ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ЛАВЫ

ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ЛАВЫ

 Вулканизм – эффузивный магматизм.  Вулканы и их строение

Под вулканизмом понимают излияние на поверхность лавы, или выход газов, или выбрасывание обломочного материала силой газов, вырывающихся из магмы, не дошедшей до поверхности Земли. Имя вулкан происходит от имени острова Вулькано в южной части Липарских островов, где с давних пор известны мощные извержения. Вулканы действуют периодически. Принято различать действующие, потухшие и древние вулканы. Распределение их на Земле очень неравномерно. Общее число действующих вулканов на материках около 800 (79 подводные). Большая часть, например, из 552 действующих вулканов расположена по берегам и островам Тихого океана. Потухших вулканов очень много – например, Эльбрус на Кавказе. Указанное деление следует считать условным, т.к. нет уверенности в том, что некоторые из потухших вулканов не возобновят свою деятельность. На территории России находится 51 действующий вулкан. Все они расположены на активной континентальной окраине в пределах Камчатки и Курильской островной дуги.

В 1 веке до н.э. Страбон писал, что Эльбрус — действующий вулкан, а сейчас он считается потухшим. Потухшие вулканы часто дают о себе знать, например вулкан Фудзияма действовал в 864 и 1707 годах. Везувий в 63 году дал слабое извержение, а в 79 году катастрофическое. В результате этого извержения города Помпея, Геркуланум и Стабия оказались погребенными под пеплом до 7 м высотой. Затем грязевые потоки (лахары) завершили погребение городов. Сильное извержение Везувия произошло также в 1631 году. Раскаленный поток лавы почти полностью уничтожил город Торре-дель Греко. Позднее наиболее крупное извержение Везувия произошло в 1906 году и последнее в 1944 году. Многие вулканы постепенно разрушаются и сглаживаются, но могут впоследствии возрождаться. Могут появляться новые вулканы. Так в 1943 году в Мексике на ровном поле  неожиданно вырос вулканический конус. О древних вулканах можно зачастую судить лишь по продуктам вулканической деятельности — вулканическим продам.

Характер извержения магматического расплава зависит от его состава, температуры, давления, концентрации газов и других параметров. Движение и интенсивность дегазации газов во многом определяют процесс извержения лавы (лава — это магма лишенная газов).  При относительно спокойном выделении газов происходит излияние, эффузия лавового потока. Когда газы отделяются быстро, происходит мгновенное вскипание расплава, и магма взрывается,  происходит эксплозивное извержение. В случае если магма вязкая и температура ее невысока, то расплав медленно выдавливается на поверхность, происходит экструзия магмы.

Все вулканы можно отнести к одному из двух типов – центральному (извержения происходят через центральные выводные отверстия) и трещинному (лава изливается из трещины в земной коре). Вулкан  центрального  типа  представляет конусовидную гору со склонами  крутизной до 30о и больше. Каждый вулкан имеет подводящий канал и жерло, по которым снизу поднимаются продукты извержения. На вершине горы находится чашеобразная впадина – кратер, являющаяся верхним окончанием жерла вулкана. В периоды между извержениями в кратере обычно скапливается вода и образуется озеро.

Вулканы центрального типа  подразделяются на моногенные и полигенные. Моногенные вулканы представлены относительно небольшими конусами, на вершине которых находиться кратер. Сложные полигенные вулканы состоят из нескольких конусов, образованных потоками лавы и толщами тефры (пепел). В строение конусов вулканов часто наблюдается чередование эффузивных и эксплозивных продуктов. Такие слоистые вулканы называют стратовулканы (стратум – слой).

У некоторых вулканов от основного жерла ответвляются побочные выводные отверстия, через которые тоже происходит извержение лавы, пепла, водяного пара и газов и на их месте возникают конусы, повторяющие форму настоящих вулканических гор, но меньших размеров. Это паразитические или побочные вулканы, располагающиеся на склонах крупных вулканов. Овраги на склонах вулканов называют барранкосами.

