Тайна извержения вулкана

Актуальность выбранной темы обусловлена прежде всего моим интересом к тайне извержения вулканов, а также любопытство и интерес к теме вулканов многих одноклассников и знакомых ребят. А также тем, что это явление неожиданно и непредсказуемо, а самое главное - опасно для жизни и здоровья, для земного ландшафта. Кто бы мог подумать, что Везувий когда-то съест целый город Помпеи [1, c.6]. А всего лишь 4 года назад вдруг проснулся вулкан Килауэа на Гавайях. Было уничтожены дома, эвакуирован ближайший город и поселки. На территории России на данный момент активно действующими вулканами являются: Шивелуч, Ключевская Сопка и Авачинская Сопка на Камчатке [2, c.69]. В январе 2021 года жителями Камчатки был зафиксирован пепловый снегопад, снег шел прямо с мельчайшими частичками пепла и был грязно-серого цвета. В марте 2021 года образовался побочный прорыв на Ключевской Сопке и вырос шлаковый конус. В феврале 2021 года неожиданно проснулся вулкан в Новой Зеландии на единственном активном вулканическом острове Уайт-Айленд, пострадали австралийские туристы, которые приехали на экскурсии и прогулки. Ведь фтороводород и двуокись серы, которую выбрасывает вулкан, невероятно опасны для здоровья и жизнедеятельности! В августе 2021 года снова проснулся вулкан Этна на Сицилии и увеличился в размерах, достигнув 3357 метров над уровнем моря, установив новый рекорд в Европе!

Идея изучения явления природы – извержения вулкана и его влияния на живую природу увлекла меня еще больше.

Я определил Цели:

1. Изучить тайну извержения вулкана, его пользу и вред

2. Изготовить свой макет вулкана и проверить извержение с его помощью

3.Разработать Памятку для человека, попавшего в зону извержения вулкана

4.Систематизировать полученные знания для создания краткого словарика вулканических терминов.

Для сбора данных по теме исследования я активно посещал краевую детскую библиотеку имени братьев Игнатовых, просматривал различные ролики из интернета на тему вулканизма, бороздил домашнюю библиотеку. Таким образом накопился обзор и анализ литературы, электронных источников – в этом мне помог метод исследования по вторичным источникам. Затем пришла идея использовать и эмпирический метод -  изготовить своими руками макет вулкана и «извергнуть» его.

Мое погружение в тайну вулканизма длится уже 3 года! Кроме исследования литературы в библиотеке и видеопросмотров на вулканические темы, я стал выписывать незнакомые мне слова и вести свой вулканический словарик. Таким образом я узнал, что такое вулкан, лава, пепел, жерло, кратер, магма, кальдера, литосферные плиты, фтороводород и двуокись серы [3, c.32]. Понять, как происходят химические реакции и само извержение, мне помог проект «Умные города». Я участвовал в химической программе «Умного Краснодара» под названием «Таблица Менделеева для детей 7-9 лет», мы проводили различные безопасные химические опыты под руководством инструкторов. Именно там нам привели пример реакции соды (или гидрокарбоната натрия) с уксусной кислотой, в результате их «шипения» образуется ацетат натрия и углекислый газ, разрыхляющие тесто. И там я вспомнил, что именно слово «тесто» является переводом слова магма с греческого языка, и такое название предложил немецкий ученый Розенбуш, и постепенно многие согласились, что свойства магмы и сбегающего теста отдаленно чем-то и правда похожи.. Тогда мне стало интересно попробовать эту реакцию дома, но сначала захотелось разобраться, смогу ли я получить двуокись серы и фтороводород, чтобы проверить их влияние на мой организм. Из энциклопедий стало понятно, что оксид серы – это соединение серы с кислородом, бесцветный газ, с резким запахом, под давлением сжижается, а с влажным воздухом образует капли опасной серной кислоты, может вызывать кислотные дожди и сильно раздражает слизистые горла, носа и глаз [4, c.42]. Дальше я узнал, что сами по себе фтор и водород не опасны, но когда частицы вулканического пепла захватывают их и вступают с ними в реакцию, то они поднимаются в атмосферу и возвращаются в виде кислотных осадков, опасных для человека и смертельных для животных, пьющих из водоемов. Поэтому я сделал вывод о том, что вулканические газы могут быть не только опасны, но и даже смертельны для живых организмов и что в домашних условиях можно только безопасно проверить реакцию соды и уксуса. Оставалось только разобраться в строении вулканов, их видах и процессе извержения, а затем изготовить свой макет и все проверить.  Вулкан — это геологическое образование, похожее на гору. Из справочного издания «Вулканы: удивляйся, учись, познавай» я узнал, что вулканы отличаются от гор тем, что у них есть отверстие глубиной ниже земной коры. Это означает, что вулканы имеют прямой доступ к лаве и газам, пеплу, обломкам горных пород под земной поверхностью, и поэтому могут выпускать эти элементы в атмосферу. Ни один континент или океан не  сформировались без участия вулканизма [2, c.71]. Корни вулкана располагаются на глубине 60-100км. Питается вулкан через жерло. Конус вулкана заполнен продуктами его извержения. На вершине располагается кратер — чаша/углубление, которое иногда заполняется водой. Диаметры кратеров могут быть различные. После извержения кратер разрушается и образуется впадина с вертикальными стенками — кальдера. На глубине от 50 до 350км, в толще нашей планеты образуются очаги расплавленного вещества — магмы. По трещинам и разломам земной коры магма поднимается и изливается на поверхность в виде лавы. При этих излияниях магмы на поверхность и образуются вулканы. Лава бывает жидкая и твердая. Твердые продукты включают в себя вулканические бомбы, вулканический песок и пепел. В момент извержения они вылетают из кратера со скоростью 500м/c. Вулканические бомбы — это самые крупные куски затвердевшей лавы размером от нескольких сантиметров до 1 метра и весом несколько тонн. Вулканический песок состоит из более мелких частиц лавы [5, c.51]. Самые мелкие обломки лавы размером несколько миллиметров образуют вулканический пепел.

