо затягивается в мантию в зоне субдукции или сдвинут вверх, чтобы сформировать горные хребты
  • границы трансформации (консервативно): там, где плиты движутся мимо друг друга, а кора не создается и не разрушается

Поперечный разрез Земли, показывающий взаимосвязь между структурой Земли и движением тектонических плит.Кора океана имеет светло-коричневый цвет, а континентальная кора – темно-коричневый. BGS © UKRI. Все права защищены.

Есть три места, где обычно образуются вулканы:

  • границ конструктивных плит
  • границ разрушающих плит
  • горячих точек

Вулканы обычно не встречаются на границах трансформации. Одна из причин этого заключается в том, что на границе плит имеется мало или совсем нет магмы.

Быстрый факт

Наиболее распространенными магмами на краях конструктивных плит являются магмы, богатые железом / магнием, которые образуют базальты.В зонах субдукции чаще всего извергаются менее богатые железом (промежуточные) магмы, которые образуют андезитовые лавы, хотя иногда и там извергаются магмы, богатые кремнием.

Баланс между составом железо / магний и кремний изменяет текучесть: базальтовые магмы, богатые железом / магнием, являются наиболее текучими (низкая вязкость) на одном конце шкалы, а богатые кремнием – наименее текучими (высоковязкими) на другом конец. Базальтовые магмы также обычно самые горячие, и чем горячее магма, тем она менее вязкая.Базальтовые магмы также содержат мало кристаллов, что увеличивает их текучесть. Когда магмы содержат много газа, это также делает их более текучими, хотя базальтовые магмы обычно не содержат много газа. Таким образом, богатые железом / магнием базальтовые магмы являются сыпучими с низкой вязкостью, в то время как промежуточные и богатые кремнием магмы очень липкие с высокой вязкостью.

Когда жидкая базальтовая магма извергается в виде лавы, она изливается из земли по длинным поверхностным трещинам или через вулканические жерла и может разбрызгиваться в воздух в виде впечатляющих лавовых фонтанов.Реки лавы могут течь по земле или двигаться медленнее, как глыбы, несущиеся бульдозерами. Извержение промежуточной и богатой кремнием магмы сильно отличается. Он извергается из жерл, иногда в виде лавы, но обычно магма внутри вулканического жерла затвердевает, вызывая гораздо более взрывные извержения.

Автор Крис Кинг, воспроизведено с разрешения автора из журнала Exploring Geoscience Across the Globe.

Читать далее

Конструктивная плита пограничных вулканов

На конструктивных границах плит тектонические плиты отдаляются друг от друга.Земная кора разрывается, создавая новый путь для подъема горячей магмы на поверхность. Иногда в таких условиях могут образовываться вулканы; один пример – Исландия.

Исландия расположена на Срединно-Атлантическом хребте, конструктивной границе плит, где Североамериканская и Евразийская плиты отдаляются друг от друга. Когда плиты расходятся, расплавленная порода (магма) поднимается и извергается в виде лавы, создавая новую океаническую кору. На острове находится более 100 вулканов. Некоторые из них вымерли, но более 30 все еще активны.Большая часть вулканизма в Исландии происходит вдоль вулканических рифтовых зон, которые прорезают центр острова.

На конструктивных границах плит, также известных как расходящиеся границы, тектонические плиты удаляются друг от друга, образуя вулканы. Горячая магма поднимается из мантии на срединно-океанических хребтах, раздвигая плиты. BGS © UKRI.

Примечание: Исландия также расположена над мантийным плюмом или горячей точкой, где горячая магма поднимается из глубины мантии Земли.Взаимодействие этих двух типов вулканизма за последние 15 или более миллионов лет привело к образованию острова Исландия.

Разрушительные плиты пограничных вулканов

Деструктивные или сходящиеся границы плит – это места, где тектонические плиты движутся навстречу друг другу. Вулканы здесь образуются в двух условиях: либо океаническая плита спускается ниже другой океанической плиты, либо океаническая плита спускается ниже континентальной плиты. Этот процесс называется субдукцией и создает различные типы вулканов в зависимости от настроек:

  • Субдукция океан-океан дает образование островодужного вулкана
  • Субдукция океан-континент дает вулканы андского типа

Вулканы могут образовываться в зонах субдукции, где тектонические плиты движутся навстречу друг другу, и одна плита опускается ниже другой.На этой иллюстрации показана субдукция океана и континента. BGS © UKRI.

