Динамическая вулканология

Вулканические извержения – крупномасштабные природные катастрофы, не раз угрожавшие существованию цивилизации. Их изучение требует совместных усилий ученых разных специальностей. В учебном курсе, состоящем из 9 лекций, будут рассмотрены вопросы строения Земли и закономерности распределения вулканов по её поверхности, причины вулканизма и эволюция вулканизма в истории Земли. Будут рассмотрены примеры самых значительных извержений и приведена их современная классификация. Методы изучения извержений основаны как на непосредственных наблюдениях (мониторинге), так и на лабораторных исследованиях состава и свойств магмы, кристаллизующихся из нее минералов, а также численном моделировании эволюции магматических систем. В пределах курса будут рассмотрены простейшие гидродинамические модели вулканических извержений. Будет дано объяснение многим наблюдаемым закономерностям, связанным с периодичностью извержений и сменой их характера. В качестве примеров будут рассмотрены извержения вулканов Везувий (Италия), Шивелуч (Камчатка), Маунт Сент Хеленс (США), Суфриере-Хиллз (острова Карибского моря).

Тема 1. Введение в вулканологию. Объекты, методы и история развития вулканологии. Глубинное строение Земли (кора, мантия, ядро, литосфера и астеносфера, континентальные и океанические плиты). Источники тепла, возможность мантийной конвекции. (Плечов П.Ю.) Тема 2. Основные понятия и термины в вулканологии. Типы вулканов и морфология вулканических образований (кальдеры, маары, стратовулканы, моногенные и полигенные конуса, трещинные и щитовые вулканы). Геодинамические обстановки (океан: срединно-океанические хребты, океанические плато, океанические острова; континенты: рифтовые зоны, большие магматические провинции; переход океан-континент: островные дуги, задуговые бассейны, активные континентальные окраины). Распределение зон вулканизма по геодинамическим обстановкам. Основные механизмы магмогенерации. Типы извержений (исландский, гавайский, пиллоу-лавы, стромболианский, вулканианский, плинианский, суперплинианский, рост куполов, пелейский, фреатический). Эффузивная и эксплозивная деятельность, лавы и тефры, коэффициент эксплозивности. Сила извержений (объем, энергия, продолжительность, последствия, жертвы). (Плечов П.Ю.) Тема 3. Продукты извержений. Лавовые купола, лавовые потоки, пирокластические потоки, отложения тефр, лахары, газообразные продукты извержения. Деление тефры по размерности (пеплы, лапилли, вулканические бомбы), агглютинаты и вулканические брекчии. Типы лав (аа-лавы, канатные лавы, пахое-хое, подушечные, глыбовые лавы). (Плечов П.Ю.) Тема 4. Методы мониторинга и прогноза извержений. Климатические и биологические последствия, массовые вымирания в истории Земли. (Плечов П.Ю.) Тема 5. Введение в гидромеханику и моделирование. Основные уравнения механики сплошной среды (уравнения неразрывности и сохранения импульса). Реология магмы. Подъем магмы в каналах и дайках. Течение Пуазейля. Простейшая модель извергающегося вулкана. (Мельник О.Э.) Тема 6. Методы реконструкции физико-химических условий существования магм. Петрологическое моделирование. Использование элементов-примесей для выявления процессов, происходящих в магматических системах. (Плечов П.Ю.) Тема 7. Летучие в магме. Нуклеация пузырьков и миграция газа. Закон Дарси. Фрагментация магмы. Ламинарные и турбулентные течения.  Сила сопротивления канала вулкана. Модели эксплозивных извержений. (Мельник О.Э.) Тема 8. Модели экструзивных извержений. Циклические режимы роста лавовых куполов. Кинетика кристаллизации магмы, вызванная дегазацией. Моделирование кристаллизации. Простейшая модель подъема магмы с кристаллизацией. Стационарное решение. Неустойчивость. Стационарные и циклические режимы извержения Экспериментальное моделирование циклических режимов. Короткопериодические циклы. (Мельник О.Э.) Тема 9. Распространение продуктов вулканических извержений в атмосфере. Модель газопепловой струи в атмосфере. Конвективные и коллапсирующие струи. Пирокластические потоки. Моделирование реальных извержений. Вулканический пепел. Вулканогенные цунами, лахары. Суперизвержения. (Мельник О.Э.)