Вулкани, гейзери, землетруси й сейсмічні пояси

Вулканізм — це сукупність процесів, пов'язаних із рухом магми з надр Землі до її поверхні. Коли тиск у магматичному вогнищі стає більшим за тиск вищих шарів, розплавлена речовина проривається крізь тріщини в земній корі й виходить назовні. Саме ці процеси формують вулкани — одні з найвражальніших геологічних утворень на планеті.

Магма й лава — у чому різниця?

Важливо одразу запам'ятати: магма — це розплавлена гірська порода, що перебуває в надрах Землі. Вона містить розчинені гази (водяну пару, вуглекислий газ, сірководень) і перебуває під великим тиском. Коли магма виливається на поверхню, вона втрачає більшість газів, і тоді її називають лавою. Отже, лава — це та сама магма, але вже на поверхні й дегазована (утратила більшість газів).

Будова вулкана

Класичний вулкан має кілька основних частин:

• Магматичне вогнище — резервуар розплавленої магми в надрах Землі, звідки починається підйом речовини.

• Жерло (канал) — вертикальний або похилий канал, яким магма піднімається до поверхні.

• Кратер — чашоподібне заглиблення на вершині вулкана, через яке відбувається виверження.

• Конус — гора, утворена з шарів застиглої лави, попелу й вулканічних бомб.

Під час виверження з кратера викидаються різні продукти: рідка лава, тверді уламки (вулканічні бомби, лапіллі, попіл) і гази. Попіл може підніматися на десятки кілометрів у висоту й поширюватися на тисячі кілометрів, як це сталося 2010 року з вулканом Ейяф'ятлайокюдль в Ісландії — попіл паралізував авіасполучення в усій Європі.

Типи вулканів за формою

За формою та складом лави розрізняють два основні типи вулканів:

Мауна-Лоа — цікавий випадок: він розташований не на межі літосферних плит, а над «гарячою точкою» посеред Тихоокеанської плити. Гаряча точка — це місце, де мантійний плюм (потік розпеченої речовини) пропалює літосферу й утворює вулкан.

Діючі й згаслі вулкани

Вулкани поділяють на діючі (ті, що вивергалися в історичний час або виявляють активність) і згаслі (ті, що не вивергалися тисячі років і втратили зв'язок із магматичним вогнищем).

Найвідоміші діючі вулкани світу:

• Етна (Сицилія, Італія) — найвищий діючий вулкан Європи, висота приблизно 3300 м (змінюється через виверження).

• Везувій (Італія) — у 79 р. н. е. його виверження знищило міста Помпеї й Геркуланум.

• Кракатау (Індонезія) — катастрофічне виверження 1883 року, вибух якого чули на відстані 3000 км.

• Ключевська Сопка — найвищий діючий вулкан Камчатки (≈ 4750 м).

• Мауна-Лоа (Гаваї) — один із найбільших щитових вулканів Землі.

• Ейяф'ятлайокюдль (Ісландія, 2010) — виверження зупинило авіасполучення в Європі через хмару попелу.

В Україні є згаслі вулкани: Карадаг у Криму та вулкани Вигорлат-Гутинського хребта в Закарпатті. Вони діяли мільйони років тому й нині не становлять небезпеки.

Гейзер — це гаряче джерело, яке періодично викидає фонтан гарячої води й пари. Він живиться підземною водою, що нагрівається магмою, яка залягає неглибоко під поверхнею. Коли вода в підземній камері досягає температури кипіння, тиск пари виштовхує її назовні у вигляді фонтана.

Райони гейзерів

Гейзери трапляються лише в районах сучасного або недавнього вулканізму, де магма залягає близько до поверхні. Головні райони гейзерів у світі:

• Ісландія — саме від ісландського гейзера Гейсір походить назва явища. Тут гейзери й термальні джерела є частиною ландшафту.

• Йеллоустонський національний парк (США) — найбільше скупчення гейзерів на планеті, зокрема знаменитий гейзер «Старий Служитель» (Old Faithful).

• Долина гейзерів на Камчатці (Росія) — друга за величиною концентрація гейзерів у світі.

• Північний острів Нової Зеландії — район Роторуа, відомий геотермальною активністю.

Інші поствулканічні явища

Крім гейзерів, існують інші прояви поствулканічної активності:

• Фумароли — виходи гарячих вулканічних газів (водяної пари, вуглекислого газу, сірководню) крізь тріщини в земній корі.