Субдукция обеспечивает механизм введения водоносных отложений в мантию. По мере того, как погруженная океаническая плита опускается и нагревается, вода постепенно высвобождается из отложений и минералов внутри «плиты» плиты. Вода снижает температуру плавления мантии примерно на 60–100 ° C. Именно этот процесс позволяет генерировать магму на глубине, которая питает вулканы, образующиеся на поверхности.

Примечание: существует третья установка деструктивной границы: континент-континент. Здесь столкновение двух континентальных плит приводит к процессам горообразования, которые сформировали, например, Альпы и Гималаи.

Горячие точки вулканизма

Вулканы также могут образовываться над столбом перегретой магмы, называемым мантийным плюмом. Это может произойти в районах, удаленных от границ плит. Его также называют горячей точкой или внутриплитным вулканизмом.

Тепло от мантийного плюма вызывает таяние и истончение коры, что приводит к вулканической активности на поверхности.Гавайские острова – это цепь вулканов в центре Тихоокеанской плиты, образовавшаяся из-за наличия горячей точки. Горячая точка Гавайев заставляет магму подниматься и извергаться в виде лавы на дне океана. За миллионы лет Тихоокеанская плита двигалась над горячей точкой, создавая цепочку вулканических островов.

Эта простая схематическая диаграмма показывает движение тектонической плиты (светло-коричневого цвета) над мантийным плюмом или горячей точкой с образованием цепочки вулканических островов.Перегретая магма поднимается через мантию (желтый), плавит земную кору (коричневый) и течет на поверхность, образуя вулкан. Обычно горячие вулканы образованы «текучей» лавой и имеют более плоский, менее конусообразный профиль и называются щитовыми вулканами. Схема не в масштабе. © Общественное достояние.

4 Как земные системы взаимодействуют с извержениями? | Извержения вулканов и их покой, беспорядки, предвестники и сроки

механизма очага землетрясения по отношению к отдаленным вулканам также может определять, происходит ли инициированная реакция (например,г., Delle Donne et al., 2010). Извержения приписывают сжатию, вызванному землетрясением (например, Bonali et al., 2013; Feuillet et al., 2011; Nostro et al., 1998) или расширению земной коры (например, Fujita et al., 2013; La Femina et al., 2004; Walter and Amelung, 2007), зарождение или рост пузырьков (например, Crews and Cooper, 2014), мобилизация богатых кристаллами магм динамическими деформациями (например, Sumita and Manga, 2008), инициирование конвекции (например, Hill et al., 2002), а также резонансные явления (например, Hill.g., Namiki et al., 2016) в магматических очагах. В более длительных временных масштабах может сыграть роль подъем более глубоких магм или газов, вызванный землетрясением. Однако, несмотря на десятилетия исследований, механизмы, с помощью которых сейсмические волны и изменения статического напряжения вызывают извержения и влияют на продолжающиеся извержения, даже в краткосрочных масштабах, остаются неизвестными.

Землетрясения

могут также вызывать беспорядки (сейсмичность, выбросы газа и изменения в гидротермальных системах) у вулканов (например, West et al., 2005).Действительно, гидротермальные системы особенно чувствительны к землетрясениям (например, Ingebritsen et al., 2015). Наличие десятилетних или более длительных временных рядов спутниковых наблюдений облегчило изучение связей между вулканическими волнениями и землетрясениями, особенно для вулканов без наземных инструментов. Эти наблюдения выявляют ряд неэруптивных вулканических реакций на землетрясения, включая деформацию грунта, изменения поверхностного теплового потока, индуцированную вулканическую сейсмичность и гидрологические изменения (например,г., Делле Донн и др., 2010; Харрис и Рипеп, 2007). Некоторые ответы предполагают, что извержение менее вероятно. Погружения, зарегистрированные на нескольких чилийских и японских вулканах после Мауле с Mw 8,8 в 2010 г., Чили (Pritchard et al., 2013) и в 2011 г. с Mw 9 Тохоку, Япония (Takada and Fukushima, 2013), были приписаны косейсмическому выбросу гидротермальных флюидов и соответственно усиленное опускание горячего и слабого плутонического тела. Глубокая долгопериодическая сейсмичность также снизилась на Мауна-Лоа после Mw 9 в 2004 г.3 Суматринское землетрясение (Okubo, Wolfe, 2008).

