Вулканоло́гія (, ) — геологічна наука, що вивчає процеси і причини утворення вулканів, їх розвиток, будову і склад продуктів вивержень, закономірності розміщення вулканів на земній поверхні, зміну характеру їх діяльності у часі. Практична мета вулканології — розробка методів прогнозу вивержень і використання вулканічного тепла гарячих вод і пари для потреб економіки, розкриття закономірностей утворення корисних копалин вулканогенного походження. Вулканологія розв'язує питання про джерела вулканічної енергії, умови еволюції магми, розміщення магматичних вогнищ, ролі вулканізму в формуванні земної кори та кори інших планет.

До ключових досягнень вулканології належать: встановлення зв'язку вулканізму з тектонікою літосферних плит; розробка класифікацій типів вулканів і вивержень; створення методів прогнозування вивержень (на основі сейсмічних, газових і деформаційних ознак); виявлення ролі вулканізму в формуванні земної кори, атмосфери і гідросфери.

Історія вулканології Історія вулканології, як і більшість інших історій природничих наук, позначена трьома великими етапами. Забобонний етап, на якому вірування та релігійні міфи значною мірою домінують у знаннях, потім науковий внесок, який прагне узгодити спостереження та переконання, і, нарешті, наукове знання явища, яке тільки починається у 18 столітті Вільямом Гамільтоном, отже, пізніше, ніж інші природничі науки. Нарешті, в 1912 році, з теорією дрейфу континентів Альфреда Вегенера, почали розуміти механізми, що викликають не тільки виверження, але й землетруси.

Основоположником науки про вулкани вважають Емпедокла, який жив у 5 ст. до н. е. Він перший, хто спостерігав над вулканічними виверженнями і побудував спостережну станцію на Везувії. Хоч багато його праць до нас не дійшло, ми все ж розуміємо, що в той час люди намагалися пояснити ці грізні явища природи. Але після його смерті людство забуло про нього.

І тільки у 18 ст. італійський натураліст Спаланцоні знову відродив цю науку. Спочатку вона мала тільки описовий характер, але метод аналізу і вимірів допоміг їй твердо стати на ноги. Долом'є перший поставив собі завдання мінералогічного дослідження лави. Робились виміри температури, аналізи вулканічних газів — спочатку якісні, а потім завдяки Фуке і Брюну, і кількісний. Пізніше до вивчення вулканічних продуктів долучилася і хімія. Перша сучасна дослідницька станція була створена на початку 19 ст. на Етні. В 1847 р. Франсуа Араго заснував вулканологічну обсерваторію на Везувії, а на початку 20 ст. там були поставлені сейсмографи. Ще одна обсерваторія була збудована в 1912 р. біля кальдери вулкана Кілауеа на Гаваях. Потім такі станції створювалися і на інших вулканах по всьому світі.

На цих станціях для вивчення вулканічних процесів почали використовувати нові методи геофізики: реєстрацію землетрусів, нахилу поверхні землі, виміри магнітного поля та ін. Поступово створювалася методика спостережень над проявами вулканізму. І науку, яка застосовувала ці методи почали називати сучасним словом — вулканологією.

Структура вулканології Вулканологія є міждисциплінарною наукою, що інтегрує геологічні, фізичні та хімічні підходи. В її структурі виділяють:

динамічну вулканологію — досліджує процеси вивержень, рух магми, вулканічних газів і пірокластичних порід; геологію вулканів (палеовулканологію) — вивчає згаслі вулкани, їхню будову та історію розвитку; фізику вулканічних процесів — механізми руху магми, тепломасообмін; геохімію вулканізму — склад магми, газів, лав; вулканічну петрологію — походження і еволюцію магматичних гірських порід; прикладну вулканологію — прогноз вивержень, оцінка небезпек, геотермальні ресурси; планетну вулканологію — розділ вулканології та планетології, що досліджує вулканічні процеси на планетах, планетах карликових, астероїдах і супутниках *планет (інколи — екзовулканологія, позаземна вулканологія); кріовулканологію — спеціалізований напрям, що вивчає кріовулканізм (виверження води, аміаку, метану замість магми) на холодних тілах Сонячної системи.