Небольшие кратеры внутри большего называют — бокка. Форма вулкана, когда в большом вулкане находиться меньший по размерам, называется сомма. Если кратер достигает больших размеров, до 15- 20 км в диаметре, то такой кратер называют кальдера. Кальдеры бывают двух типов – провальные, в которых вулканическая постройка опускается в магматическую камеру, освободившуюся после извержения магмы и эксплозивные (взрывные) образующиеся в результате сильных взрывов и выбросов большого количества твердого материала из кратера и жерла вулкана.

   

Рис.1. Возникновение кальдеры. Начинается извержение, магма устремляется к поверхности (А, В), магма в виде шлаков и тефры выбрасывается в атмосферу, под конусом образуется свободное пространство (С), куда вдоль разлома проваливается часть конуса (Д). Депрессия заполняется водой и возникает кальдеровое озеро (Е). Из работы З. Кукала, 1985.

К вулканам центрального типа относят и щитовые вулканы. У них лава растекаясь не образует конуса. Понятно, что это может быть лишь в том случае, когда лава не вязкая, текучая. Некоторые из щитовых вулканов достигают огромных размеров. Например, вулкан Мауна Лоа на Гавайях достигает 110 км в поперечнике. Близки к вулканам центрального типа, так называемые, маары и диатремы — моногенные вулканы. Маары — округлые впадины. Они бывают диаметром более чем 3 км и глубиной до 0,5 км (Бавария). Здесь нет ни лавовых потоков, ни шлаков. На глубине маар находят магматические породы. Скорее всего, маары образуются в результате одноактного извержения в виде взрыва. Диатрема – вертикально расширяющийся кверху круглый канал (след прорыва к поверхности вулканических газов). Диаметр диатрем до 800 м. Этот канал, иначе его называют трубка взрыва.  

Они могут быть заполнены специфическими породами — кимберлитами, содержащими в некоторых случаях алмазы.

Вулканы  трещинного  типа  — характеризуются тем, что излияние лавы преимущественно основного состава происходит по трещинам. Этот тип вулканов был широко распространен в прошлые геологические периоды, в настоящее время встречается только в Исландии. Исландия относится к геологически активной зоне нашей планеты, поэтому на острове немало действующих вулканов. Самый крупный из них — Гекла извергался в последний раз в 1991 году. Вулканы трещинного типа, как правило, не образуют наземных сооружений. Большинство таких вулканов находиться под водой, длина таких трещин достигает нескольких десятков километров.

Категории и типы вулканов 

Вулканы по характеру извержений и строению вулканического аппарата можно разделить на 3 категории: лавовую (эффузивную), смешанную и газово-взрывную (эксплозивные). Коэффициент эксплозивности (выраженная в % доля пирокластического, взрывного материала от общего объема вулканических продуктов) у них следующий: 0-33; 34-66; 67-100.

В каждой категории выделяются отдельные типы вулканов, чаще называемые по наиболее характерному вулкану, извержение которого явилось образцом для данного типа.

Среди современных извержений преобладают извержения газово-взрывных и смешанных категорий.

Извержения вулканов лавовой категории были многочисленны в прошлые геологические периоды. Среди них выделяют:

  1. Трещинный (исландский) тип – магма к поверхности подходит через узкие каналы – трещины. Извержение начинается выходом газа по уже ранее существовавшей трещине, поэтому особенно сильных взрывов не происходит, затем начинается излияние лавы. Лава очень жидкая, поэтому растекается далеко и образует очень плоский конус.
  2. Гавайский тип вулканов по характеру извержений и вулканическим продуктам близок к трещинным, но излияние лавы происходит через трубообразный канал. Например, вулкан Килауэа на Гавайях имеет высоту более 1 км, в поперчнике 35 км и кальдеру диаметром 12 км. В целом извержение протекает спокойно, начинается с небольших количеств газов, затем идет подвижная лава основного состава (базальтовая). Лава переливается через края кратера и стекает по склону в виде потоков (длиной 40-50 км). Если лава разливается равномерно во все стороны, то образуются покровы. На перегибах склонов (уступах) она образует лавопады. Непосредственно вулканический аппарат слагается в этом случае преимущественно слоями или потоками застывшей лавы и представляет собой обширную плоскую возвышенность с крутизной склонов 5-8о в виде щита, поэтому называется щитовым. В России по характеру извержений близок к этому типу вулкан Плоский Табачок на Камчатке.