Вулканы могут также влиять на другие вулканы поблизости (например, Linde and Sacks, 1998). Были задокументированы парные извержения, при которых пары происходили в пределах 50 км друг от друга (например, Biggs et al., 2016; рис. 4.3). Способность предсказывать и объяснять реакцию вулканов на землетрясения и другие вулканы станет значительным достижением, которое поможет в интерпретации постоянных волнений, таких как Лонг-Вэлли, Калифорния.

Климат

Хотя хорошо известно, что извержения вулканов могут влиять на климат (Раздел 4.1) относительно мало внимания уделялось потенциальным воздействиям будущего изменения климата на вулканическую активность и опасности (Tuffen, 2010). В различных временных масштабах (от года до тысячелетия) вулканы и вулканические регионы могут реагировать на медленную деформацию поверхности, связанную с сезонными и климатическими циклами, такими как рост и таяние ледников и ледяных щитов, а также изменения уровня моря (например, Jellinek et al. al., 2004; Maclennan et al., 2002; Mason et al., 2004; Mather, 2015; McGuire et al., 1997; Rawson et al., 2016; Туффен, 2010; Watt et al., 2013). Изменения поверхностного давления, вызванные этими процессами, могут повлиять на скорость декомпрессионного плавления в мантии, вызвать подъем магмы за счет деформации коры или привести к распаду летучих веществ и извержению.

Выявление корреляций между вулканической активностью и климатическими циклами основывается на точных и полных каталогах извержений и вторжений. Крупные извержения (VEI> 5) случаются нечасто, но их возникновение обычно, хотя и не всегда, хорошо сохраняется в геологических или косвенных записях (например,г., Rougier et al., 2016). Более мелкие извержения (VEI 0–3) более часты и, следовательно, обеспечивают лучшую статистику, но каталоги таких событий неполны (например, Watt et al., 2013). Сезонные колебания до 50 процентов средней скорости извержения происходят в некоторых регионах для небольших (VEI 0–2) извержений (Mason et al., 2004). Это колебание объясняется деформацией поверхности, связанной с сезонным переносом воды между океанами и сушей, при этом извержения вулканов более вероятны в периоды изменения приземного давления.

Крупномасштабное таяние льда может повлиять на время извержений. Увеличение вулканической активности задерживает отступление льда на несколько тысяч лет в стратовулканах в Калифорнии и Чили (Jellinek et al., 2004; Rawson et al., 2016), тогда как вулканическая активность в Исландии ускорилась быстрее после последней дегляциации (например, Maclennan et al. др., 2002). Хотя разгрузка ледников фактически происходит мгновенно в геологических временных масштабах, времена запаздывания, вероятно, отражают переменную глубину поступления магмы и время прохождения через земную кору.На какой-то

Геотермальная энергия | Пособие для студентов по глобальному изменению климата

Если бы вы вырыли большую яму прямо в Земле, вы бы заметили, что чем глубже вы войдете, тем выше температура. Это потому, что внутри Земли полно тепла. Это тепло называется геотермальной энергией.

Люди могут получать геотермальную энергию с помощью:

  • Геотермальные электростанции, , которые используют тепло из глубины Земли для выработки пара для производства электроэнергии.
  • Геотермальные тепловые насосы, , которые используют тепло вблизи поверхности Земли для нагрева воды или обеспечения теплом зданий.

Геотермальные электростанции

На геотермальной электростанции скважины пробурены на глубину 1 или 2 миль вглубь Земли, чтобы перекачивать пар или горячую воду на поверхность. Скорее всего, вы найдете одну из этих электростанций в районе, где много горячих источников, гейзеров или вулканической активности, потому что это места, где Земля особенно горячая прямо под поверхностью.

Как это работает

  1. Горячая вода под высоким давлением закачивается из глубины под землей через скважину.
  2. Когда вода достигает поверхности, давление падает, в результате чего вода превращается в пар.
  3. Пар вращает турбину, которая связана с генератором, вырабатывающим электричество.
  4. Пар охлаждается в градирне и снова конденсируется в воду.
  5. Охлажденная вода закачивается обратно в Землю, чтобы снова начать процесс.

Геотермальные тепловые насосы

Не вся геотермальная энергия поступает от электростанций. Геотермальные тепловые насосы могут делать все – от обогрева и охлаждения домов до обогрева бассейнов. Эти системы передают тепло путем перекачивания воды или хладагента (особого типа жидкости) по трубам чуть ниже поверхности Земли, где температура постоянна от 50 до 60 ° F.

