Лекция по геологии

Жидкие продукты, или лавы, при  извержении характеризуются высокими температурами, колеблющимися в  пределах 600—1200 °С. Как отмечалось ранее, лава представляет собой магму, в  значительной степени потерявшую газовые компоненты. Лавы, как и магмы, различаются по химическому составу, определяющему их физические свойства. В зависимости от содержания SiO₂ выделяют лавы кислые (риолитовые) и основные (базальтовые).

Кислые (риолитовые) лавы светлые, окрашены обычно в серые тона, вязкие, тугоплавкие, медленно остывают и содержат много газов. Основные (базальтовые) лавы, наоборот, окрашены в темные тона, имеют большую плотность, жидкую консистенцию, легкоплавкие, быстро остывают и содержат мало газов. При застывании лав образуются эффузивные, или излившиеся горные породы.

Поскольку лавы обладают различными физическими свойствами, то при излиянии их на поверхность Земли образуются эффузивные тела разной формы: купола (конусы), покровы и потоки.

Покровы возникают при излиянии лав основного, базальтового состава и нередко занимают огромные площади. Лавовые потоки значительно меньше по площади, образуются в тех случаях, когда лава движется по ущельям, речным или ледниковым долинам. При сравнительно небольшой ширине лавовые потоки в ряде случаев бывают вытянуты на десятки километров. Остывание лавовых тел таких размеров происходит неравномерно, поэтому в их теле появляются характерные трещины, зависящие от состава лавы, размеров лавового потока и характера его остывания. По этим трещинам происходит своеобразное растрескивание лав; это явление называется отдельностью. Различают отдельность столбчатую, матрацевидную, шаровую и др.

Помимо газообразных и жидких продуктов  во время извержения вулкана выбрасывается  большое количество твердых продуктов, которые представлены обломками горных пород или кусками успевшей застыть лавы. Твердые продукты, выбрасываемые в воздух, падают на различном расстоянии от кратера. При этом наблюдается определенная закономерность: более крупные обломки падают у края кратера и скатываются вниз по его внешнему и внутреннему склонам, более мелкие выбрасываются на прилегающие равнины или откладываются у подножия конуса. В зависимости от величины обломков твердые продукты вулканических извержений подразделяются на вулканические бомбы, лапилли, вулканический песок и пепел.

Вулканические бомбы — это крупные, от нескольких сантиметров до 1 м  и более в диаметре куски затвердевшей или частично затвердевшей лавы. Форма  бомб самая различная — от шаровидной до веретенообразной. Встречаются бомбы менее правильной формы. Лапилли (лат. «лапиллис» — камешек) - представляют собой обломки шлака величиной до 1,5— 3 см в диаметре. Форма лапиллей, как и бомб, весьма разнообразная. Вулканическим песком называются твердые продукты извержения, размер которых не превышает 1—5 мм. Вулканический пепел состоит из мельчайших (менее 1 мм) частиц лавы, вулканического стекла и других пород. Пепел оседает на склонах конуса или разносится на большие расстояния; при накоплении и уплотнении пепла формируются породы, называемые вулканическим туфом. Из скоплений вулканического материала различных размеров образуются породы, получившие название агломерата, или вулканической брекчии.

14

После наиболее активной фазы извержения деятельность вулканов постепенно ослабевает, но может еще продолжаться длительное время в особых формах, объединяемых общим понятием поствулканических процессов или явлений, характеризующих или промежуточную между извержениями стадию, или окончательное затухание вулкана. Поствулканические процессы проявляются в виде продолжающегося сравнительно спокойного выделения газов, главным образом из трещин на склонах и у подножия вулкана, в виде образования небольших грязевых вулканов, извергающих время от времени потоки жидкой грязи, или в виде образования горячих водных источников, в том числе и ритмично фонтанирующих гейзеров.

В первом случае выделяющиеся из кратера  и боковых трещин пары воды и газы знаменуют собой фумарольную  или сольфатарную фазы, которые могут  продолжаться от нескольких месяцев до сотен и тысяч лет. Так, например, деятельность вулкана Сольфатара недалеко от Неаполя более 2000 лет ограничивается только выходом сернистых газов, от которых, кстати, получил название и сам вулкан. Наконец, приближение полного угасания вулканической деятельности выражается в мофеттах, выделяющих преимущественно углекислый газ. Выделения мофетт часто превращают многие долины и пещеры в «долины и пещеры смерти» вследствие удушающего действия на мелких животных накапливающейся углекислоты.

В большинстве вулканических кратеров и боковых выходов фумарольные и сольфатарные газы вступают в химические реакции друг с другом и с лавой и образуют вещества, называемые возгонами или сублиматами, которые отлагаются в виде натеков, инкрустаций и порошков на прилегающих холодных поверхностях лавы. Самыми существенными из этих образований несомненно являются желтая кристаллическая или порошковатая сера, белый “хлористый аммоний, желтый хлорид железа и борная кислота. Часто в виде сублиматов выделяются окиси металлов и соли. В инкрустациях вокруг фумарол в «Долине десяти тысяч дымов» (Северная Америка) были обнаружены соединения свинца, меди, олова и цинка, а в отложениях серы в кратере вулкана Ла-Суфраль в Колумбии было найдено даже золото. В тех случаях, когда скопления сублиматов представляют количественный интерес, они разрабатываются как месторождения полезных ископаемых.

