Текст книги "Удивительная география"

Гейзеры

Одним из интереснейших явлений природы являются гейзеры. Сам термин «гейзер» взят из исландского языка и образован от глагола geysa – «хлынуть». Гейзер – это горячий источник, периодически извергающий потоки воды и пара.

Главной особенностью гейзеров является то, что их активность чередуется с периодами покоя. Для фонтанирования горячего источника требуется сочетание многих условий. Особое значение имеют форма и глубина подземного канала, мощность давления, поступление холодной воды и нагретого пара. Также на активность гейзеров влияет количество поверхностных вод, проникающих в глубь земной породы во время атмосферных осадков (дождя, снега или града). Поступающие от вулканической магмы пар и газ способствуют нагреванию воды, которая закипает и вырывается из трещин в виде фонтанирующих струй и потоков пара.

Гейзер действует по принципу вулкана – только вместо лавы на поверхность выбрасывается горячая вода. Но это не единственное, что объединяет гейзеры и вулканы. Нередко появление гейзеров связано с поступлением тепла от действующих или недавно прекративших деятельность вулканов. Возникновение гейзеров в районах вулканической деятельности наблюдается в Исландии, на Камчатке, в Индонезии, Новой Зеландии, Северной Америке, Китае и Японии.

Внешне гейзеры выглядят по-разному. Это могут быть конусообразные возвышенности с крутыми склонами, низкие, пологие куполообразные холмики, чашеобразные углубления, небольшие котловины и ямки неправильной формы. В зависимости от формы гейзера в его дне или стенках находятся выходы каналов, из которых и происходит выброс горячей воды и пара.

Активность гейзера непредсказуема

Действует гейзер так. Вода поднимается из подземных источников. Благодаря притоку тепла от вулкана она нагревается до температуры, превышающей температуру кипения, то есть выше 100 °C. Правда, из-за давления водяного столба закипание происходит не сразу. Вода поднимается к поверхности, и ее давление падает. Поэтому происходит закипание. Образуется большое количество пара, который преодолевает давление воды и извергается наружу. Вода и пар выбрасываются одновременно.

Различают регулярные и нерегулярные гейзеры. У регулярных продолжительность цикла, то есть состояния активности и покоя, – постоянная. У нерегулярных гейзеров продолжительность отдельных стадий сильно колеблется. Период активности может составлять от нескольких минут до получаса и более, а стадия покоя продолжается от нескольких минут до нескольких дней. Похоже, это явление природы само решает, когда ему быть спокойным, а когда активно действовать!

Состав воды, извергаемой гейзерами, в различных областях может отличаться. Чаще всего в ней растворены соли натрия, а также содержится много кремнезема, благодаря чему на склонах гейзера образуются причудливые отложения породы, близкой к другому минералу – опалу. Эта порода называется гейзерит.

Действующие гейзеры представляют собой впечатляющее зрелище. Фонтанирующая струя горячей воды и пара поднимается на большую высоту, которая может достигать нескольких десятков метров. Например, струя Великого Гейзера в Исландии 200 лет назад извергалась через каждые 30 минут и поднималась на 60 метров. Это высота 20-этажного дома! Температура извергающейся воды у разных гейзеров колеблется от 75 до 100 °C.

Еще одна особенность гейзеров – это то, что существуют они очень недолго. Гибель гейзеров происходит по разным причинам: обваливаются стенки водяного канала, понижается уровень грунтовых вод и т. п. Например, гейзер Уаймангу в Новой Зеландии, название которого означает «крылатая вода», просуществовал всего около пяти лет и исчез из-за понижения уровня воды в соседнем озере. Это был один из самых мощных гейзеров, высота его струи достигала 500 метров!

Исчезли и многие другие гейзеры. Тетарата, также находившийся на территории Новой Зеландии, представлял собой ступенчатый холм из розового кремнистого туфа. Он прекратил свое существование во время извержения вулкана Таравера в 1886 году. В настоящее время самым мощным новозеландским гейзером считается Похуту, высота струи которого достигает 20 метров.

В Исландии известно около 30 действующих гейзеров, самым значительным среди них является гейзер Грила («прыгающая ведьма»), высота его фонтана достигает 15 метров. Выброс воды и пара повторяется приблизительно через каждые два часа.