Зимой вода или хладагент поглощают тепло Земли, и насос передает это тепло в здание наверху. Летом некоторые тепловые насосы могут работать в обратном направлении и помогать охлаждать здания.

Как это работает

  1. Вода или хладагент движется по петле труб.
  2. В холодную погоду вода или хладагент нагреваются, проходя через часть петли, которая находится под землей.
  3. Когда он снова поднимается над землей, нагретая вода или хладагент передает тепло в здание.
  4. Вода или хладагент остывают после передачи тепла. Его перекачивают обратно под землю, где он снова нагревается, снова запуская процесс.
  5. В жаркий день система может работать в обратном направлении. Вода или хладагент охлаждают здание, а затем перекачиваются под землю, где дополнительное тепло передается земле вокруг труб.

Посмотрите видео, чтобы узнать больше о том, как геотермальные тепловые насосы могут обогревать и охлаждать ваш дом.

Интересные факты

  • Взгляд в прошлое. Люди использовали геотермальную энергию тысячи лет. Древние римляне, китайцы и индейцы использовали горячие минеральные источники для купания, приготовления пищи и еды.
  • Горячие штучки! Большинство людей в Исландии используют геотермальную энергию для нагрева воды и зданий.
  • Кольцо Огня. Многие из лучших мест для геотермальной энергии находятся в «Огненном кольце», области в форме подковы вокруг Тихого океана, которая переживает множество землетрясений и извержений вулканов. Это потому, что горячая магма там находится очень близко к поверхности Земли.

Начало страницы

Вулкан

| Определение, типы и факты

вулкан , выход в коре Земли или другой планеты или спутника, из которого происходят извержения расплавленных горных пород, горячих обломков горных пород и горячих газов.Извержение вулкана – потрясающая демонстрация силы Земли. Тем не менее, хотя извержения впечатляют, они могут привести к катастрофическим человеческим жертвам и материальному ущербу, особенно в густонаселенных регионах мира. Иногда, начиная с накопления богатой газом магмы (расплавленной подземной породы) в резервуарах у поверхности Земли, им могут предшествовать выбросы пара и газа из небольших отверстий в земле. Рой небольших землетрясений, которые могут быть вызваны восходящей пробкой плотной вязкой магмы, колеблющейся против оболочки из более проницаемой магмы, также могут сигнализировать о вулканических извержениях, особенно взрывных.В некоторых случаях магма поднимается по каналам к поверхности в виде тонкой и текучей лавы, либо вытекающей непрерывно, либо струящейся прямо вверх в светящихся фонтанах или занавесках. В других случаях захваченные газы разрывают магму на клочки и выбрасывают в воздух вязкие сгустки лавы. При более сильных извержениях канал магмы прорывается взрывным взрывом, и твердые фрагменты выбрасываются в огромное облако газа с пеплом, которое поднимается на десятки тысяч метров в воздух. Одно опасное явление, сопровождающее некоторые взрывные извержения, – это nuée ardente , или пирокластический поток, псевдоожиженная смесь горячего газа и раскаленных частиц, которая сметает склоны вулкана, сжигая все на своем пути.Большие разрушения также могут произойти, когда пепел скапливается на высоком снежном поле или леднике, растапливая большое количество льда в наводнение, которое может устремиться вниз по склонам вулкана в виде непреодолимого селевого потока. ( См. таблицу основных вулканов мира по регионам.)

Строго говоря, термин вулкан означает отверстие, из которого магма и другие вещества извергаются на поверхность, но он также может относиться к форме рельефа, созданной скопление застывшей лавы и вулканического мусора возле жерла.Можно, например, сказать, что большие потоки лавы извергаются из вулкана Мауна-Лоа на Гавайях, имея в виду жерло; но можно также сказать, что Мауна-Лоа – это пологий вулкан огромных размеров, в данном случае ссылка на форму суши. Вулканические формы рельефа со временем эволюционировали в результате повторяющейся вулканической активности. Мауна-Лоа олицетворяет щитовой вулкан, огромный пологий рельеф, образованный множеством извержений жидкой лавы. Гора Фудзи в Японии – совсем другое образование.Гора Фудзи с ее поразительными крутыми склонами, сложенными слоями пепла и лавы, представляет собой классический стратовулкан. Исландия является прекрасным примером вулканических плато, а морское дно вокруг Исландии является прекрасным примером подводных вулканических структур.

