Извержение, начавшееся 24 августа 79 года, застало их врасплох. Это извержение было характерно выпадением огромного количества пепла и пемзы. Три цветущих города, Стабия, Помпеи и Геркуланум, были погребены под продуктами извержения Везувия, причем Геркуланум был разрушен грязевыми потоками. Раскопки показали, что большинство жителей Помпеи и Стабии успелн покинуть свои жилища и спастись. Плиний Старший умер в районе Стабии в первый день извержения, как полагают, от сердечного приступа.
(Мне довелось видеть на юге Камчатки, в районе вулкана Желтовского, отложения пемзы толщиной около ста метров. Эта цифра поможет нам осмыслить масштабы катастрофы, происшедшей 1900 лет назад на побережье Неаполитанского залива.)
Одно из самых сильных извержений, известных человечеству, связано с вулканом Кракатау, расположенным в Зондском проливе между островами Ява и Суматра.
Извержение началось 20 мая 1883 года взрывами средней силы. Около двух месяцев не происходило ничего особенного, но 27 августа раздался взрыв, который впоследствии был назван "стоном Земли". Пепел был выброшен на высоту более 80 километров, а отголоски взрыва дошли до Центральной Австралии и островов западной части Индийского океана, на расстояние более 5 тысяч километров от Кракатау! Если бы эти события не были документально зафиксированы, они казались бы невероятными.
Следы извержения остались на площади в 3,8 миллиона квадратных километров. Сумерки на Суматре стояли в течение 60 часов. Пепел несколько раз обогнул земной шар. Общий объем выбросов составил 16 кубических километров. Цунами, вызванные взрывом, перебросили из моря в глубь острова военный корабль на расстояние более полутора километров. Гигантские волны разрушили все прибрежные деревни. В результате циклопического взрыва две трети острова Кракатау было уничтожено, погибло 36 тысяч человек.
Мне посчастливилось быть свидетелем одного из самых сильных и интересных извержений нашего века. Извержения, сопровождавшегося мгновенным (по геологическим масштабам) рождением нескольких вулканических конусов. Речь пойдет о знаменитом Толбачике - вулкане Ключевской группы, расположенном неподалеку от одного из самых высоких наземных вулканов в мире - Ключевской сопки.
В 1975 году наша экспедиция на юге Камчатки получила известие о начале извержения. Через три дня мы вылетели из Петропавловска-Камчатского в Ключи.
Когда наш Як-40 подлетал к Ключам, в иллюминатор самолета стал виден чудовищный столб черного дыма с грибовидным утолщением наверху. Я спросил командира экипажа, какова высота столба.
"Не менее 11 километров", - ответил он.
Через несколько часов вертолет доставил нас к месту извержения. Маленький лагерь вулканологов был разбит на черном безлюдном плато.
Многокилометровая чудовищная струя раскаленного пепла, обломков камней и газа вырывалась из усеченного конуса высотой около 200-300 метров, находившегося приблизительно в полутора километрах от лагеря. Ни с чем не сравнимый монотонный низкий рев стоял вокруг.
Даже днем в центре струи были заметны языки пламени в сотни метров высотой. Это означало, что температура продуктов извержения достигала 1000 градусов Цельсия.
Выше этих языков струя газа и пепла образовывала, как говорят вулканологи, форму цветной капусты, то есть непрерывно переходящие друг в друга черные вихри, в которых иногда сверкали молнии.
Мне и раньше приходилось наблюдать извержения с борта специального исследовательского самолета, но впечатление от действующего вулкана, находящегося практически рядом, ни с чем не сравнимое зрелище.
Лагерь вулканологов расположился на "границе безопасности". Насколько условной была эта граница, пришлось убедиться буквально через несколько дней Дело в том, что крупные камни при взрывах падали в нескольких сотнях метров от палаток, а ветер относил пепловую тучу в сторону. Но стоило ветру чуть изменить направление, как горячий пепел и мелкие куски лавы стали падать на лагерь. Началась эвакуация людей и оборудования в более безопасное место. Интенсивность пеплопада была столь велика, что часть вещей пришлось оставить, и они были погребены под толстым слоем черного пепла Толбачика (как здесь не вспомнить Помпею).
Конус вулкана увеличивался с каждым днем. Скорость выбросов газа и пепла превышала скорость звука.
Дни и ночи ревел молодой вулкан, и это продолжалось десятки дней. А затем началось излияние раскаленных лавовых рек. Но и этого разбушевавшейся природе показалось недостаточно. Не успел успокоиться один вулкан, как началось рождение следующего.