Для смешанной категории вулканов характерно: выбросы как лавы, так и твердых и газообразных продуктов. Они имеют конусы правильной красивой формы (например, Фудзияма в Японии), состоящие из переслаивания лавы и твердых продуктов (бомбы, пепел, вулканический песок), в связи с чем их называют слоистыми или стратовулканами. Выделяют следующие типы:

  1. Стромболианский тип – называется по вулкану Стромболи на Липарских островах в Средиземном море. Вулкан Стромболи часто называют маяком, т.к. почти все время из его кратера выделяются газы и выбрасываются комки раскаленной лавы, которые ночью светятся. Лава почти всегда стоит в жерле и светится. Лава более вязкая, чем у вулканов Гавайского типа, ее температура – 1100оС, застывает она на склонах в виде коротких языков. Извержения происходят очень часто и могут повторяться через короткие промежутки времени (от нескольких минут до 1 часа), сопровождаясь взрывами. Вулканический конус сложен слоями лавы и твердых выбросов.
  2. Этно-везувианский тип. К этому типу принадлежат известные вулканы Европы – Этна на о. Сицилия, Везувий, расположенный в непосредственной близости от г. Неаполя, а также Вулькано, находящийся на одноименном острове вблизи побережья Юго-Западной Италии. Эти сложные вулканы приходят в действие неоднократно, что выражается в сильных извержениях, крупных газовых взрывах и выбросах большого количества раскаленного пепла. Такой тип вулкана наиболее опасен для людей.

К газово-взрывному типу вулканов относят:

  1. Пелейский тип, у которых лава очень кислая, вязкая, не течет, а выдавливается в виде обелиска. Газы прорываютя через трещины, взрывают конуса и формируют «палящие тучи». Представитель этого типа вулкан Мон Пеле на о. Мартиника в Карибском море. В 1902 году в городке Сен-Пьер при извержении этого вулкана все 30 000-е население погибло, не успев испугаться.
  2. Кракатауский тип выделяется в честь вулкана Кракатау в Индонезии. Извержение в 1883 г. в виде гигантского взрыва уничтожило значительную часть одноименного острова. Извержение подобного вулкана Томборо (о. Симбава, Индонезия) в апреле 1815 г. значительно превосходило по мощности ставшее уже хрестоматийным извержение вулкана Кракатау. Из кратера было выброшено около 100 км3 пепла на высоту до 20 км. Продукты извержения вулкана Томборо очень сильно воздействовали на циркуляцию воздушных масс Земли, вызвав особенно неблагоприятную метеорологическую ситуацию над северной Европой. В результате 1816 г. оказался крайне неурожайным, а затяжные дожди лета 1815 г. по мнению К. Спинка серьезно осложнили боевые действия армии императора Наполеона. Последняя его отчаянная попытка восстановить империю, нанеся удар из Парижа на Брюссель по союзной армии фельдмаршала А. Веллингтона, закончилась поражением в битве при Ватерлоо 18 июня 1815 г. Причина заключалась в том, что применение французами тяжелой артиллерии оказалось невозможным, поскольку ее передвижение по размытым дождями дорогам проходило с огромным трудом, а вне дорог орудия намертво вязли в песчаной почве.
  3. Извержения газового типа являются особыми, потому что магма практически отсутствует и в обломках, выбрасываемых при взрывах, присутствуют лишь горные породы того фундамента, через которое проходит взрывное жерло. Результатом таких извержений является образование воронок диаметром в десятки сотни метров с поверхности обычно заполненных водой, называемых в Германии маарами и трубок взрыва — диатрем, заполненных туфами, туфобрекчиями.

Продукты извержения – жидкие, твердые, газообразные.

Типы лав по химизму и их различия в свойствах. Поствулканическая деятельность

Продукты извержения вулканов подразделяются на – жидкие, газообразные, твердые. Подвижность лавы зависит от содержания в ней кремнезема. Чем выше его содержание, тем более вязкая лава. Решающую роль при вулканических извержениях играют газообразные продукты извержения, состав которых весьма сложен. По данным прямых измерений в различных действующих вулканах среди летучих содержится водяной пар, диоксид и оксид углерода, азот, диоксид серы, триоксид серы, газообразная сера, водород, аммиак (NH3), хлористый водород, фтористый водород, сероводород (Н2S), метан (СН2), хлор, борная кислота (Н3ВО3), аргон и другие газы в незначительном количестве. Преобладают вода и СО2. Составы газовых компонентов меняется от вулкана к вулкану и во времени. Зависят они от температуры, степени дегазации магмы, а также структурно-тектонических зон земной коры, в которой проявляется вулканизм.