Предмет, об'єкт і мета Об'єктом вивчення вулканології є вулкани та пов'язані з ними явища на Землі й інших планетах; предметом — процеси формування магми, її підйому, виверження, утворення вулканічних структур і продуктів, а також закономірності розвитку вулканізму в часі й просторі.

Мета вулканології: встановлення механізмів вулканічної діяльності; прогнозування вивержень і зниження природних ризиків; вивчення ролі вулканізму в формуванні земної кори та клімату; використання вулканічних і геотермальних ресурсів.

Методи Сейсмічні спостереження проводяться за допомогою сейсмографів, розміщених поблизу вулканічних районів, для спостереження за підвищеною сейсмічністю під час вулканічних подій, зокрема, для пошуку довгоперіодичних гармонічних треморів, які сигналізують про рух магми через вулканічні канали.Robert Decker and Barbara Decker, Volcanoes, 4th ed., W. H. Freeman, 2005,

Моніторинг деформації поверхні включає використання геодезичних методів, таких як нівелювання, вимірювання нахилу, деформації, кута та відстані за допомогою нахилометрів, тахеометрів та електроерозійних мікроскопів. Це також включає спостереження за допомогою GNSS та InSAR.Bartel, B., 2002. Magma dynamics at Taal Volcano, Philippines from continuous GPS measurements. Master's Thesis, Department of Geological Sciences, Indiana University, Bloomington, Indiana Деформація поверхні вказує на підйом магми: збільшення надходження магми створює опуклості на поверхні вулканічного центру.

Викиди газів можна контролювати за допомогою обладнання, включаючи портативні ультрафіолетові спектрометри (COSPEC, зараз замінені miniDOAS), які аналізують наявність вулканічних газів, таких як діоксид сірки; або за допомогою інфрачервоної спектроскопії (FTIR). Збільшення викидів газів, а точніше зміни у складі газів, можуть сигналізувати про майбутнє виверження вулкана.

Зміни температури контролюються за допомогою термометрів та спостереження за змінами теплових властивостей вулканічних озер та жерл, що може свідчити про майбутню активність.Peter Francis and Clive Oppenheimer, Volcanoes, Oxford University Press, USA 2003, 2nd ed.,

Супутники широко використовуються для моніторингу вулканів, оскільки вони дозволяють легко контролювати велику територію. Вони можуть вимірювати поширення попелу, такого як той, що утворився під час виверження Ейяф'ятлайокюдля у 2010 році, а також викиди SO2. InSAR та тепловізійне зображення можуть контролювати великі, малонаселені райони, де утримання приладів на місці було б занадто дорогим.

Інші геофізичні методи (електричні, гравітаційні та магнітні спостереження) включають моніторинг коливань та раптових змін опору, гравітаційних аномалій або магнітних аномалій, які можуть свідчити про розломи, спричинені вулканом, та підйом магми.

Стратиграфічний аналіз включає аналіз тефрових та лавових відкладень та їх датування для визначення моделей вивержень вулканів, з оцінкою циклів інтенсивної активності та розміру вивержень.

Композиційний аналіз виявився дуже успішним у групуванні вулканів за типом,: 274  походження магми,: 274  включаючи зіставлення вулканів з мантійним шлейфом певної гарячої точки, глибини плавлення мантійного шлейфу, історію рециркульованої субдукованої кори,: 302–3  зіставлення тефрових відкладень один з одним та з вулканами походження, та розуміння формування та еволюції магматичних резервуарів,: 296—303  підхід, який тепер підтверджено шляхом відбору проб у реальному часі.

Вулканологія у світі Світова вулканологія представлена мережею наукових центрів і обсерваторій:

Італія — Везувіанська обсерваторія; США — обсерваторії Геологічної служби США (USGS); Японія — високорозвинена система моніторингу вулканів; Ісландія, Індонезія, Нова Зеландія — регіони активного вулканізму і досліджень. Важливу роль відіграють міжнародні організації, зокрема Міжнародна асоціація вулканології та хімії внутрішньої будови Землі (англ. International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior).