• Термальні джерела — гарячі підземні води, нагріті магмою, що виходять на поверхню. В Ісландії їх широко використовують для опалення будинків і роботи геотермальних електростанцій.

• Грязьові вулкани — конусоподібні утворення, що викидають грязьову масу, воду й гази. В Україні вони поширені на Керченському півострові.

Усі ці явища — гейзери, фумароли, термальні джерела — є свідченням того, що в надрах Землі зберігається теплова енергія, пов'язана з вулканізмом. Там, де немає сучасного вулканізму, гейзерів не буває.

Землетрус — це підземні поштовхи й коливання земної поверхні, спричинені раптовими розривами й зсувами в надрах Землі. Енергія, що накопичилася в гірських породах, раптово вивільняється, породжуючи сейсмічні хвилі. Ці хвилі реєструють спеціальні прилади — сейсмографи.

Гіпоцентр і епіцентр

Ключові поняття, які треба розрізняти:

• Гіпоцентр (осередок землетрусу) — місце в надрах Землі, де відбувся розрив гірських порід і звідки поширюються сейсмічні хвилі. Глибина гіпоцентру може бути від кількох кілометрів до 700 км.

• Епіцентр — точка на земній поверхні, розташована безпосередньо над гіпоцентром. Саме в епіцентрі та найближчих до нього районах руйнування від землетрусу найбільші.

Магнітуда й інтенсивність

Це два різні показники, які часто плутають.

Найсильніший зареєстрований землетрус стався в Чилі 1960 року — його магнітуда становила 9,5. Він спричинив цунамі, що досягло Гаваїв і Японії.

Цунамі та захист від землетрусів

Підводні землетруси можуть спричиняти цунамі — гігантські хвилі, що рухаються зі швидкістю до 800 км/год. Найруйнівніші цунамі в історії:

• Індійський океан, 2004 рік — землетрус магнітудою 9,1 біля Суматри спричинив цунамі, що забрало життя понад 230 000 людей у 14 країнах.

• Японія, 2011 рік — землетрус магнітудою 9,0 спричинив цунамі, яке призвело до аварії на АЕС «Фукусіма-1».

Для захисту від землетрусів застосовують: сейсмостійке будівництво (спеціальні конструкції, що гасять коливання), сейсмічне районування (визначення зон можливих землетрусів) і системи раннього попередження, які дають змогу сповістити населення за кілька секунд до приходу хвиль.

Сейсмічні пояси — це вузькі смуги вздовж меж літосферних плит, де зосереджена більшість вулканів і землетрусів. Саме тут літосферні плити стикаються, розходяться або ковзають одна вздовж одної, створюючи напруження, яке періодично розряджається у вигляді землетрусів і вивержень.

Тихоокеанський сейсмічний пояс («вогняне кільце»)

Найактивніший сейсмічний пояс Землі простягається вздовж узбережжя й островів навколо Тихого океану. Він охоплює:

• Японію, Індонезію, Філіппіни, Нову Зеландію

• Чилі, Перу, Мексику

• Західне узбережжя США (Каліфорнія, Аляска)

• Камчатку, Курильські острови

У цьому поясі розташована більшість діючих вулканів світу й відбуваються найсильніші землетруси. Саме тому його називають «вогняним кільцем» Тихого океану.

Середземноморсько-Гімалайський (Альпійсько-Гімалайський) пояс

Другий за активністю сейсмічний пояс простягається від Піренеїв через Середземномор'я й Гімалаї до Південно-Східної Азії. Він охоплює:

• Італію, Грецію, Туреччину (землетрус 6 лютого 2023 р. магнітудою 7,8)

• Іран, Афганістан

• Гімалаї (Непал, землетрус 2015 р. магнітудою 7,8)

• Південно-Східну Азію (М'янма, Індонезія частково)

Цей пояс утворився внаслідок зіткнення Євразійської, Африканської, Аравійської та Індо-Австралійської літосферних плит.

Третій пояс — серединно-океанічні хребти

Слабший сейсмічний пояс простягається вздовж серединно-океанічних хребтів, де плити розходяться. Тут землетруси переважно слабкі, а вулканізм проявляється у вигляді підводних вивержень. Найвідоміші наземні ділянки цього поясу — Ісландія (розташована на Серединно-Атлантичному хребті) та Азорські острови.