Жидкие вулканические продукты в зависимости от химического состава лавы подразделяются на основные, средние и кислые. Мощности лавовых потоков, как правило, небольшие, но распространение их может быть значительным — на десятки километров. У лавовых потоков внутреннее строение и характер их поверхности может резко различаться.  Есть лавы, у которых поверхность, напоминает лежащие канаты. Такие лавы на Гавайях называют пахоэхое. Другой интересный тип поверхности базальтовых потоков — аа-лава, представлен остроугольными обломками с многочисленными шипами. Глыбовая лава отличается от аа-лавы только отсутствием этих шипов. Если лава фонтанирует, то могут возникать конусы разбрызгивания – горнитосы, либо образуются стекловатые нити или капли. В литературу они вошли под названием волосы или слезы Пеле (богиня Гавайских вулканов).

Для некоторых лавовых пород характерна столбчатая отдельность – со стороны они смотрятся как столбы, тесно приставленные к другу. Для подводных вулканических пород характерна подушечная отдельность — порции лавы попадая в воду охлаждаются, образуя, тела по форме напоминающие лепешки (пилоу). Лавы, которые обладают высокой вязкостью, выдавливаются из жерла, образуя экструзивные купола. Пример – знаменитый купол Лассен (в Калифорнии). Его высота достигают 600 м.

Твердые продукты извержений Аристотель назвал тефры. Наиболее крупные из них называются вулканические бомбы (диаметром более 7 см). Они в большинстве своем имеют веретенообразную либо лепешкообразную форму. Мелкие бомбы называются лапилли. Любое скопление глыб или лапиллей называется агломерат. В том случае, когда обломки лавы цементируются такой же по составу лавой получается порода – лавобрекчия. Самые мелкие обломки тефры (меньше 1-2 мм) называют вулканическим песком и пеплом. Мелкий вулканический пепел, смешиваясь с газовыми выбросами, образует столбы до нескольких километров высотой — пинии. Когда тефра литифицируется, т.е. превращается в плотную породу, называемую вулканическим туфом.

Извержение вулканов редко завершается с прекращением излияния лавы и выбросом твердых частиц. Вулкан обычно еще долго дымит раскаленными газами. По мере остывания состав их меняется. В начальной стадии это фумаролы (лат. «фумо» — дым), содержащие перегретые водяной пар, хлор, серу, аммиак. Позднее – сольфатары (итал. «сульфур» — сера), в составе которых — водяной пар, сернистые соединения и углекислый газ.

В случае, если состав газов существенно углекислый, то подобные извержения называют мофетты (итал. «мофетта» — место зловонных испарений). Они же являются наиболее низкотемпературными газовыми выделениями.

Поствулканическая деятельность завершается появлением горячих источников (термы) и гейзеров. Горячие воды изменяют и разрушают окружающие породы до состояния глины и возникают участки с кипящей грязью – грязевые котлы (рис. ). Места извержения грязи называют сальзы.

Гейзеры – это горячие источники, вода которых периодически фонтанирует и выбрасывается вверх иногда на десятки метров. Свое название такие источники получили от Великого Гейзера  в Исландии, струя  которого 200 лет назад била вверх на 60 м каждые 30 мин. Механизм действия гейзера показан на рис.  , заимствованном из учебника Н.В.Короновского.

Наибольшую известность получили гейзеры Йеллоустонского парка. В нашей стране популярна долина гейзеров на Камчатке

Закономерности распределения вулканов. Особенности вулканизма различных структурно-тектонических зон земной коры.