Я вернулся в эти места через год. Черный пепел, черные потоки застывших лавовых рек, пейзаж, скорее напоминающий Луну, а не Землю. И при взгляде из иллюминатора вертолета на эту совершенно нереальную, фантастическую картину невольно думалось о буквально неисчерпаемых запасах энергии, таящейся в глубинах нашей Земли.
Энергия эта проявляется не только в форме вулканических извержений.
Когда я впервые попал на Камчатку, мне посчастливилось проникнуть в кратер Мутновского вулкана, по моему мнению, самого красивого вулкана Камчатки. Есть на этом удивительном полуострове снежные сопки правильной формы, которые так и просятся на рекламную открытку. Таков Кроноцкий вулкан, вулкан Опала, знаменитая Авачинская сопка. Мутновский вулкан не похож ни на один из вулканов Камчатки.
Представьте себе гору трехкилометровой высоты, разрезанную пополам почти до середины. Через эту громадную щель можно подняться наверх к двум кратерам размером с Центральный стадион в Лужниках. В одном из этих кратеров под ослепительно голубым ледником на площади около 20 тысяч квадратных метров вырываются из отверстий в земле струи пара. Это и есть фумаролы.
Ни с чем не сравнимая по красоте картина таит опасность для новичков, впервые увидевших знаменитые фумарольные поля Мутновки. Горячие газы (их температура достигает 200 градусов) подтачивают ледник, и огромные глыбы льда нет-нет да и сваливаются с грохотом и треском на фумарольное поле. Впрочем, рев от вырывающихся из земли газов стоит такой, что приходится кричать, чтобы услышать друг друга, и шум от ударов ледяных глыб "маскируется" этим ревом.
На Камчатке и Курильских островах много фумарол.
Есть они на вулкане Менделеев на Кунашире, есть и в жерле Авачинского вулкана. Фумаролы размещаются как внутри кратера, так и на наружных склонах конуса или же в полосе, окружающей основание конуса. "Живут" фумаролы очень долго - от десяти до ста тысяч лет.
Нам очень важно запомнить, что вместе с водой и углекислотой, составляющими основную часть фумарольных газов, из отверстий в земле выделяются окись углерода, метан, аммиак, сернистый карбонил, тиоциановая кислота (это особенно важно), водород. Есть в фумарольных газах и галогены - хлор, фтор. Поэтому около фумарол нередко можно наблюдать сверкающие ярко красные кристаллы хлорида железа и белые кристаллические скопления хлоридов аммония и алюминия.
Около отверстий в земле часто вырастают "серные цветы" - желто-зеленые, игольчатой формы кристаллики серы. Они образуются, когда сероводород, также выделяющийся из фумарол, окисляется на воздухе до самородной серы. В кратере Мутновского вулкана несколько лет назад рядом с мощной фумаролой выросло целое арлитектурное сооружение из кристаллической серы, напоминающее шалаш. К сожалению, туристы, с трудом добирающиеся до этих мест, разобрали "шалаш" на с"вениры. Масштабы выноса серы бывают столь значительными, что иногда используются для промышленной добычи. Так, например, было в Италии в кратере Вулькано и в Мексике в кратере Попокатепетль.
Углекислого газа больше всего выделяют холодные фумаролы с температурой 100-200 градусов. Если топография местности такова, что углекислота может накапливаться, например в низинах и ложбинках (углекислота тяжелее воздуха), это приводит к трагическим последствиям. Животные, попадая в такое место, погибают oт удушья. Хорошо известно в Америке Мертвое ущелье, оно расположено около Йеллоустонского парка. Когда это ущелье было впервые обнаружено людьми, они нашли там несколько мертвых медведей. На Камчатке неподалеку от Долины гейзеров также есть Долина смерти, где можно увидеть мертвых птиц и животных.
При извержении Геклы в Исландии углекислота скопилась во впадине около подножия вулкана, и погибло стало овец. Пастухи при этом остались живы и не испытали никаких признаков удушья - головы людей находились выше слоя углекислоты.
Наряду с фумаролами в районах активного вулканизма встречаются также и гейзеры. Из известных человеку гейзеров самым крупным был Ваймангу в Новой Зеландии. Он просуществовал всего пять лет с 1899 по 1904 год. В расцвете своих сил при каждом извержении этот великан выбрасывал 800 тонн воды. Камни и обломки породы вылетали вместе со струей воды на высоту до 460 мегров.