Асейсмічні території

Давні платформи — це стійкі ділянки земної кори, де землетруси й вулкани майже не трапляються. Вони розташовані далеко від меж літосферних плит. Приклади:

• Більша частина України (Східноєвропейська платформа)

• Центр Австралії

• Канадський щит

• Бразилія (Південноамериканська платформа)

В Україні сейсмічно активними є лише окремі регіони: Закарпаття, Крим і південний захід країни (через вплив зони Вранча в Румунії). Решта території України лежить на давній Східноєвропейській платформі, тому сильних землетрусів там не буває.

У цьому розділі розберемо типові завдання НМТ на тему вулканів, землетрусів і сейсмічних поясів. Кожен приклад супроводжується покроковим поясненням.

Приклад 1. Три країни з найвищою сейсмічністю

Завдання: із запропонованого переліку країн вибери три, що мають найвищу сейсмічну активність: Японія, Польща, Чилі, Австралія, Індонезія, Бразилія, Україна.

Розв'язання: згадай, що найбільше землетрусів і вулканів зосереджено в Тихоокеанському сейсмічному поясі («вогняне кільце») та Середземноморсько-Гімалайському поясі. Японія, Чилі й Індонезія лежать у Тихоокеанському поясі — це країни з дуже високою сейсмічністю. Польща, Австралія, Бразилія й Україна розташовані на давніх платформах, тому землетруси там рідкісні й слабкі.

Відповідь: Японія, Чилі, Індонезія.

Чому інші варіанти неправильні: Польща — Східноєвропейська платформа; Австралія — давня Австралійська платформа; Бразилія — Південноамериканська платформа; Україна — Східноєвропейська платформа. На всіх цих територіях сейсмічна активність мінімальна.

Приклад 2. Точка на поверхні над осередком землетрусу

Завдання: як називають точку на земній поверхні, розташовану безпосередньо над осередком землетрусу?

• А) гіпоцентр

• Б) епіцентр

• В) кратер

• Г) жерло

Розв'язання: згадай визначення. Гіпоцентр — це місце розриву в надрах (осередок). Епіцентр — точка на поверхні над гіпоцентром. Кратер і жерло — частини вулкана, не пов'язані із землетрусом.

Відповідь: епіцентр.

Чому інші варіанти неправильні: гіпоцентр — це осередок у надрах, а не на поверхні; кратер — чашоподібне заглиблення на вершині вулкана; жерло — канал, яким магма піднімається до поверхні.

Приклад 3. Магнітуда 7 — яке твердження правильне?

Завдання: землетрус має магнітуду 7 за шкалою Ріхтера. Яке твердження є правильним?

• А) Інтенсивність струсу в усіх населених пунктах дорівнює 7 балам.

• Б) Магнітуда зменшується з відстанню від епіцентру.

• В) Інтенсивність струсу в різних населених пунктах різна.

• Г) Магнітуда вимірюється в балах 12-бальної шкали.

Розв'язання: магнітуда — це енергія, що вивільнилась в осередку; для одного землетрусу вона одна, не залежить від відстані. Інтенсивність — сила струсу на поверхні, вона різна в різних місцях, залежить від відстані до епіцентру, глибини гіпоцентру й ґрунтів. Магнітуду вимірюють за шкалою Ріхтера (числа), а інтенсивність — у балах 12-бальної шкали.

Відповідь: інтенсивність струсу в різних населених пунктах різна.

Чому інші варіанти неправильні: А — інтенсивність не дорівнює магнітуді, вона залежить від багатьох чинників; Б — магнітуда не зменшується з відстанню, це енергія в осередку; Г — магнітуду вимірюють за шкалою Ріхтера, а бали — це інтенсивність.

Приклад 4. Країна з природними гейзерами

Завдання: у якій із перелічених країн є природні гейзери?

• А) Польща

• Б) Ісландія

• В) Єгипет

• Г) Фінляндія

Розв'язання: гейзери трапляються лише в районах сучасного вулканізму, де магма залягає близько до поверхні. Ісландія розташована на Серединно-Атлантичному хребті й має надзвичайно активний вулканізм — там є гейзери (Гейсір, Строккур) і сотні термальних джерел. Польща, Єгипет і Фінляндія лежать на давніх платформах, де немає сучасного вулканізму, тому гейзерів там не буває.