Вулканы по форме и типу извержения бывают:

- стратовулканы - из которых изливается густая лава. Они имеют форму конуса. Магма накапливается в жерле и под давлением газов и высоких температур извергается из кратера, иногда и на очень большую высоту

- щитовидные  - от слова щит - тип вулкана ровной и слоистой формы,  в виде выпуклого щита из тонких слоёв горячей жидкой лавы

- купольные, когда слишком густая магма, вырывающаяся из жерла, не стекает по склонам, а застывает вокруг основания кратера и образует купол. Со временем под этим куполом накапливаются газы, которые под высоким давлением вышибают его, словно пробку [6, c.20].

Также встречаются вулканы – шлаковые конусы.

Действующие (активные), потухшие и спящие вулканы:

- действующие, которые в течение последних 10 000 лет имели какую-то активность. Ближайший к нам вулкан - Этна в Италии

- спящие, которые извергались со времени последнего ледникового периода, но в настоящее время не активны. Спящий вулкан может снова извергнутся в любой момент в будущем. Ученые предполагают, что изменения климата может спровоцировать извержение некоторых спящих вулканов. Пример вулкан Форпикд на Аляске в США

- потухшие, которые не извергались в течение последнего ледникового периода и скорее всего не будут извергаться снова в будущем [7, c.12]. Предполагается, что они больше не имеют источника лавы, но точно это нельзя определить.

Самые известные и крупные вулканы в истории: Этна (на Сицилии), Везувий (Италия), Гекла (Исландия), Кракатау (Индонезия), Невадо (Колумбия), Йеллоунстоун (США). И наконец, чтобы мои цели соответствовали поставленным задачам, после долгого изучения различной литературы и просмотра видео, после участия в научных программах, я решил изготовить прочный макет вулкана, раскрасить его, применить полученные знания и извергнуть его, и удивить своих одноклассников, семью и друзей красивой шипящей лавой в рамках этого научно-исследовательского проекта. Для начала я узнал, что сульфат кальция является гипсовым порошком для лепки, и при правильном использовании в домашних условиях он безопасен. Я взял гипсовый порошок, высыпал его в чашу для смешивания, аккуратно вылил туда около 300 миллилитров воды и размешал смесь до однородной пасты. Из всех видов вулканов я выбрал форму конуса, и мне помогла в этом большая пластиковая бутылка. Затем я вылил однородную пасту в конусовидную вулканическую форму бутылки и дал гипсу застыть. Примерно через час гипс затвердел и мы с мамой аккуратно вытащили его из формы и у нас получился стратовулкан конусовидной формы. На следующий день вулкан был готов к раскрашиванию и я выбрал вулканические цвета: коричневый, красный, желтый и черный. Из красок я использовал акварель медовую и гуашь (Рис.1).

Рис.1. Изготовление макета вулкана своими руками.

Затем я перешел к самому главному и интересному – процессу извержения конусного вулкана. Чайную ложку соды я поместил в кратер вулкана, добавил немного жидкости для мытья посуды и подготовленную красную краску для лучшего эффекта лавы. Медленно влил столовую ложку уксуса в кратер и у меня получилось очень красивое извержение. Таким образом, благодаря результату моего проекта – макету вулкана и наблюдениям за процессом его извержения в домашних условиях, я открыл для себя тайну извержения и формирования вулканов и понял, что глубоко в земле при температуре больше 1000 градусов, горные породы плавятся и формируют магму. Она поднимается к поверхности земли через жерло и извергает из кратера потоки лавы, а затем и бомб, и вулканического песка, и пепла. В процессе извержений формируются и новые вулканы, и водные бассейны, и горные породы. Теперь этот вулкан будет жить у нас дома! (Рис.2)

Рис.2. Извержение вулкана в домашних условиях.