Если восходящие фумарольные или  сольфатарные газы и пары воды по пути встречают насыщенные водой рыхлые продукты, то они выбрасывают или  выталкивают последние в виде грязи, образующей небольшие конусы или чашеобразные углубления, известные под названием грязевых вулканов или салъз. Из конусов сальз иногда изливаются сплошные миниатюрные грязевые потоки, а в чашеобразных сальзах время от времени грязь клокочет, как при кипении, и даже взлетает вверх. Вулканические сальзы характеризуются постоянно высокой температурой газов, представленных обычными газами фумарол и сольфатар с обильными парами воды, но вовсе или почти не содержат метана как продукта разложения органических веществ. Вулканические сальзы проявляются только в вулканических областях и располагаются обычно у подошвы действующего или затухающего вулкана. Последней стадией их деятельности является образование и излияние потоков грязи с умеренной температурой мофетт.

Вулканические сальзы не следует смешивать  с внешне сходными тектоническими грязевыми  вулканами или вулканоидами (например, грязевыми вулканами Керченского  полуострова). Последние проявляются  вследствие тектонических процессов  в нефтеносных областях и никакой генетической связи не имеют с процессами магматизма, в том числе и вулканическими явлениями. Заключительной стадией в жизни вулканов является образование горячих водных источников. Одни из них представляют собой свободно и спокойно вытекающие на поверхность струи и потоки теплой и горячей воды, иногда с обильными пузырьками газов, другие выходят на поверхность в виде пароводяных столбов и фонтанов. Последние известны под названием гейзеров.

Горячие источники широко распространены на земной поверхности и приурочены к областям .как действующих, так и недавно потухших вулканов Они различаются по температуре, достигающей у некоторых источников точки кипения, а также по составу растворенных газов и минеральных солей. Последние придают горячим источникам целебные свойства, которые широко используются при санаторно-курортном лечении.

Гейзеры впервые изучались и  были описаны в районе Гейзир в  Исландии, откуда и получили свое название. Они по характеру своей деятельности напоминают настоящие ритмично действующие вулканы, только продуктами извержений являются вода и пар. Извержения большинства гейзеров происходят через строго определенные интервалы (минуты, десятки минут, часы). Такая ритмичность объясняется наличием вертикальных у поверхности и зигзагообразных или коленчатых на глубине выводных каналов, соединяющих подземный резервуар пара с поверхностью, а также высокой температурой воды, близкой к температуре кипения.

Процесс извержения состоит в том, что вода, накопившаяся в вертикальной части канала по крайней мере до его второго изгиба, сдерживает давление пара в резервуаре, а это приводит к перегреву воды в нижней части канала; с увеличением давления воды выталкивается вверх за изгибы. Остающаяся в резервуаре перегретая вода от уменьшения давления быстро превращается в пар, который с большей или меньшей силой вырывается наружу, выталкивая всю воду из вертикального канала, и бьет какое-то время в виде пароводяного фонтана. Выброшенная в воздух вода частично падает обратно в кратер гейзера, называемый грифоном, но уже охлажденная, и понижает температуру воды под грифоном в вертикальной части выводного канала. Извержение на время прекращается до тех пор, пока вода вновь не перегреется и давление пара не достигнет силы, достаточной для повторения процесса. Сила давления водяных паров у некоторых гейзеров столь велика, что выталкиваемые столбы воды взлетают фонтанами до 100 м высотой. Большинство гейзеров фонтанирует на высоту от 1 до 10 м. Воды гейзеров и горячих источников почти всегда содержат вещества, избыток которых при охлаждении раствора отлагается на окружающей выход поверхности в виде накипи. Накипь кремнистого состава отлагается главным образом около гейзеров и называется гейзеритом.

Наиболее известными областями  распространения гейзеров являются острова Исландия и Новая Зеландия, Йеллоустонский национальный парк в Северной Америке и Камчатка, где в долине рч. Гейзерной гейзер Великан фонтанирует через каждые 2 ч 50 мин, выбрасывая столб воды до 40 м и столб пара до 400 м.

15

Изучение распространения действующих вулканов показывает, что вулканическая деятельность приурочена к тектонически активным участкам земного шара — областям современного горообразования и развития глубинных разломов (рис. 46). Из анализа приведенной карты следует, что большая часть действующих в настоящее время вулканов (около 60 %) сосредоточена на побережье Тихого океана, в зоне так называемого Тихоокеанского «огненного» кольца. Вулканы известны здесь на Аляске и западном побережье Северной Америки, далее цепь их протягивается вдоль Тихоокеанского побережья Южной Америки до Огненной Земли. На западном побережье Тихого океана вулканы непрерывной цепочкой тянутся от Новой Зеландии через острова Фиджи, Соломоновы до Новой Гвинеи, далее через Филиппинские острова, Японию и Курильские острова на Камчатку, где сосредоточено большое количество действующих и потухших вулканов. В северной части Тихого океана известны многочисленные вулканы Алеутских островов, которые, протягиваются от Камчатки к Аляске, как бы замыкая «огненное» кольцо.

