наверх

Динамическая вулканология

 width=
Курс уже начался
Запись на курс закрыта
Подпишитесь на новости и узнайте дату следующего запуска
  • 15 недель

    длительность курса

  • 3 зачётных единицы

    для зачета в своем вузе

О курсе

Вулканические извержения – крупномасштабные природные катастрофы, не раз угрожавшие существованию цивилизации. Их изучение требует совместных усилий ученых разных специальностей. В учебном курсе, состоящем из 11 лекций, будут рассмотрены вопросы строения Земли и закономерности распределения вулканов по её поверхности, причины вулканизма и эволюция вулканизма в истории Земли. Будут рассмотрены примеры самых значительных извержений и приведена их современная классификация. Методы изучения извержений основаны как на непосредственных наблюдениях (мониторинге), так и на лабораторных исследованиях состава и свойств магмы, кристаллизующихся из нее минералов, а также численном моделировании эволюции магматических систем.

В пределах курса будут рассмотрены простейшие гидродинамические модели вулканических извержений. Будет дано объяснение многим наблюдаемым закономерностям, связанным с периодичностью извержений и сменой их характера. В качестве примеров будут рассмотрены извержения вулканов Везувий (Италия), Шивелуч (Камчатка), Маунт Сент Хеленс (США), Суфриере-Хиллз (острова Карибского моря).

Формат

Форма обучения заочная (дистанционная).

Еженедельные занятия будут включать просмотр тематических видеолекций и выполнение тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов. Важным элементом изучения дисциплины является написание творческих работ в формате ответа-рассуждения по заданным темам, которое должно содержать полные развернутые ответы, подкреплённые примерами из лекций и/или личного опыта, знаний или наблюдений.

Требования

Курс рассчитан на широкую аудиторию, но требует подготовки в объёме средней школы по географии, математике, физике и химии. Отдельные темы требуют знаний математики и физики на уровне студентов первого курса естественнонаучных направлений.

Программа курса

Тема 1. Введение в вулканологию. Предмет вулканологии. Глубинное строение Земли (кора, мантия, ядро, литосфера и астеносфера, континентальные и океанические плиты). Источники тепла, возможность мантийной конвекции. (Плечов П.Ю.)

Тема 2. Геодинамические обстановки (океан: срединно-океанические хребты, океанические плато, океанические острова; континенты: рифтовые зоны, большие магматические провинции; переход океан-континент: островные дуги, задуговые бассейны, активные континентальные окраины). Распределение зон вулканизма по геодинамическим обстановкам. Основные механизмы магмогенерации. Типы извержений (исландский, гавайский, пиллоу-лавы, стромболианский, вулканианский, плинианский, суперплинианский, рост куполов, пелейский, фреатический). Эффузивная и эксплозивная деятельность, лавы и тефры, коэффициент эксплозивности. Сила извержений (объем, энергия, продолжительность, последствия, жертвы). (Плечов П.Ю.)

Тема 3. Введение в гидромеханику и моделирование. Основные уравнения механики сплошной среды (уравнения неразрывности и сохранения импульса). Реология магмы. Подъем магмы в каналах и дайках. Течение Пуазейля. Сила сопротивления канала вулкана. Простейшая модель извергающегося вулкана.(Мельник О.Э.)

Тема 4. Типы вулканов и морфология вулканических образований (кальдеры, маары, стратовулканы, моногенные и полигенные конуса, трещинные и щитовые вулканы) Лавовые купола, лавовые потоки, пирокластические потоки, отложения тефр, лахары. Деление тефры по размерности (пеплы, лапилли, вулканические бомбы), агглютинаты и вулканические брекчии. Типы лав (аа-лавы, канатные лавы, пахое-хое, подушечные, глыбовые лавы). (Плечов П.Ю.)

Тема 5. Моделирование течения многофазных сред. Ламинарные и турбулентные течения, число Рейнольдса. Сила сопротивления канала вулкана. Гипотеза взаимопроникающих континуумов. Система уравнений, описывающая многофазное, многоскоростное течение. Модели взаимодействия между фазами, обтекание твердой частицы. Летучие в магме. Растворимость, всплытие пузырей. Фильтрация газа. Закон Дарси. Дегазация магм (Мельник О.Э.)

Тема 6. Модели экструзивных извержений. Циклические режимы роста лавовых куполов. Кинетика кристаллизации магмы, вызванная дегазацией. Распределение кристаллов по размерам. Модель с кусочно-постоянной вязкостью. Стационарное решение. Неустойчивость. Выход на стационар и циклический процесс. Оценка параметров вулканических систем на основе данных расчетов. Методы Монте-Карло. Учет нелинейной реологии магмы и кинетики кристаллизации. (Мельник О.Э.)

Тема 7. Методы мониторинга и прогноза извержений. Климатические и биологические последствия, массовые вымирания в истории Земли (Плечов П.Ю.)

Тема 8.  Модель эксплозивного извержения.  Динамика роста одиночного пузырька. Фрагментация магмы. Зависимость расхода магмы от давления в очаге. Влияние утока газа в стенки канала и его фильтрации сквозь магму. Переход между эксплозивными и экструзивными фазами извержения. (Мельник О.Э.)

Тема 9. Методы реконструкции физико-химических условий существования магм. (Плечов П.Ю.)

Тема 10. Модель газопепловой струи в атмосфере.  Конвективные и коллапсирующие струи. Пирокластические потоки. Упрощенные квази-одномерные модели. Моделирование реальных извержений. (Мельник О.Э.)

Тема 11. Использование элементов-примесей для выявления процессов, происходящих в  магматических системах (Плечов П.Ю.)

Результаты обучения

В результате прослушивания данного курса слушатели должны получить общие представления о вулканизме Земли и других тел Солнечной системы,  современных методах вулканологии и основных процессах, происходящих перед извержениями, во время извержений и послед извержений вулканов,  в том числе представляющих опасность для человека.

Направления подготовки

05.00.00 Науки о земле

Плечов Павел Юрьевич

Доктор геолого-минералогических наук, профессор
Должность: профессор кафедры петрологии геологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. директор Минералогического музея имени Ферсмана РАН.

Мельник Олег Эдуардович

Доктор физико-математических наук, профессор
Должность: профессор кафедры гидромеханики отделения механики механико-математического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией общей гидромеханики научно-исследовательского института механики МГУ имени М.В. Ломоносова, член-корреспондент РАН

Похожие курсы