В распределения действующих вулканов существуют определенные закономерности. Выделяют несколько зон интенсивного развития вулканизма. Тихоокеанская зона, опоясывающая впадину Тихого океана (326 вулканов). Средиземноморско-Индонезийская зона — Альпы, Аппенины, острова Средиземного моря, Кавказ, Малая Азия, Индонезия, Малайский архипелах. Восточная часть ее включает острова Яву, Суматру, Малые Зондские и Моллукские острова. Атлантическая зона — средняя часть атлантического океана — Исландия, Азоры, Канары, Антильские острова, острова Зеленого мыса. Индийско-Африканская зона — вулканы островов Индийского океана и несколько вулканов в Африке (Кения и Килиманджаро). Эти зоны являются активными участки земной коры.

Существует различие в вулканизме различных структурно-тектонических зон земной литосферы. Выделяют четыре типа зон:

  1. Вулканизм океанических рифтовых  (рифт – расщелина) зон (исландский тип). В этих зонах горячие базальты поступают в рифтовые зоны срединно-океанических хребтов не по какому-то одному разлому, а по системе отдельных магматических камер. Их ширина обычно не более 3 км, длина несколько десятков км. Камеры разделены холодными участками. Чем выше скорость спрединга (раздвига), тем чаще встречаются камеры.

Классический пример такого вулканизма – трещинные излияния о. Исландия. Он лежит на оси рифта, две половины которого, разъезжаются со скоростью 3 см в год, одна с Северо-Американской плитой на запад, другая – с Евроазиатской на восток. Периодически освобождающееся пространство заполняется лавой и пирокластами. В Исландии в историческое время изверглось более 40 км3 лавы. Например, в 1763 г. из трещины Лаки излилось 12 км3 лавы, погибла 20% населения Исландии;

  1. Вулканизм океанических плит (гавайский тип). Значительная часть океанских подводных поднятий увенчанных островами, расположена вне зоны срединно-океанических хребтов. Это сложные вулканические аппараты, поднимающиеся с глубин 4-5 км. Примером таких поднятий являются Гавайские острова, открытые Дж. Куком в 1778 г. Они состоят из 200 вулканов, слагающих 7 крупных островов, вытянутых на 600 км. Различие в возрасте действующих современных вулканов от наиболее ранних потухших собратьев составляет около 5 млн. Фактические масштабы океанического внутриплитного вулканизма остаются завуалированными, поскольку преобладающее количество вулканических построек скрыто под водой. По некоторым оценкам их количество может достигать 20 тысяч;

 

  1. Вулканизм материковых рифтовых  зон (Центральная Африка, вулкан Ньирагонго). Вулканизм возникает в следствие спрединга в рифтовой зоне континентальной коры, где она утоняется в 2-3 раза, при этом растяжение достигает 80-100 км и происходит опускание на 4-5 км. Вулканы проявляют большое разнообразие по характеру извержений сильно дифференцированной магмы (Афарская долина в Африке) – от спокойного излияния базальтовых лав до образования взрывных кальдер и палящих туч. Рифты могут образоваться вплоть до образования океана;
  2. Вулканизм зон субдукции (поддвига океанической литосферы под континентальную), например на восточных окраинах азиатского континента. Эти зоны относят к активным континентальным окраинам. И по направлению от океана к континенту состоят из краевого вала, глубоководного желоба, островной дуги и внутреннего моря. Краевой  вал  — это пологое подводное поднятие шириной 300-500 км, протяженностью до нескольких тысяч километров, высотой несколько сотен метров. Сложен он корой океанического типа.  Глубоководный  желоб обычно имеет ширину 10-12 км и глубину 5-11 км. Дно его плоское, а стенки ассиметричные (внутренняя 10-20о, внешняя – 2-3о).  Для желобов характерна высокая сейсмичность. Островные  дуги располагаются на расстоянии до 150 км от глубоководных желобов и имеют вулканическое происхождение. Высота вулканов до 4 км, а продукты извержения по составу отвечают андезитам. Со стороны континентов островные дуги граничат с внутренними морями, дно которых представлено погруженными раздробленными плитами.

В этих зонах молодая океаническая литосфера (не древнее юры), образовавшаяся в зоне спрединга  сползает  зону субдукции. В  этом процессе  вследствие вязкого трения выделяется значительное количество тепла, что ведет к плавлению, образованию магматических очагов и вулканов островов. Вулканизм зон субдукции смешанный и эксплозивный.