Главные районы распространения гейзеров на Земле Камчатка, Исландия, Новая Зеландия, Северная Америка (Йеллоустонский парк). Гейзеры, хоть и очень красивое, но по сравнению с фумаролами и вулканами недолговечное явление. Нередко гейзеры перестают "работать" после землетрясений или изменения структуры подводящего канала, из за отложения там различных минералов.
Каковы же причины, вызывающие вулканические процессы? Когда начались эти процессы на Земле?
И, наконец, как удалось доказать, что вулканы не только разрушают все во время извержения, но и имеют прямое отношение к проблемам предбиологической химии, а значит, и к проблеме происхождения жизни.
Постараемся ответить на эти вопросы.
Радиус нашей планеты равен приблизительно 6400 километрам. Земля состоит из трех главных частей: ядра радиусом примерно 3500 километров, мантии, толщина которой составляет около 2900 километров, и тонкой коры, ее толщина изменяется от 55 километров на континентах до 3 километров на некоторых участках океанического дна. Этот чрезвычайно тонкий (по сравнению с мантией) слой состоит главным образом из вулканических продуктов и продуктов глубинной магматической деятельности. Масштабы проявления вулканизма и его роль в образовании коры огромны. Так, в Южной Бразилии в меловом периоде излились базальтовые лавы объемом в полмиллиона кубических километров.
Строение Земли - предмет исследования многих ученых, и мы не имеем возможности подробно рассмотреть здесь этот вопрос. Для наших целей важно одно: вулканы выбрасывают огромное количество газов, жидкого и твердого материала, и нам хотелось бы понять причины этого явления. Оговоримся сразу, что на сегодняшний день понять эти причины можно лишь в первом приближении. Как сказал Г. Макдоналд, не все оставшиеся пробелы в нашем познании относятся к Космосу. Причины и процессы образования магм (жидких расплавов мантии) раскрыты еще не до конца.
В самом общем виде можно представить себе следующую картину.
По-видимому, каждый вулкан связан с очагом магмы, находящимся на глубине порядка 60 километров.
Вообще говоря, мы должны считать мантию Земли твердой, нерасплавленной. Но верхняя мантия находится на самой границе температурной устойчивости. Если температура в верхней мантии повышается до точки плавления, развивается питающий очаг магмы. Это приводит к вулканическому извержению, если магма может излиться на поверхность Земли.
Повышение температуры отнюдь не единственная причина для плавления мантии. Локальное уменьшение давления также способно в принципе привести к появле,- нию расплава. Видимо, не случайно некоторые вулканы располагаются в одну линию, что отражает их приуроченность к глубинным разломам. А эти разломы и есть зоны пониженного давления.
При любом извержении вулкан выбрасывает огромное количество газов. Каков же химический состав газовой фазы вулкана?
Основная составляющая - пары воды. На втором месте углекислота. Именно это обстоятельство привело ученых к мысли, что вулканы породили атмосферу и океан.
Действительно, средняя годовая производительность вулканов по воде 100 миллионов тонн. Если мы умножим эту величину на время жизни Земли, то как раз получим массу всех океанов Земли.
Но здесь есть одно очень деликатное обстоятельство.
Геологи не знают, какая вода извергается вулканами.
Вода мантии Земли, и тогда эта идея правильна, или же вода самих океанов, которая в принципе может "подпитывать" очаги вулканов.
Поэтому, если говорить строго, сегодня мы не можем считать вулканизм единственным источником атмосферы и гидросферы. Тем не менее одно ясно. Вклад вулканов в образование атмосферы и Мирового океана велик.
Кроме воды и углекислоты, при извержении вулкан выбрасывает окись углерода, водород, метан, аммиак, азот, соляную и фтористоводородную кислоты, соединения серы и фосфора, металлы. Это обстоятельство и дает возможность предполагать, что вулканы являются огромными природными химическими реакторами.
Действительно, в жерле вулкана температура достигает тысячи - полутора тысяч градусов. И именно в этой высокотемпературной зоне проходят сотни химических реакций, многие из которых приводят к образованию предшественников органических молекул.
А если вулкан при этом находится под водой? Мало того, что число подводных вулканов существенно превышает число вулканов на суше (где их более 500), только под водой создаются наиболее благоприятные условия для синтеза и дальнейшего сохранения образовавшихся органических молекул.