Геология вулканов

В У Л К А  Н И З М.

 

Т И П Ы В У Л К А Н И Ч Е С К И Х И З В Е Р Ж Е Н И Й.

 

I ВУЛКАНИЗМ.

По современным представлениям, вулканизм является внешней, так называемой эффузивной формой магматизма - процесса, связанного с движением магмы из недр Земли к ее

поверхности. На глубине от 50 до 350км, в толще нашей планеты образуются очаги расплавленного вещества - магмы. По участкам дробления и разломов земной коры, магма поднимается и изливается на поверхность в виде лавы (отличается от магмы тем, что почти не содержит летучих компонентов, которые при падении давления отделяются от магмы и уходят в атмосферу.

При этих излияниях магмы  на поверхность и образуются вулканы.

Вулканы бывают трех типов:

1) Площадные вулканы. В настоящее время такие вулканы не встречаются, или можно сказать не существуют. Так как эти вулканы приурочены к выходу большого количества лавы на поверхность большой площади; т.е отсюда мы видим, что они существовали на ранних этапах развития земли, когда земная кора была довольно тонкой и на отдельных участках она могла целиком быть расплавленной.

2)  Трещинные вулканы.  Они проявляются в излиянии лавы на земную поверхность по крупным трещинам или расколам. В отдельные отрезки времени, в основном на доисторическом этапе, этот тип вулканизма достигал довольно широких масштабов, в результате чего на поверхность Земли выносилось огромное количество вулканического материала - лавы. Мощные поля известны в Индии на плато Декан, где они покрывали площадь в 5.105 км2   при средней мощности от 1  до  3км. Также известны на северо-западе  США, в Сибири.  В те времена базальтовые породы трещинных излияний были обеднены кремнеземом (около 50%)  и обогащены двухвалентным железом (8-12%). Лавы подвижные, жидкие, и поэтому прослеживались на десятки километров от места своего

излияния. Мощность отдельных  потоков была  5-15м. В США, также  как и в Индии накапливались  многокилометровые толщи, это происходило  постепенно, пласт за пластом, в течении многих лет. Такие плоские лавовые образования с характерной ступенчатой формой рельефа получили название платобазальтов или траппов.     

В  настоящее время  трещинный вулканизм распространен  в Исландии ( вулкан Лаки ), на  Камчатке (  вулкан Толбачинский ),  и на одном из островов Новой Зеландии.    Наиболее крупное извержение лавы на острове Исландия вдоль гигантской трещины Лаки, длиной 30 км, произошло в 1783 г., когда лава в течении двух месяцев поступала на дневную поверхность. За это время излилось 12км 3  базальтовой лавы, которая затопила почти 915км2  прилегающей низменности слоем мощностью в 170м. Сходное извержение наблюдалось в 1886г. на одном из островов Новой Зеландии. В течении двух часов на отрезке 30км действовала 12 небольших кратеров диаметром в несколько сотен метров. Извержение сопровождалось взрывами и выбросом пепла, который покрыл площадь в 10 тыс.км2, около трещины мощность покрова достигала 75м. Взрывной эффект усиливался мощным выделением паров из озерных бассейнов, прилегавших к трещине. Такие взрывы, обусловленные наличием воды, получили название фреатические. После извержения на месте озер образовалась грабенообразная впадина длиной в 5км и шириной 1,5-3км.

3)  Центральный тип. Это самый распространенный тип эффузивного магматизма. Он сопровождается образованием конусообразных вулканических гор; высота их контролируется гидростатическими силами. Дело в том, что высота h, на которую способна подняться жидкая лава плотностью pl, из первичного магматического очага, обусловлена давлением  на него твердой литосферы мощностью H  и плотностью ps. Эта зависимость может быть выражена следующим уравнением:

 

ghps=gHpl

 

где g - ускорение силы тяжести.