Відповідь: Ісландія.

Чому інші варіанти неправильні: Польща — Східноєвропейська платформа, немає вулканізму; Єгипет — Африканська платформа; Фінляндія — Балтійський щит (давня платформа).

Нижче наведено типові помилки в цій темі й правильний спосіб міркування.

• Плутати гіпоцентр і епіцентр. Гіпоцентр — це місце розриву в надрах Землі (осередок). Епіцентр — точка на поверхні над гіпоцентром. Запам'ятай: «гіпо» — унизу (у надрах), «епі» — на поверхні.

• Вважати магнітуду й інтенсивність одним показником. Магнітуда — це енергія, що вивільнилась в осередку (шкала Ріхтера, одне число для всього землетрусу). Інтенсивність — сила струсу на поверхні в конкретному місці (12-бальна шкала, різна для різних населених пунктів).

• Плутати магму й лаву. Магма — розплав у надрах Землі, містить гази. Лава — магма, що вилилась на поверхню й втратила гази.

• Відносити Австралію чи Бразилію до сейсмічних поясів. Ці країни розташовані на давніх платформах, далеко від меж літосферних плит, тому землетруси там рідкісні й слабкі.

• Вважати, що вулкани бувають лише на межах плит. Гавайські вулкани (Мауна-Лоа, Кілауеа) розташовані посеред Тихоокеанської плити над «гарячою точкою» — мантійним плюмом, що пропалює літосферу.

• Шукати гейзери там, де немає сучасного вулканізму. Гейзери живляться водою, нагрітою магмою, тому вони трапляються лише в районах активного або недавнього вулканізму (Ісландія, Йеллоустон, Камчатка, Нова Зеландія).

На НМТ тема «Вулкани, гейзери, землетруси й сейсмічні пояси» входить до теми 1.4 програми «Літосфера та рельєф» (внутрішні процеси: рухи літосферних плит, землетруси, вулканізм, гейзери, сейсмічні пояси). Перевіряють такі вміння:

• Знати будову вулкана й розрізняти магму й лаву.

• Розрізняти гіпоцентр і епіцентр, магнітуду й інтенсивність.

• Пояснювати закономірності розміщення сейсмічних поясів.

• Відносити країни до Тихоокеанського чи Середземноморсько-Гімалайського поясу.

• Знати райони гейзерів і пов'язувати їх із вулканізмом.

Форми завдань

На НМТ з географії ця тема може траплятися у двох форматах:

• Вибір однієї правильної відповіді з чотирьох (завдання 1–20, 1 бал). Наприклад: «Як називають точку на поверхні над осередком землетрусу?»

• Вибір трьох правильних відповідей із семи (завдання 25–30, по 1 балу за кожен правильно вказаний варіант). Наприклад: «Вибери три країни з найвищою сейсмічною активністю». Максимум — 3 бали за завдання.

Стратегія виконання

Для завдань на вибір країн із високою сейсмічністю спершу подумки познач ті, що лежать на межах літосферних плит навколо Тихого океану (Тихоокеанський пояс) або в Альпійсько-Гімалайському поясі. Країни на давніх платформах (Україна, Австралія, Бразилія, Польща) автоматично відкидай — там землетруси рідкісні.

Для завдань про гейзери пам'ятай: вони бувають лише там, де є сучасний вулканізм. Ісландія, Йеллоустон (США), Камчатка, Нова Зеландія — головні райони.

• Вулкан складається з магматичного вогнища, жерла, кратера й конуса. Магма — розплав у надрах, лава — магма, що вилилась на поверхню.

• Гейзери трапляються лише в районах сучасного вулканізму: Ісландія, Йеллоустон (США), Камчатка, Нова Зеландія.

• Гіпоцентр — осередок землетрусу в надрах; епіцентр — точка на поверхні над гіпоцентром.

• Магнітуда — енергія землетрусу (шкала Ріхтера, одна для всього землетрусу). Інтенсивність — сила струсу в балах 12-бальної шкали, різна в різних місцях.

• Сейсмічні пояси: Тихоокеанський («вогняне кільце») і Середземноморсько-Гімалайський. Третій, слабший — серединно-океанічні хребти.

• Давні платформи (більша частина України, центр Австралії, Канадський щит, Бразилія) — асейсмічні території, де землетруси й вулкани майже відсутні.