Одно из известнейших скоплений гейзеров – это территория Йеллоустонского национального парка в США, где действует около 200 гейзеров. Самыми мощными среди них признаны Гигант и Старый Служака. Высота фонтана Гигант составляет около 40 метров, а его период покоя продолжается три дня. Старый Служака фонтанирует гораздо чаще – через каждые 50–70 минут, а максимальная высота его струи чуть больше, чем у Гиганта – до 42 метров.

В России крупнейшее скопление гейзеров – около 100 – было расположено на Камчатке в долине реки Гейзерная недалеко от вулкана Кихпиныч. Оно было обнаружено в 1941 году. Около 20 гейзеров, действующих на Камчатке, являлись достаточно крупными. И по величине, и по силе извержений их вполне можно было соотнести с наиболее мощными гейзерами Исландии, США и Новой Зеландии. Самым большим гейзером Камчатки был признан Великан, высота фонтана которого составляет около 40 метров. Долина гейзеров известна во всем мире, однако в 2007 году она сильно пострадала из-за оползня и вызванного им наводнения. Сейчас гейзеры постепенно пробиваются на поверхность, однако ученые считают, что пока рано говорить о полном восстановлении Долины гейзеров.

Есть гейзеры и в Центральной Азии, на западе Тибетского нагорья. Некоторые бьют прямо со дна рек. Кипящая вода, вырываясь на поверхность через определенные промежутки времени, образует смертоносные водовороты, в которых гибнет все живое. Одну из таких рек называют «рекой мертвых рыб».

В некоторых областях, где имеются значительные скопления гейзеров и горячих источников, сооружены электростанции, работающие на геотермальной энергии (запасах глубинного тепла Земли). Такие электростанции есть в Италии (Лардерелло в Тоскане), Исландии (около Рейкьявика), Калифорнии, на Северном острове Новой Зеландии, в районе реки Паужетки на Южной Камчатке и в некоторых других местах. Правда, этот вид добычи энергии не получил широкого распространения, потому что необходимые для выработки электроэнергии условия встречаются редко. Кроме того, при использовании горячей воды, извергаемой гейзерами, металлические трубы быстро портятся. Это происходит из-за коррозии и засорения растворенными в воде соединениями. Эти соединения – карбонат кальция и кремнезем – оседают на стенках труб.

Вода, извергающаяся из гейзеров, используется для отопления жилых домов, парников и теплиц. В теплой воде гейзеров можно купаться даже зимой.

Немецкий географ Э. Бауэр написал очень интересную книгу «Чудеса Земли». В главе, посвященной гейзерам, Бауэр описал область озера Роторуа на северо-востоке Северного острова Новой Зеландии. Люди племени арава называют это место Такива-Ваиарики, что означает «Страна горячей воды». Среди множества «подземных фонтанов» Бауэр отметил один гейзер – Леди Нокс.

«[Этот гейзер,] расположенный в тихой лесистой долине, известен своим утонченным воспитанием: по утрам он приводится в действие порцией мыла. Экскурсовод высыпает в отверстие гейзера прихваченное с собой ведерко мыльного порошка (мыло служит как бы смазкой для воды) и длинным шестом взбалтывает порошок в канале. Через несколько минут Леди Нокс начинает пениться. Выждав немного, экскурсовод накрывает отверстие мешком и проталкивает его шестом в канал, чтобы пена не шла через край. Толпа туристов отступает к склону, не отрывая глаз от жерла. Глухой взрыв! Мешок взлетает вверх на мощной струе. Леди Нокс заработала!

С полчаса над белыми натеками висит серебристый столб воды высотой 10–15 метров, словно выброшенный пожарным рукавом. Леди Нокс шипит и гудит, как и положено уважающему себя гейзеру. Фонтан переливается на солнце, в воздухе между соснами изгибается радуга. Затем напор начинает спадать, вода становится горячее и, наконец, сменяется паром….»

И Леди Нокс вновь затихает – до следующей порции мыла.

Ледники

Существуют ледники горные и покровные. В горах ледники сначала образуются в углублениях, но когда ледник становится большим, часть льда сползает вниз по склону. У подножия горы температура воздуха выше, и сползающий лед начинает таять – так образуются ледниковые реки.