Британская викторина

Викторина по вулканам

Что означает фраза «Огненное кольцо»? Какой самый высокий действующий вулкан в Европе? Проверьте свои знания о вулканах с помощью этой викторины.

Вулканы занимают видное место в мифологии многих народов, которые научились жить с извержениями, но наука запоздала с признанием важной роли вулканизма в эволюции Земли. Еще в 1768 году первое издание Британской энциклопедии «» озвучило распространенное заблуждение, определив вулканы как «горящие горы, которые, вероятно, состоят из серы и некоторых других веществ, которые могут с ней бродить и воспламеняться».«Сегодня геологи согласны с тем, что вулканизм – это глубокий процесс, являющийся результатом тепловой эволюции планетных тел. Тепло не может легко уйти от больших тел, таких как Земля, за счет процессов теплопроводности или излучения. Вместо этого тепло передается из недр Земли в основном за счет конвекции, то есть частичного плавления земной коры и мантии и подъема магмы на поверхность. Вулканы – поверхностный признак этого теплового процесса. Их корни уходят глубоко внутрь Земли, а плоды выбрасываются высоко в атмосферу.

вулканизм и тектоника плит

Стратовулканы имеют тенденцию формироваться в зонах субдукции или сходящихся краях плит, где океаническая плита скользит под континентальной плитой и способствует подъему магмы на поверхность. В рифтовых зонах или расходящихся краях щитовые вулканы имеют тенденцию формироваться, когда две океанические плиты медленно расходятся, и магма изливается вверх через разрыв. Вулканы обычно не встречаются в зонах сдвигов, где две плиты скользят поперек друг друга. Вулканы «горячей точки» могут образовываться там, где потоки лавы поднимаются из глубины мантии к земной коре вдали от краев плит.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Вулканы тесно связаны с тектонической активностью плит. Большинство вулканов, таких как вулканы Японии и Исландии, расположены на окраинах огромных твердых скалистых плит, составляющих поверхность Земли. Другие вулканы, такие как вулканы на Гавайских островах, расположены в середине плиты, что дает важные доказательства направления и скорости движения плит.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Изучение вулканов и их продуктов известно как вулканология, но эти явления не являются областью какой-либо одной научной дисциплины. Скорее, они изучаются многими учеными нескольких специальностей: геофизиками и геохимиками, которые исследуют глубокие корни вулканов и отслеживают признаки будущих извержений; геологи, которые расшифровывают доисторическую вулканическую активность и делают выводы о вероятной природе будущих извержений; биологи, которые узнают, как растения и животные колонизируют недавно изверженные вулканические породы; и метеорологи, которые определяют влияние вулканической пыли и газов на атмосферу, погоду и климат.

Очевидно, разрушительный потенциал вулканов огромен. Но риск для людей, живущих поблизости, можно значительно снизить за счет оценки вулканических опасностей, мониторинга вулканической активности и прогнозирования извержений, а также введения процедур эвакуации населения. Кроме того, вулканизм благотворно влияет на человечество. Вулканизм обеспечивает красивые пейзажи, плодородные почвы, ценные месторождения полезных ископаемых и геотермальную энергию. В течение геологического времени вулканы перерабатывают гидросферу и атмосферу Земли.

сейсмический датчик

Датчик «умного паука», устанавливаемый на вертолете, установленный на гребне горы Сент-Хеленс, действующего вулкана на северо-западе Тихого океана. Этот датчик является частью беспроводной сети таких устройств, предназначенных для отслеживания сотрясений, деформации грунта, взрывов и выбросов пепла, связанных с вулканами.

Геологическая служба США

bigideaswelcome

Большие идеи в вулканологии: вулканическое тепло

Большая идея 1. Вулканическое тепло исходит от природного радиоактивность…







Большие идеи в вулканологии – это несколько ключевых концепций, которые человек изучая вулканологию, надо понимать. Формат этого проекта – основанный на Земле Принципы научной грамотности, набор основных идей, которые все Американцы должны знать о науках о Земле.Глубина, на которую исследует большие идеи в вулканологии, зависит от того, изучают ли они вулканизм в профессиональном плане, в качестве хобби или где-то между ними. Мы тут обсудить первую Большую идею (вулканическое тепло) через семь основных под-идеи, подтверждающие тот факт, что “вулканическое тепло исходит от естественного радиоактивность », включая некоторые заблуждения, слабые места и последствия этих концепций.