(

h-H)/H=(ps-pl)/ps

 

Выражение <h-H>  и есть высота вулканической горы 5h; отношение (ps-pl)/ps  можно выразить как некий плотностной коэффициент j, тогда 5h = jH. Так как данное уравнение связывает высоту вулкана с мощностью литосферы через некий плотностной коэффициент, который для разных регионов различен, значит высота вулкана в разных районах земного шара различна. Строение вулкана:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корни вулкана, т.е его первичный магматический очаг располагается на глубине 60-100км в астеносферном   слое. В земной коре на глубине 20-30км находится вторичный магматический очаг, который непосредственно и питает вулкан через жерло . Конус вулкана сложен про- дуктами его извержения. На вершине располагается кратер - чашеобразное углубление, которое иногда заполняется водой. Диаметры кратеров могут быть различны, например у Ключевской сопки - 675м, а у известного вулкана Везувий, погубившего Помпею - 568м. После извержения кратер разрушается и образуется впадина с вертикальными стенками - кальдеры. Диаметр некоторых кальдер достигает многих километров, например кальдера вулкана Аниакчан на Аляске равно 10км.

Иногда на склонах вулканов возникают паразитические, или побочные кратеры, через жерло которых  также может извергаться определенное количество лавы.

При извержении вулкана выделяются продукты вулканической деятельности, которые могут быть жидкими, газообразными  и твердыми.

Газообразные - фумаролы и  софиони,  играют важную роль в вулканической деятельности. Во время кристаллизации магмы на глубине выделяющиеся газы поднимают давление до критических значений и вызывают взрывы, выбрасывая на поверхность сгустки раскаленной жидкой лавы. Также при извержении вулканов происходит мощное выделение газовых струй, создающих в атмосфере огромные грибовидные облака. Такое газовое облако состоящее из капелек расплавленной (свыше 7000с) пепла и газов, образовавшееся из трещин вулкана Мон-Пеле, в 1902г., уничтожило город Сен-Пьер и 28000 его жителей.

Состав газовых выделений  во многом зависит от температуры. Различают  следующие типы фумарол:

a)  Сухие - температура около 5000с, почти не содержит водяных паров; насыщен хлористыми соединениями.

b)  Кислые, или хлористо-водородно-сернистые - температура приблизительно равна 300-4000с.

c)  Щелочные, или аммиачные - температура не больше 1800с.

d)  Сернистые, или сольфатары - температура около 1000с, главным образом состоит из водяных паров и сероводорода.

e)  Углекислые, или моферы - температура меньше 1000с,преимущественно углекислый газ.

Жидкие - характеризуются температурами в пределах 600-12000с. Представлена именно лавой.

Вязкость лавы обусловлена  ее составом и зависит главным  образом от содержания кремнезема или  диоксида кремния. При высоком ее значении (более 65%) лавы называют кислыми, они сравнительно легкие, вязкие, малоподвижные, содержат большое количество газов, остывают медленно. Меньшее содержание кремнезема (60-52%) характерно для средних  лав; они как и кислые более вязкие, но нагреты обычно сильнее (до 1000-12000с) по сравнению с кислыми (800-9000с). Основные лавы содержат менее 52% кремнезема и поэтому более жидкие, подвижные, свободно текут. При их застывании на поверхности образуется корочка, под которой происходит дальнейшее движение жидкости.

Твердые продукты включают в себя вулканические бомбы, лапилли, вулканический песок и пепел. В момент извержения они вылетают из кратера со скоростью 500-600м/c.

    Вулканические  бомбы - крупные куски затвердевшей  лавы размером в поперечнике  от нескольких сантиметров до 1м и более, а в массе достигают  нескольких тонн (во время извержения  Везувия в 79г., вулканические бомбы  ‘слезы Везувия’ достигали десятков  тонн). Они образуются при взрывном  извержении, которое происходит  при быстром выделении из магмы  содержащихся в ней газов. Вулканические  бомбы бывают 2-х категорий: 1-ая, возникшие  из более вязкой и менее  насыщенной газами лавы; они сохраняют  правильную форму даже при  ударе о землю из-за корочки  закаливания,  бразовавшейся при их  остывании. 2-ая, формируются из более жидкой лавы, во время полета они приобретают самые причудливые формы, дополнительно усложняющиеся при ударе. Лапилли - сравнительно мелкие обломки шлака величиной 1,5-3см, имеющие разнообразные формы. Вулканический песок - состоит из сравнительно мелких частиц лавы (³ 0,5см). Еще более мелкие обломки, размером от 1мм и менее образуют вулканический пепел, который оседая на склонах вулкана или на некотором расстоянии от него образует вулканический туф.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                              

 

II ВУЛКАНЫ В МИРЕ. 

В настоящее время на земном шаре выявлено свыше 4тыс. вулканов.