Ученые называют верхнюю часть ледника областью питания, а нижнюю, которая тает, – областью расхода. Летом иногда можно увидеть границу между этими двумя частями – выше лед скрыт снегом, а ниже снега нет. Эта граница называется границей питания или равновесия. Когда происходит существенное потепление климата, граница постепенно поднимается выше.

Ледники могут быть самых разных размеров – от одного до нескольких сотен квадратных километров. Самый большой горный ледник находится на Аляске (США) и носит имя исследователя Севера В. Беринга.

В больших ледниках лед движется, почти как вода в реке. У горных ледников, как и у рек, бывают даже притоки. Правда, скорость движения таких «рек» относительно небольшая – несколько десятков сантиметров в год.

Но иногда случается ледяной паводок. Как известно, обычный паводок происходит, когда уровень воды в реке сильно повышается, река выходит из берегов и затопляет окрестности. А ледяной паводок – это внезапное и очень быстрое движение льда. Сползающий со склона лед тает; за грудой льда накапливается вода, и в какой-то момент ледяная плотина, увлекаемая потоком воды, на большой скорости устремляется вниз. Вот как описал это явление М. Рид в романе «Охотники за растениями»:

«Поверхность ледника двигалась, напоминая бурное море: горы льда вздымались и перекатывались с оглушительным грохотом; огромные синеватые глыбы высоко поднимались над уровнем льда и с треском разбивались об утесы. Густое белое облако снега и ледяных осколков наполнило ущелье, и под этим зловещим покровом некоторое время еще продолжались стук и скрежет».

Полярные ледники формируются примерно так же, как и горные: сначала выпадает снег, который затем уплотняется. Однако полярные ледники покрывают более обширную территорию, чем горные. Эти-то ледники и называют покровными.

Под водой ледяная гора значительно больше

У покровных ледников тоже есть области питания и расхода. Только у горных ледников лед тает, а у покровных – откалывается и падает в море. Так образуются айсберги – огромные плавучие глыбы, значительная часть которых скрыта под водой. Правда, зачастую и надводная часть айсберга имеет весьма внушительные размеры: ее высота может достигать 70–100 метров. Особенно много айсбергов образуется у побережья Антарктиды, острова Гренландия и некоторых небольших островов Арктики. Айсберги представляют большую опасность для кораблей: «Титаник» затонул из-за пробоины, полученной при столкновении с айсбергом.

Ученые подсчитали, что ледники занимают на планете второе место после Мирового океана по территории и объему воды. А уж запас пресной воды, столь необходимой всему живому, в ледниках гораздо больше. Известно, что талая вода ледников – самая чистая: в ней почти нет примесей.

В XIX веке, когда еще не было холодильников, лед на продажу брали из природных ледников Норвегии, Аляски и развозили по городам. «Домашние ледники» устраивали в погребах, где и хранили провизию.

Конечно, самым большим «домом» ледников является Антарктида. Мы уже говорили, что здесь находится полюс холода, однако в Антарктиде лед тоже тает, правда, это происходит не на поверхности, как мы привыкли, а под толщей льда. В Антарктиде есть целые озера, находящиеся подо льдом.

Явление, похожее на горные ледяные «реки», наблюдается и среди антарктических ледников. Пока точно не установлено, почему возникают эти ледяные потоки, которые несут лед из центральных районов Антарктиды к побережью. Самым крупным из таких потоков является ледник Тейлора.

Толщина ледников Антарктиды огромна. Они величественно громоздятся над океаном, сверкая ослепительной белизной. Значительная часть подледной территории материка находится ниже уровня моря. Это означает, что если бы ледники Антарктиды растаяли, то большая часть материка очутилась бы под водой. Остались бы лишь группы островов.

Всего лишь лед, а какая красота!

Сколько времени нужно, чтобы ледяной покров Антарктиды полностью обновился? Оказывается, на это потребуется 11–12 тысяч лет! А вот небольшой горный ледник вполне может обновиться за несколько десятков лет.

В Северном полушарии расположен большой остров Гренландия. Этот остров в 875 году случайно открыли сбившиеся с курса скандинавские моряки. Первые поселения на острове появились в конце X века. В то время климат острова был значительно теплее, на юге острова росли леса. Серьезное похолодание началось в XIII веке. Все населенные пункты здесь находятся на побережье, основная же часть острова покрыта ледниками.