Я пришел к следующим выводам:

Вулканы сыграли огромную роль в развитии геологической и географической науки. Однако изучение вулканизма имеет не только познавательное значение. Действующие вулканы наряду с землетрясениями представляют собой страшную опасность для близко расположенных населенных пунктов. Моменты их извержений приносят стихийные бедствия, экономические потери, а иногда и массовую гибель населения. Хорошо, например, известно извержение Везувия в 79-м году нашей эры, уничтожившее города Геркуланум и Помпею. В результате погибло несколько тысяч человек. Вулканический пепел опасен и для самолетов. Он может забиться в двигателе и сразу совершить катастрофу. Каждый человек должен знать о причинах, последствиях и опасности вулканизма.  Например, вулканические газы выделяются вулканами любого вида [8, c.24]. Они поднимаются в атмосферу, затем возвращаются в виде кислотных дождей. Одним из самых опасных газов для человека является двуокись серы (газ реагирует с влажным воздухом и образует капли серной кислоты: воздух заражается, дождевая вода становится кислотной, растения гибнут на корню). У людей раздражается слизистая оболочка глаз, носа и горла. На животных сильный вред оказывает фтороводород. И фтор и водород сами по себе не опасны, но их соединения захватываются пепловыми частицами и вместе с осадками возвращаются на землю и отравляют почву и воду, то есть источники еды и питья животных. Меня волновал вопрос - что же нужно делать человеку, попавшему в зону извержения? Ведь даже несмотря на то, что в Краснодарском крае, где мы живем, нет вулканов, эти знания все равно нужны, потому что в наше время люди много путешествуют и могут попасть в вулканически опасные регионы, как, например, в феврале месяце этого года случилось с туристами из Австралии на острове Уайт-Айленд в Новой Зеландии. Да и во время землетрясений, которые случаются в Краснодарском крае и могут случиться и в других регионах, меры безопасности жизнедеятельности очень похожи на мои рекомендации для зон повышенной вулканической опасности. Для этого я разработал свою Памятку для человека, попавшего в зону извержения вулкана (Рис.3). Единственным способом спасения является эвакуация. Если оказался на улице, то пользоваться респираторами и масками, чтобы исключить ожоги, и вообще нужно закрыть все участки кожи, а лучше вообще не выходить из помещения. А если у человека болезни органов дыхания, то иметь с собой лекарства и специальные приборы для приступов удушья. Нельзя открывать окна, пользоваться, например, техникой и бытовыми приборами, включать воду, газ, садиться в лифт. Нельзя ехать на автомобиле после выпадения пепла - это приведет к выходу его из строя. Вулканический пепел опасен и для двигателей самолетов. Как только опасность минует, позже нужно очистить от пепла крышу дома, чтобы исключить ее перегрузку и разрушение.

Рис.3. Памятка по действиям при извержении вулкана.

Изучая естественно-научную литературу и географические энциклопедии, я понял, что тема вулканизма содержит очень много новых сложных слов и терминов [10]. Поэтому мое погружение в тему вулканизма продолжилось! В результате я разработал свой Краткий словарик вулканических терминов. Я пришел также к выводу, что если бы не было вулканов и магмы, то не было бы материков и сегодняшней жизни на земле… Земля бы просто остыла! Вулканические извержения обогащают Землю, питая почву минералами и микроэлементами. При затвердевании потоки лавы формируют новые ландшафты и могут даже смещать литосферные плиты.

Думаю, моя работа принесла многим новые знания и умения, и именно этим и стала полезна для детей, ведь самое ценное – это наша жизнь и здоровье. Не зря народная мудрость гласит: «Предупрежден, значит – вооружен!»

Хотел бы сказать спасибо моим родителям за помощь в проведении моих исследований, за обеспечение безопасности моих опытов и наблюдений, а также моему учителю Галине Валентиновне за поддержку, помощь в сборе и обработке информации, за вдохновение и веру в меня!

1. Короновский Н.В. Последний день Помпеи / Природа, 1999, №2.
2. Короновский Н.В. Земля. Метеориты, вулканы, землетрясения / Фрязино: «Век 2», 2014.
3. Вулканы: удивляйся, учись, познавай / Справочное издание. - М.: Махаон, 2015.
4. Опасная природа. Популярная научно-практическая энциклопедия современных знаний / Под ред. Е.Г. Ананьевой. - М.: Эксмо, 2013.
5. Ритман А. Вулканы и их деятельность. - М.: Мир, 1964.
6. Лебединский В.И. Вулканы и человек. - М.: Недра, 1967.
7. Тайны гор. - ООО «Издательство РОСМЭН-ПРЕСС», 2002.
8. Планета Земля. Иллюстрированная энциклопедия для детей / пер. с итальянского. - ООО «ИД Владис», 2014.
9. Макдоналд Г. Вулканы. - М.: Мир, 1975.
10. География. Энциклопедический словарик школьника / Издательский дом «Литера», 2006.