После просмотра этих страниц ниже не забудьте посетить« Текущая работа »и Страницы «Ключевые статьи» для получения дополнительной информации.

Комментарии и вопросы приветствуются и могут быть введены непосредственно в поле для комментариев внизу этой страницы!


1.1 Вулканизм требует двух предварительных условий: плавления материала и источника тепла.

Вулканизм можно определить по-разному, но одно определение – это поверхностное проявление внутренние тепловые процессы планеты. Бегущие реки лавы, разрушительные пирокластические взрывы и тихо дегазирующие фумаролы – все это процессы, которые в конечном итоге вызваны высокой температурой.Распространенное заблуждение о происхождении вулканизма заключается в том, что под нашими ногами существует огромная море расплавленной породы (магмы), которое иногда прорывается сквозь поверхность, выделяя тепло и горячий материал. Фактически, единственный жидкий слой Земля – ​​это внешнее ядро, и это, как правило, не то место, где вулканические продукты (хотя подробнее об источниках мантийных плюмов и слое D ” читайте здесь). Источником материалов для вулканизма могут быть породы земной коры, мантии. материал или их комбинация.Большинство расплавов происходит из твердых материал мантии, частично плавящийся в ответ на уменьшение давление. На глубине от 20 до 300 км, температура и условия давления позволяют фазовый переход от твердого до жидкого. После образуется расплав, он должен подняться через кору, чтобы прорваться на поверхность для того, чтобы производить вулканическую активность. Давление внутри Земли из-за силы тяжести, но откуда берется тепло?

Следующая большая идея: источники тепла …




Рисунок 1: The земной коры имеет толщину от 0 до 70 км.Под коркой твердая, но пластичный слой, называемый мантией, простирающийся на глубину 2891 км. Внешнее жидкое ядро ​​окружает твердое внутреннее ядро, которое начинается на глубине 5150 км. Нажмите, чтобы увеличить.


Рисунок 2: Темная линия на этой диаграмме показывает, как температура увеличивается с глубиной внутри. земли (это называется геотермальным градиентом). Более светлая линия показывает положение солидуса (точка, в которой жидкий материал затвердевает). Затененный area представляет собой сплошные области.Обратите внимание, что температуры в внешнее ядро ​​выше солидуса, поэтому внешнее ядро ​​в жидкости! Щелкните изображение, чтобы перейти к внешней ссылке / источнику изображения.




Рисунок 3: Земля все еще хранит тепло, которое было образовано во время начальное формирование. Это тепло происходит от кинетической энергии, передаваемой ударов и последующее гравитационное наращивание, трение, вызванное путем дифференциации структура земли (опускание тяжелых элементов, таких как Fe, восход света такие элементы, как Si), а скрытая теплота кристаллизации выделяется в виде ядро затвердело.Нажмите, чтобы увеличить.


Рисунок 4: Радиогенное тепло выделяется при распаде изотопа. Есть несколько типы радиоактивного распада, но этот пример иллюстрирует альфа-распад, где альфа-частица (ядро гелия, или два протона и два электрон) выбрасывается из родительского изотопа. Излучение (тепло) выделяется одновременно. Обратите внимание, что короткоживущие радиоактивные иостопы, которые существовавшие в раннюю историю Земли внесли значительный вклад тепла, которое считается «остаточным».


1.2 Есть два главный внутренние источники тепла с Земли: остаточное тепло и радиогенное тепло.

Источниками тепла, которые вызывают современный вулканизм, являются 1) выделяемое тепло. как побочный продукт радиоактивного распада и 2) остаточное тепло, оставшееся от формирование Земли. Относительный вклад этих двух Источники общего теплового баланса еще полностью не изучены, но это активная область исследований. Текущие оценки относительного вклада радиогенного тепла: неточные и, как считается, достигают 80%, но недавняя статья опубликовано в Nature, утверждает, что только около половины внутренних тепло исходит от естественной радиоактивности.Другая половина вносится полностью за счет остаточного тепла или есть другие источники тепла, которые мы еще не понял? Когда Земля начала формировать около 4,6 миллиарда лет назад тепло накапливалось за счет кинетической энергии, передаваемой столкновениями, последующие гравитационная планетарная аккреция, дифференциация (разделение Земли на композиционных слоев), а от скрытой теплоты кристаллизации выделяется поскольку ядро ​​остыло. Часть этого изначального тепла все еще сохраняется на Земле сегодня и выделяется вулканизмом.