К действующим относят  вулканы извергающиеся и проявляющие сольфатарную активность (выделение горячих газов и воды) за последние 3500 лет исторического периода. На 1980 год их насчитывали 947.

К потенциально действующим относятся голоценовые вулканы, извергающиеся 3500-13500 лет назад. Их примерно 1343 шт.

К условно потухшим вулканам относят не проявляющими активности в голоцене, но сохранившие свои внешние формы    (возрастом моложе 100тыс. лет).

Потухшие - вулканы  существенно  переработанные эрозией, полуразрушенные, не проявляющие активности в течении последних 100тыс. лет.                                                                                 Современные вулканы известны во всех крупных геолого-структурных элементах и геологических районах Земли. Однако распределены они неравномерно. Подавляющее большинство вулканов расположено в экваториальной, тропической и умеренной областях. В полярных областях, за Северным и Южным полярными кругами, отмечены чрезвычайно редкие участки относительно слабой вулканической активности, обычно ограничивающиеся выделением газов.

 

 

            Наблюдается прямая зависимость  между их количеством, и тектонической  активностью района: наибольшее  количество действующих вулканов  в расчете на единицу площади  приходится на островные дуги (Камчатка, Курильские острова, Индонезия)  и другие горные сооружения (Южная  и Северная Америка). Здесь сосредоточены  также наиболее активные вулканы  мира, характеризующиеся наибольшей  частотой извержения. Наименьшая  плотность вулканов характерна  для океанов и континентальных  платформ; здесь они связаны с  рифтовыми зонами - узкими и протяженными областями расколов и просадки земной коры (Восточно-Африканская рифтовая система), Срединно-Атлантический хребет.

          Установлено, что вулканы приурочены  к тектонически-активным поясам, где происходит большинство землятресение.

 

       Области  развития вулканов характеризуются  сравнительно большой раздробленностью  литосферы, аномально высоким  тепловым потоком (в 3-4 раза  больше фоновых значений), повышенными  магнитными аномалиями, возрастанием  теплопроводности горных пород  с глубиной. К областям ювенильных  источников термальных вод тина  гейзеров.

       Вулканы расположенные на суше, хорошо изучены; для них точно определены даты прошлых извержений, известен характер вылившихся продуктов. Однако большая часть активных вулканических проявлений, по-видимому, происходит в морях и океанах, покрывающих более двух третей поверхности планеты. Изучение этих вулканов и продуктов их извержений затруднены, хотя при мощном извержении этих продуктов может оказаться так много, что сформированный ими вулканический конус показывается из воды, образуя новый остров. Так, например, в Атлантическом океане, южнее Исландии, 14 ноября 1963г., рыбаки заметили поднимающиеся над поверхностью океана клубы дыма, а также вылетающие из под воды камни. Через 10 дней на месте извержения уже образовался остров длиной около 900м, шириной до 650м и высотой до 100м, получивший название Суртсей. Извержение продолжалось более полутора лет и завершилось лишь весной 1965г., образовав новый вулканический остров площадью 2,4км2  и высотой 169м над уровнем моря.

       Геологические  исследования островов показывают, что многие из них имеют  вулканическое происхождение. При  частой повторяемости извержений, их большой продолжительности  и обилии выделяемых продуктов  могут создаваться весьма внушительные  сооружения. Так, цепочка Гавайских  островов вулканического происхождения  представляет собой систему конусов  высотой 9,0-9,5км (относительно дна  Тихого океана), т.е превышающей высоту Эвереста!

       Известен  случай, когда вулкан вырос не  из под воды, как было рассмотрено в предыдущем случае, а из под земли, прямо на глазах у очевидцев. Произошло это в Мексике 20 февраля 1943г.; после многодневных слабых толчков на вспаханном поле появилась трещина и из нее началось выделение газов и пара, извержение пепла и вулканических бомб - сгустков лавы причудливой формы, выброшенных газами и остывших в воздухе. Последующие излияние лавы привели к активному росту вулканического конуса, высота которого в 1946г. достигла уже 500м (вулкан Парикутин).

 

 

 

 

 

                                                                                III                                                            

                                                           ТИПЫ ИЗВЕРЖЕНИЙ

 

В зависимости от количеств, соотношения извергаемых вулканических  продуктов (газовые, жидкие или твердые) и вязкости лав выделены четыре главных  типа извержений: гавайский(эффузивный), стромболианский(смешанный), купольный(экструзивный) и вулканский.