Вулканологія в Україні В Україні сучасний активний вулканізм відсутній, однак вулканологічні дослідження мають важливе значення у таких напрямах:

вивчення давнього вулканізму Українського кристалічного щита, Кримського півострова та Українських Карпат; дослідження вулкано-плутонічних комплексів; аналіз ролі вулканізму у формуванні корисних копалин. Суттєвий внесок у розвиток вулканології зробив учений-геолог В. Бондарчук (дослідження ролі вулканізму в еволюції земної кори).

Вулканологічні аспекти розробляють в установах НАН України (Інститут геологічних наук НАН України; Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення імені М. П. Семененка НАН України).

Відомі вулканологи (активні наразі) Харальдур Сігурдссон (1939-), ісландський вулканолог і геохімік Білл Макгвайр (нар. 1954) Кіт Роулі (нар. 1949; прем'єр-міністр Тринідаду і Тобаго з 2015) Роберт Стівен Джон Спаркс, професор геології на кафедрі наук про Землю, Брістольський університет. Дональд Б. Дінгвелл (нар. 1958 у Корнер-Брук, Ньюфаундленд, Канада) — геолог, директор кафедри наук про Землю та навколишнє середовище та ординарій мінералогії та петрології Мюнхенського університету Луїзіани (LMU Munich)]. Кетрін Кешман — американська вулканологиня, професорка вулканології в Брістольському університеті (University of Bristol)]. Террі Планк — американський геохімік, вулканолог і професор наук про Землю в Колумбійському коледжі, Колумбійському університеті (University of Columbia) та Земній обсерваторії Ламонта-Догерті (Lamont Doherty Earth Observatory)]. Річард Аркулус — австралійський петролог і вулканолог, раніше професор Школи наук про Землю в Австралійському національному університеті (Australian National University). Росалі Лопес (нар. 8 січня 1957 року в Ріо-де-Жанейро, Бразилія) — старший науковий співробітник Лабораторії реактивного руху NASA, що спеціалізується на планетарній геології та вулканології. Клайв Оппенгеймер (нар. 1964) — британський вулканолог і професор вулканології на кафедрі географії Кембриджського університету. Джонатан Фінк (нар. 1951) — професор геології в Портлендському державному університеті, відомий дослідженнями фізичних процесів у вулканології. Темсін Мазер — британський професор наук про Землю на кафедрі наук про Землю Оксфордського університету. Вона вивчає вулканічні процеси та їхній вплив на земне середовище, а також виступала на телебаченні та радіо. Марі Едмондс (нар. 14 вересня 1975) — професорка вулканології та геології в Кембриджському університеті, її дослідження зосереджені на фізиці та хімії вулканічних вивержень і магматизму, а також на розумінні циклів летких речовин у твердій Землі, опосередкованих тектонікою плит. Джені Радебо, американська планетологка та професорка геології в Університеті Бригама Янга. Лінді Елкінс-Тантон, планетологка та професорка з досвідом у формуванні та еволюції планет. Вона є директоркою Школи дослідження Землі та космосу в Університеті штату Аризона (ASU) в Темпі, Аризона, головною дослідницею місії NASA «Психа» та колишньою директоркою Департаменту земного магнетизму Інституту Карнегі. Дженні Барклей, професорка вулканології в Університеті Східної Англії. Вона працює над способами зменшення вулканічних ризиків, взаємодією між опадами та вулканічною активністю, а також над комунікацією вулканічних небезпек у Карибському басейні. Клер Горвелл, професорка геоздоров'я на кафедрі наук про Землю та в Інституті небезпек, ризиків та стійкості в Університеті Дарема та директорка-засновниця Міжнародної мережі з питань вулканічних небезпек для здоров'я (IVHHN). Вона вивчає небезпеку для здоров'я від природного та промислового мінерального пилу.

Див. також Палеовулканологія Вулкан Вулканізм Лава

Примітки

Література

Білецький В. С. Вулканологія // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Вулканологія

Посилання How Volcanoes Work  — сторінка на сайті Університету Сан-Дієго, присвячена вулканології.