Следующая большая идея: радиоактивные изотопы …


1.3 Четыре изотопы, которые вносят наибольший вклад в радиогенное тепло, – это 235 U, 238 U, 232 Th и 40 K.

Тепло выделяется, когда атом радиоактивного элемента испытывает разлагаться. Распад – это выброс частицы, который происходит с целью привести атом к более стабильной конфигурации. Радиоактивность – это естественный, непрерывный процесс и не изобретение человека, хотя у нас есть нашел множество способов его использовать.Что касается производства тепла внутри Земля, важнейшими радиоактивными изотопами являются U-235, U-238, Th-232 и К-40. В то время как U-235 выделяет наибольшее количество тепла на атом, K-40 является самый распространенный радиоактивный изотоп, присутствующий на Земле. Гранит в вашей кухне столешница немного (и безопасно!) радиоактивна, потому что гранит содержит большое количество калия. В начале Земли В истории К-40 было гораздо больше, чем сегодня. Это связано с относительно короткий период полураспада – время, необходимое для исходное количество родительских изотопов уменьшится вдвое.В Напротив, количество Th-232 снизилось лишь незначительно за последние 4,6 миллиарда лет, и в результате все еще продолжает вносить относительно большое количество тепла сегодня. Есть много других радиоактивных элементы, и в настоящее время у нас может не быть хорошего ограничения их относительное прошлое или настоящее изобилие внутри Земли и их относительное тепловые вклады. Как происходит уменьшение обилия радиоактивные изотопы влияют на тепловой баланс Земли?

Следующая большая идея: Температура во времени….



Рисунок 5: Это рисунок 8 из Аревало и др. (2009). Относительное производство радиогенного тепла для четыре самых важных изотопа. К-40 выделяет больше всего тепла, но это потому что это самый распространенный радиоактивный изотоп. Фактически, U-235 производит наибольшее количество тепла на атом, поэтому, несмотря на то, что он существует в очень малых количествах, он по-прежнему вносит значительный вклад в общий радиогенный поток горячего воздуха. Щелкните изображение, чтобы перейти по внешней ссылке.





Рисунок 6: Ранняя Земля была чрезвычайно горячей, и ее поверхность могла быть полностью залит морем лавы! Щелкните изображение, чтобы посетить внешний ссылка / источник изображения.

1,4 Производство тепла уменьшается со временем по мере того, как количество радиоактивных изотопов уменьшается.

В настоящее время наибольшее тепловыделение происходит в коре. Это потому что несовместимые элементы (те, чей размер и / или заряд делают их трудно включать в минералы) мигрируют до коры, где они разлагаться. Однако тепло, хранящееся в мантии, сохраняется очень долго. потому что он хорошо утеплен и из-за низкой теплопроводности вещества, составляющего мантию (перидотит).Миллиарды лет назад Земля производила гораздо больше тепла, чем сейчас. делает сегодня. Частично это было связано с распадом радиоактивных изотопы с короткими периодами полураспада, которых больше нет ни в одном значительное изобилие. В настоящее время моделируется температура ядра. быть около 5000 градусов по Цельсию, но ранняя Земля была бы намного горячее, что приводит к усилению вулканизма и тектоники плит. Некоторые точка, Земля, вероятно, была полностью расплавленной. Выделяется больше тепла с этой невероятно горячей Земли, чем поставляется, и поэтому постепенно остывает, и продолжает остывать сегодня.Текущая ставка охлаждение составляет около 100 градусов Цельсия за миллиард лет. Поскольку нет значительных внешних источников тепла и радиоактивности уменьшается, Земля будет продолжать охлаждаться, пока в конце концов не достигнет равновесия. с пространством. Но не волнуйтесь, гораздо более вероятно, что человеческая жизнь на Земле будут уничтожены инопланетным столкновением, потеря магнитное поле, или неизбежное расширение нашего Солнца!

Следующая большая идея: теплопередача …


1.5 Тепло переносится излучением, проводимостью и конвекцией.