В ледниках Гренландии, как и в Антарктиде, есть ледяные потоки, самым известным из которых является Якобсхавн. Лед в этом потоке движется очень быстро – со скоростью 7 километров в год.

Подземные льды

Вечная (или многолетняя) мерзлота – это слои подземного льда, которые залегают на разной глубине. Температура воздуха и почвы в районах распространения вечной мерзлоты намного ниже 0 °C.

Вечная мерзлота является частью криосферы – оболочки Земли, в которой может существовать лед. Легко догадаться, что в ее образовании участвуют и литосфера, и атмосфера, и, естественно, гидросфера, ведь лед – это замерзшая вода.

Такое промерзание почвы хорошо известно не только жителям северных районов. К сожалению, бесснежные, но морозные зимы могут нанести существенный вред – без снежного покрова почва промерзает на довольно большую глубину, и зимующие в ней клубни, корни и семена растений погибают. Однако в средних широтах почва редко промерзает на большую глубину – самое большее на несколько десятков сантиметров. Такая мерзлота является сезонной – ведь весной она быстро растает.

А замерзает в почве, конечно же, вода, которая присутствует в природе практически повсюду. Причем это не только та влага, которая впитывается после дождя или в результате таяния льда и снега, но и грунтовые воды.

При низкой температуре вода замерзает и накрепко соединяет частицы земли и породы. Но если сезонная мерзлота существует всего несколько зимних месяцев, то вечная мерзлота существует гораздо дольше. Ученые установили, что самой старой мерзлоте – 1–1,5 миллиона лет. На некоторых территориях мерзлота существует лишь несколько лет, поэтому ее и называют иногда не вечной, а многолетней.

Лед в вечной мерзлоте распределен неравномерно. Это зависит от разновидности пород и количества присутствующей в них воды. Понятно, что рыхлая почва легче промерзает на большую глубину, чем твердые скалы.

Исследователи выделили несколько разновидностей подземного льда. Самыми распространенными являются лед-цемент и сегрегационные льды. Цемент во влажном виде легко проникает в мелкие трещины, а когда застывает, становится твердым и прочным. Похожие свойства и у льда-цемента.

Сегрегационные (от лат. segregatio – «разделение») льды образуются на глинистых почвах, насыщенных влагой. Вода поступает с большой глубины из подземных источников. При промерзании грунт как бы расслаивается, разделяется: слои льда чередуются со слоями промерзшего грунта. Толщина ледяных слоев бывает разной – и меньше миллиметра, и до нескольких сантиметров.

В некоторых районах в промерзших почвах попадаются довольно крупные массивы льда: иногда вертикальные жилы, иногда горизонтально расположенные толстые слои. Крупные ледяные жилы есть в Якутии и на Колыме.

Ширина ледяных жил может достигать 7–20 метров. Нередко ледяные жилы пересекаются с горизонтальными слоями льда, образуя в почве своего рода ледяной каркас.

Возникают ледяные жилы так: зимой при сильном понижении температуры в промерзшем грунте нередко образуются глубокие трещины. Их называют морозобойными – ведь именно мороз «пробивает» их в толще вечной мерзлоты. Появление этих трещин сопровождается сильным шумом, как будто работает отбойный молоток. Весной в эти трещины проникает вода, а зимой она замерзает. Сначала ширина трещины может составлять несколько сантиметров. Что же касается глубины, то известно, что обычно глубина морозобойных трещин составляет 5–6 метров, в редких случаях возникают трещины глубиной 10–12 метров. Однако ледяные жилы проникают в грунт намного глубже! И дело вот в чем. Во-первых, ледяные клинья растут вширь. Это происходит потому, что на месте однажды появившейся трещины вновь и вновь случаются разрывы, тем более что лед растрескивается легче, чем мерзлый грунт. Весной в образовавшуюся трещину снова проникает вода, которая зимой вновь замерзает, и т. д. Ученые установили, что за 100 лет ширина ледяной жилы может вырасти до 2–3 метров! Но ледяные жилы растут и в глубину. Это довольно сложный процесс. Известный мерзлотовед А. Попов предложил гипотезу, согласно которой рост ледяных жил в глубину сопутствует постепенному повышению поверхности земли. Особенно наглядно это можно продемонстрировать на примере пойм (часть дна речной долины, которая затопляется в половодье, во время паводков) сибирских рек или склонов возвышенностей, где постоянно накапливаются речные и склоновые отложения.

