ляющихся из этих лав газов. Реакции окисления идут с выделением теплоты, что и приводит к дополнительному разогреву изливающейся магмы.

Роль вулканических газов. Какие физические причины приводят в действие механизм извержения вулкана? Что заставляет жидкую магму, заполняющую магматический очаг, начать вдруг движение вверх по жерлу вулкана? Современные исследователи считают, что решающую роль играют в данном случае вулканические газы.

Мы уже отмечали, что в магме наряду с парами воды содержатся различные газы. Это прежде всего углекислый газ COg. Кроме того, в магме растворены хлористый и фтористый водород (НС1 и HF), оксиды серы (SOg и SOg), оксид углерода СО, метан СН4, азот, водород и другие газы. В состоянии равновесия концентрация растворенных в магме газов соогвегсгву-ег при данной температуре определенному внешнему давлению, под которым находится магма на данной глубине. В физике известен закон Генри: концентрация газа, растворенного в жидкости, пропорциональна его давлению над жидкостью. Недаром для получения газированной воды углекислый газ подводят к ней под достаточно большим давлением.

Теперь представим, что давление на глубине (например, там, где находится магматический очаг) вдруг уменьшилось. Это может быть связано, в частности, со сдвигом участков коры в результате землетрясения. Сразу же нарушается состояние равновесия; газы, растворенные в магме под высоким давлением, переходят в

газообразное состояние, что, естественно, сопровождается значительным увеличением их объема. Магма вспенивается и вместе с выделившимися из нее газами начинает подниматься вверх. По мере ее подъема давление падает еще больше, поэтому процесс выделения газов из поднимающейся магмы все время усиливается, что, в свою очередь, приводит к ускорению подъема.

Выше отмечалось, что в основных магмах отделение газов происходит легче, чем в средних и кислых. Значит, основная магма будет быстрее подниматься по жерлу вулкана (или по трещинам), нежели средняя или кислая. В немалой степени этому способствует также меньшая вязкость основной магмы, о чем мы уже говорили. В результате основные магмы извергаются быстро и сравнительно спокойно, тогда как извержения средних и кислых магм происходят медленно, с образованием пробок, со взрывами.

Итак, выделение газов из магмы является решающим фактором, вызывающим извержение вулкана. Характер же извержения определяется вязкостью магмы и тем, насколько легко выделяются из нее газы, т. е. в конечном счете определяется содержанием кремнезема в магме.

В качестве причины, которая нарушила физико-химическое равновесие и привела к выделению газов из магмы, мы указали внезапное уменьшение давления, связанное с землетрясением. В данном случае вулкан был разбужен внешней причиной - землетрясением. Однако извержение может быть вызвано и чисто внутренними причинами. Как полагают ученые, отделение газов может про-

исходить вследствие самопроизвольно (спонтанно) возникающих в магме химических процессов полимеризации, когда молекулы SiOg вдруг начинают объединяться в цепочки полимерных молекул.

Что такое гейзер. В стихотворении, посвященном Исландии, К. Д. Бальмонт писал:

Валуны и равнины, залитые лавой. Сонмы глетчеров, брызги горячих ключей. Скалы, полные грусти своей величавой. Убеленные холодом бледных лучей...

Картина залитых лавой равнин нам уже знакома (напомним рассказ об извержении трещины Лаки). Глетчеры - это ледники (по-немецки). А вот под горячими ключами поэт подразумевал гейзеры - источники, которые периодически, через определенные про межутки времени выбрасывают фонтаны горячей воды и пара. Слово гейзер исландского происхождения; происходит от geysa, что означает хлынуть .

Гейзеры встречаются не только в Исландии. Ими можно любоваться также в США (на территории Йеллоустонского национального парка). Новой Зеландии, Японии. В СССР гейзеры сосредоточены, и притом в большом количестве, на Камчатке (около 100 гейзеров). Одна из рек Камчатки так и называется - Гейзерная. В ее долине находится около 20 крупных гейзеров, и среди них самый большой гейзер Камчатки - Великан. Он выбрасывает фонтан воды высотой до 40 м, при этом столб пара поднимается до нескольких сотен метров. Извержение большого гейзера - удивительно красивое зрелище (рис. 16.11). Окутанная паром мощная струя кипя-

щей воды с грохотом взметается вверх, рассыпаясь на большой высоте мириадами брызг. Фонтан бьет некоторое время, затем струя исчезает, рассеивается пар и все успокаивается. Как правило, вокруг гейзера есть небольшой природный бассейн диаметром до нескольких метров. Земля вокруг гейзеров обычно теплая и даже горячая.

Главное, что отличает гейзеры от прочих теплых и горячих источников,- это периодичность действия. Промежутки времени между извержениями различны у разных гейзеров. Одни гейзеры извергают струю кипятка через каждые 10...20 мин, другие - всего один-два раза в месяц. Так,

извержения гейзера Старый Служака в США повторяются всякий раз через 50...70 мин. Почти у всех гейзеров извержение длится всего несколько минут.

Заглянем в бассейн гейзера сразу после того, как прекратилось извержение. Мы обнаружим, что воды в нем нет. В центре бассейна хорошо видно отверстие - это уходящий в глубь земли канал, его называют трубкой гейзера. Например, у Большого гейзера в Исландии трубка имеет диаметр Эми уходит в глубину на 23 м. Перед началом извержения вода поднимается по трубке, заполняет бассейн, бурлит - и вдруг вверх взметается фонтан кипятка. После окончания извержения вода из бассейна постепенно снова уходит в трубку.

Физика гейзера. Гейзеры располагаются вблизи действующих или сравнительно недавно уснувших вулканов. Распространяющаяся от магматического очага теплота нагревает почти до кипения подземные воды, которые заполняют трещины и разломы вблизи земной поверхности. Извержения гейзеров не имеют ничего общего с извержениями вулканов. Однако для извержений гейзеров необходима теплота, поступающая от вулканов. Поэтому гейзеры принято рассматривать как вторичные вулканические явления.

Прежде чем обсуждать физику гейзера, напомним, что температура кипения воды зависит от давления. С увеличением давления температура кипения повышается. На рисунке 16.12 приведен график зависимости температуры кипения Т от давления р. При р=1 атм имеем Г=100°С. Когда давление

понижается до 0,5 атм, температура кипения уменьшается до 80 °С. При повышении давления до 2 атм температура кипения увеличивается до 120 С.

Представим себе 20-метровую гейзерную трубку, наполненную горячей водой (рис.16.13,а). Используя результаты конкретных измерений, выполненных непосредственно перед извержением гейзера, будем считать, что у вершины трубки температура равна 85 °С, на глубине Я==13 м она составляет 122 °С, а у самого дна трубки 126 °С. По мере увеличения глубины температура воды в трубке растет. Одновременно возрастает и давление - оно складывается из атмосферного давления и давления столба воды в трубке (с погружением возрастает высота, а значит, и давление столба воды). При этом везде по длине трубки температура воды оказывается немного ниже температуры кипения, соответствующей давлению на той или иной глубине. В частности, на глубине Я=13 м давление несколько выше 2 атм.