Тепло передается через три механизмы: излучение, проводимость и конвекция. Радиация – это излучение тепловой энергии в виде электромагнитных волн. Проводимость – это передача энергии атомов соседним атомам, и является первичным средства теплопередачи в твердых материалах. Конвекция – это тепло транспортировка облегчается физическим перемещением жидкостей. Внутри Земля, тепло переносится конвекцией в мантии и внешнем ядре и в в меньшей степени проводимостью.Тепло излучается пространство на поверхности. Конвекция обусловлена ​​геотермальным градиентом. (повышение температуры с глубиной). В мантии тепловая конвекция это чрезвычайно важный механизм, который движет тектоникой плит. В качестве ранее упоминалось, более высокая выработка тепла в прошлом может привели к усилению мантийной конвекции и, следовательно, к увеличению плита тектоническая и вулканическая деятельность. Тепловая конвекция также возникает в внешнее ядро, по которому проходит жидкость консистенции воды конвекция и порождает геомагнитное поле.13 W. (Lowrie 2001).


Следующая большая идея: определение тепла …





Рисунок 7: Нагрев осуществляется через три механизма: излучение, проводимость и конвекция. Радиация – это выделение тепловой энергии как электромагнитные волны. Проводимость – это передача энергии атомов к соседние атомы, и является основным средством переноса тепла в твердых материалах. Конвекция – это тепло транспорт, облегченный перемещением жидкостей.Щелкните изображение, чтобы перейти к внешней ссылке / источнику изображения.



Рисунок 8: Конвекция в мантии движет тектоникой плит. Ранее на Земле история, когда планета была горячее и конвекция была более сильной, не исключено, что процессы тектоники плит происходили быстрее. Щелкните изображение, чтобы перейти к внешней ссылке / источнику изображения.





Рисунок 9: Тепловые инфракрасные изображения потоков лавы на вулкане Килауэа, Гавайи.Температуры представлены шкалой искусственных цветов, где белый – это цветовая шкала. самые горячие и черный / синий – самые холодные. Термомониторинг вулканического происхождения извержения важны как для понимания эруптивных процессов, так и для для выдачи предупреждений об опасности. Изображения из гавайской вулканической обсерватории Сайт (www.hvo.wr.usgs.org).

1.6 Поверхность проявления внутреннего тепла можно обнаружить по тепловому инфракрасное изображение.

Лава, газы, геотермальный поля и другие источники тепла можно обнаружить с помощью теплового инфракрасного датчики.Возможность идентифицировать и количественно определять излучаемое тепло полезно как для мониторинга вулканов, так и для разведки геотермальных ресурсов. В температура самой горячей современной лавы составляет ~ 1300 градусов по Цельсию, но некоторые из них намного прохладнее (для Например, карбонатиты обычно извергаются при температуре ~ 500 ° C). Тепловой инфракрасную длину волны электромагнитного спектра можно рассматривать 0,7 – 20 мкм. Большинство датчиков (спутниковые, наземные камеры, аэрофотоаппараты, термометры и т. д.) собирают данные в два области 3-5 мкм и 8-13 мкм (из-за атмосферных окон в этих длины волн).Тепловизионные изображения можно использовать для обнаружения извержений вулканов. в отдаленных районах и для мониторинга извержений вулканов, вызывающих непосредственный риск.

Следующая большая идея: геотермальные ресурсы …


1,7 Геотермальное тепло может использоваться как источник энергии / природный ресурс.Геотермальный энергия – это чистый, безопасный, надежный и устойчивый источник электричество. Природные горячие и теплые источники могут обеспечить горячей водой рекреационное или домашнее использование. Геотермальные электростанции производят электроэнергию закачивая воду глубоко в землю в местах с высоким геотермальный градиент (т.е. температура быстро увеличивается с глубиной). Вода нагревается и превращается в пар, который проходит секунду. скважину и вращает турбину для производства электроэнергии. По состоянию на 2010 г. геотермальная электроэнергия составляет всего 0,3% от общей энергии США. производство. Однако в других странах, таких как Исландия и Эль Сальвадор, геотермальная энергия составляет более 25% от общего объема производства. Средний геотермический градиент составляет около 2,5 – 3,0 градуса Цельсия на 100 м, и геотермальные скважины можно реально пробурить примерно до 10000 м.Этот градиент значительно варьируется и в геотермальных районах. может превышать средний градиент более чем в десять раз.



Рисунок 10: Это карта теплового потока США показывает относительные значения температуры увеличение корочки. Средний градиент выше 25 градусов по Цельсию. прибавка на километр. В некоторых районах температура повышается резко с глубиной, например южный Орегон. Тепло ближе к поверхность более экономична для производства энергии! Щелкните изображение, чтобы посетить внешняя ссылка.





















.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.