Поскольку морозобойные трещины неоднократно возникают на одних и тех же местах, подземный лед, который в них образуется, назван повторно-жильным. Долгое время ученые спорили, как возникли мощные повторно-жильные льды, распространенные в северной части Восточной Сибири и на Новосибирских островах. С конца XIX века и до середины XX века большинство исследователей полагали, что эти льды являются остатками древних ледников.

Самые крупные массивы льда, которые могут встречаться в мерзлых грунтах, называют пластовыми льдами. Эти пласты нередко простираются на несколько десятков метров, их толщина также может составлять несколько десятков метров. Пластовые льды обычно залегают на глубине 40–50 метров, но иногда находятся и на глубине 100–150 метров.

Пластовые льды далеко не всегда залегают горизонтально и имеют однородную структуру. Иногда они располагаются наклонно и имеют многочисленные складки. Лед бывает чистым, но может и включать тонкие слои песка и других пород. Пластовые льды довольно часто встречаются в северных районах Западной Сибири, на Чукотке, в северо-западных районах Канады и на Аляске. Что же касается того, как возникают большие массы льда в толще мерзлого грунта, то ученые пока не пришли к однозначным выводам.

В природе встречаются и так называемые ледяные пещеры. Располагаются они вовсе не в вечной мерзлоте и не на вершинах гор. Такие пещеры есть в России (на Урале) и в Западной Европе. Представьте себе пещеры со сталактитами и сталагмитами изо льда! Кристаллы льда образуют причудливые узоры на стенах пещер, ледяные бугры на полу… Но почему в районах с относительно теплым климатом лед в пещерах не тает даже летом? Дело в том, что теплый воздух не проникает в глубь пещер – он легче холодного, и тот попросту выталкивает его. И так происходит независимо от времени года.

На Памире, в районе Горного Бадахшана, есть весьма необычный «островок» многолетней мерзлоты. У подножия одной из гор находится вход в пещеру: из нее постоянно дует сильный холодный ветер. Он действительно холодный – даже в сорокаградусную жару температура «пещерного» ветра не поднимается выше –20 °C. Если около входа в пещеру поставить ведро с водой, то вскоре эта вода превратится в лед.

Сталактиты и сталагмиты в пещерах производят сильное впечатление

12–15 тысяч лет назад вечная мерзлота покрывала почти всю территорию России, Западной Европы, Северный Казахстан и юг Западной Сибири. В Северной Америке вечная мерзлота охватывала меньшую территорию, однако и там она доходила до штата Колорадо, который в настоящее время отличается довольно жарким климатом.

Но даже в суровых условиях вечной мерзлоты люди строят жилые дома и предприятия. Правда, при этом необходимо учитывать, что в районах вечной мерзлоты почва обладает иными свойствами, нежели, например, в средних широтах. При минусовых температурах обычные песчаные и глинистые почвы могут выдерживать большие нагрузки, а вот при небольшом потеплении такой грунт становится очень рыхлым и либо оседает, либо вспучивается под тяжестью домов. И при этом любое вмешательство в структуру мерзлоты – осушение территории, устройство котлована или просто удаление снежного покрова – может отразиться на свойствах грунта самым непредсказуемым образом. Архитекторы пришли к выводу, что для нормальной устойчивости зданий надо как можно меньше нарушать естественную структуру мерзлоты. Оптимальным решением признано строительство домов на сваях. Во-первых, не нужно рыть котлован под фундамент. Во-вторых, между зданием и грунтом постоянно проходит воздух. Это условие важно потому, что рядом с домами (и любыми постройками) зимой теплее. Тепло, идущее от домов, может привести к подтаиванию грунта и его разрыхлению. А дальше все понятно – почва начнет оседать или вспучиваться, что отрицательно скажется на состоянии здания. Конечно, для установки свай приходится бурить скважины в грунте. Однако это не столь серьезное изменение структуры мерзлоты, как, например, рытье котлована.

Построенная на сваях Якутская тепловая электростанция работает более 50 лет, и каких-либо деформаций здания не отмечалось.

В настоящее время разработаны более совершенные технологии строительства на мерзлоте. В сваи помещают специальные охлаждающие устройства, которые способствуют более сильному охлаждению мерзлоты и, соответственно, более прочному смерзанию свай с почвой.