Другой зоной повышенной интенсивности  вулканической деятельности является Средиземноморско-Гималайский пояс. Эта зона прослеживается в широтном направлении от Альп через Апеннины, Кавказ до гор Малой Азии. Здесь  расположены такие вулканы, как Везувий, Этна, вулканы Липарских островов и Эгейского моря, Эльбрус, Казбек, Арарат и др.

Менее обширной зоной распространения  вулканов является субмеридиональная  Антлантическая зона, которая прослеживается от Исландии через Азорские и Канарские  острова до островов Зеленого Мыса. Большинство вулканов здесь потухшие. Наиболее известен действующий вулкан Гекла в Исландии.

Небольшая группа вулканов приурочена к Восточно-Африканской зоне разломов. Здесь расположены вулканы Кения  и Килиманджаро.

16

Интрузивный магматизм

Формы проявления магматизма зависят  от геологической обстановки образования  и внедрения магмы и тесно  связаны с тектоническими движениями земной коры. Если поднимающаяся магма  не достигает поверхности Земли, а застывает внутри коры, образуются глубинные магматические тела — интрузии. Форма интрузивных тел может быть очень разнообразной и, в свою очередь, определяется характером дробления вмещающих пород и физическими свойствами магмы.

Существуют два основных механизма  внедрения магмы во вмещающую толщу. Магма может проникать по плоскостям напластования осадочных пород или по трещинам, пересекающим вмещающую толщу. В первом случае она может поднимать пласты кровли или, наоборот, вызывать прогибание подстилающих пластов, воздействуя своей массой.

При внедрении крупных масс расплава он прокладывает себе дорогу вверх путем обрушения пород кровли, которые тонут в нем и ассимилируются с ним, В последнем случае магма сама формирует пространство, которое она занимает. От механизма внедрения магмы зависит не только форма, но и контакт интрузивных тел с вмещающими осадочными породами; физические свойства магмы, главным образом ее вязкость, также влияют на форму тел.

17

В зависимости от соотношения с  вмещающей осадочной толщей интрузивные  тела подразделяются на согласные и несогласные (классификация Р.Дэли). Согласные интрузивные тела образуются, как правило, в результате внедрения магмы по плоскостям напластования осадочных пород. К этому классу интрузии относятся силлы, лакколиты, лополиты и факолиты.

Рис. 43. Интрузивные тела: 
а – силл; б – лакколит;  
в – лополит; г - факолит

Силл — пластообразное интрузивное  тело, размеры которого могут варьировать  в широких пределах, но мощность всегда меньше занимаемой им площади (рис. 43,а). Силлы являются широко распространенной формой залегания основных магматических пород, поскольку подвижные основные массы легко проникают по плоскостям напластования. Как правило, они залегают группами и встречаются в толщах недислоцированных или слабодислоцированных осадочных пород.

Лакколит — тело, имеющее плоское  основание и куполообразный свод (рис. 43, б). Лакколиты, как правило, образуются при внедрении кислой магмы, которая  вследствие большой вязкости с трудом проникает по плоскостям наслоения, скапливается на одном участке и приподнимает породы кровли. Форма лакколитов в плане округлая, с диаметром от сотен метров до нескольких километров.

Лополит — чашеобразное тело, вогнутая форма которого обусловлена прогибанием подстилающих пластов под тяжестью магмы (рис. 43, в). Лополиты чаще всего сложены породами основного или ультраосновного состава и представляют собой очень крупные интрузивные тела, площадь которых достигает десятков тысяч квадратных километров.

Факолит — линзообразное тело, залегающее в ядре антиклинальной или  синклинальной складки (рис. 43,г), факолиты имеют небольшие размеры, встречаются  редко и только в складчатых областях. Образуются они одновременно со складками.

Несогласные интрузивные тела формируются при заполнении магмой трещин во вмещающей толще и при внедрении магмы путем обрушения пород кровли. К ним относятся дайки, жилы, штоки и батолиты.

Дайка — плитообразное тело, мощность которого несоизмеримо меньше протяженности  по падению (рис. 44, а). Дайки образуются при заполнении трещин и ориентированы в земной коре вертикально или наклонно. Размеры их колеблются в очень широких пределах. Самая крупная из известных даек — «Большая дайка» Родезии — имеет мощность около 5 км и протяженность около 500 км. Различают особую разновидность даек — кольцевые дайки, которые возникают при заполнении магмой трещин, появляющихся при опускании цилиндрических блоков горных пород. Как правило, дайки сложены породами основного состава и встречаются группами, составляя серии параллельных или радиальных тел. Жила отличается от дайки меньшими размерами и невыдержанной извилистой формой (рис. 44, б).