Эффузивный магматизм

Эффузивный магматизм

Введение

Эффузивным магматизмом, или вулканизмом называется выброс на земную поверхность различных магматических продуктов. Последние подразделяются на газообразные, жидкие и твердые. В развитии вулкана можно выделить три стадии:

1. Субвулканическая — на протяжении ее идут процессы формирования магматического очага и дифференциации магмы. Считается, что большая часть крупных магматических очагов формируется на глубинах 40 — 150 км. Отсюда магма поступает в сравнительно небольшие вторичные очаги, расположенные на небольших глубинах и непосредственно питающие извергающийся вулкан.

2. Собственно вулканическая (стадия извержения) — характеризуется выбросом твердых, жидких и газообразных вулканических продуктов на поверхность.

3. Поствулканическая (фумарольная) — происходит выход только газообразных продуктов.

В зависимости от характера подводящего канала вулканы можно разделить на два типа.

1. Трещинные вулканы изливают, как правило, очень жидкую и подвижную лаву, в силу чего извержения обычно носят спокойный характер. Растекающаяся по поверхности лава создает обширные уплощенные покровы. Такие извержения очень широко были представлены в геологическом прошлом Земли, а сохранившиеся от них лавовые покровы получили название трапповых.

2. Вулканы центрального типа в своей осевой части имеют цилиндрический канал (жерло), соединяющий кратер с магматическим очагом. Иногда на склонах вулканического конуса возникают паразитические кратеры.

1. ПРОДУКТЫ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ

1. Газообразные продукты во время извержения представлены парами воды, углекислоты, встречаются водород, азот, хлористый водород. Интенсивность выделения газов и паров из лавы зависит от степени вязкости последней: из кислых и вязких лав газы выходят с трудом, что ведет к их скоплению и последующим взрывам. В фумарольную стадию происходит выделение сернистых газов. Количество газов, выделяющихся во время извержения, может составлять до нескольких тысяч тонн в сутки.

2. Жидкие продукты представлены лавами разного химического состава.

Кислые лавы содержат более 65% кремнезема, являются самыми вязкими и малоподвижными. Они застывают в виде коротких и мощных языков, куполов, сложенных липаритом (риолитом), дацитом.

Средние лавы содержат 65 — 53% кремнезема, обладают разной степенью вязкости и подвижности, что зависит от содержания в них кремнезема и летучих компонентов. При их остывании возникают трахиты и андезиты. В составе кислых и средних вулканических пород часто встречаются пирокласты — обломки других горных пород.

Основные лавы содержат 53 — 45% кремнезема, являются очень жидкими и подвижными (скорость их движения по земной поверхности может превышать 50 км/час). При остывании их возникают базальты и диабазы, почти никогда не содержащие пирокластов.

Ультраосновные лавы содержат менее 45% кремнезема, встречаются крайне редко, образуют пикриты и кимберлиты.

Объем лавы, выделившейся во время извержения, может достигать десятков и сотен кубических километров.

3. Твердые продукты (пирокласты) представляют собой минеральные обломки разного диаметра, возникающие в наибольших объемах при взрывных извержениях. В зависимости от размера, выделяют следующие типы пирокластов: а) вулканические пепел и пыль; б) вулканический песок; в) лапилли (диаметром до горошины); г) вулканические бомбы; д) вулканические глыбы (при извержении Вулькано была выброшена глыба объемом 25 куб. м и массой 68 т). При отложении пирокластов на суше возникают вулканические туфы, а при осаждении обломков в воде — туффиты. Объемы выброса пирокластов иногда измеряются десятками кубических километров.

2. ТИПЫ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ Главным фактором, определяющим характер извержения, следует, очевидно, считать химический состав лавы, поскольку от него зависит подвижность лавы и наличие в ней газов. По характеру извержения и составу вулканических продуктов можно выделить четыре категории вулканов: эффузивную наземную; эффузивную подводную; пирокластовую; эксплозивную. В составе каждой категории можно выделить несколько типов извержений.

1. Эффузивные наземные извержения характеризуются господством лавы в составе продуктов и отсутствием сильных взрывов; связаны с рифтовыми структурами; изливают подвижную базальтовую (основную) лаву.

Исландский (трещинный) тип извержений характеризуется тем, что магма приближается к поверхности по узким и длинным трещинам. Газы, скопившиеся в верхней части лавового очага, выходят по ранее существовавшей трещине, поэтому сильных взрывов не происходит. Сразу за выделением газов начинается излияние потоков жидкой базальтовой лавы, растекающихся на большие расстояния и формирующих очень плоский конус. В конце извержения лава прорывается только в отдельных местах трещины, где возникают многочисленные плоские конуса.

Гавайский тип извержений очень близок к трещинным, но подъем лавы здесь происходит через трубообразный канал. Вначале также происходит выброс небольшого количества газов, после чего из мелкого и широкого (блюдцеобразного) кратера начинается излияние подвижной базальтовой лавы. Конус вулканов гавайского типа плоский и обычно имеет гигантские размеры. Так, крупнейшим действующим вулканом Земли является Мауна-Лоа (о. Гавайи), высота которого около 10 км, а объем превышает 21 1000 куб. км. В силу особенностей формы такие вулканы называют щитовыми.

2. Эффузивные подводные извержения являются самыми многочисленными и наименее изученными. Они также приурочены к рифтовым структурам, отличаются господством базальтовых лав. На дне океана при глубине 2 км и более давление воды столь велико, что взрывов не происходит, а значит, и пирокластов не возникает. Под давлением воды даже жидкая базальтовая лава далеко не растекается, образует короткие куполообразные тела или узкие и длинные потоки, покрытые с поверхности стекловатой коркой. Отличительной чертой подводных вулканов, находящихся на больших глубинах, является обильное выделение гидротерм, содержащих высокое количество сульфидов меди, свинца, цинка и других цветных металлов.

3. Пирокластовые (смешанные) извержения характеризуются выбросом всех видов вулканических продуктов, сопровождающимся взрывами разной силы. Это извержения центрального типа, при которых возникают конусы правильной формы, сложенные переслаиваниями лав и твердых продуктов. Такие конусы называют стратовулканами, или слоистыми вулканами.

Стромболианский тип извержений (по названию вулкана Стромболи на Липарских островах) характерен вулканам, изливающим более вязкую, по сравнению с предыдущими типами, лаву, которая, остывая, образует короткие языки на склонах. Очаг располагается близко к поверхности, а жерло почти всегда заполнено бурлящей лавой, из которой непрерывно выделяются газы. Извержения происходят часто и отличаются четкой ритмичностью, обычно сопровождаются сравнительно слабыми взрывами. Так, на протяжении уже более 200 лет, каждые 8 минут извергается и наращивает свой конус вулкан Исалько (Ицалько) в Центральной Америке.

Вульканский тип извержений (по названию вулкана Вулькано на Липарских островах) отличается взрывами большой силы с выбросом газово-пылевых туч и большого количества обломков при сравнительно небольшом участии лавы. Магматический очаг у таких вулканов также располагается близко к поверхности, а лава характеризуется еще большей вязкостью (состав ее трахитовый или андезитовый) и меньшей подвижностью. После очередного извержения лава, застывая в кратере, образует плотную пробку, препятствующую свободному выходу газов. Поэтому, при последующих извержениях, скопившиеся под пробкой газы с силой выбрасывают ее вверх, образуя обломки самого разного размера. Интервал между извержениями гораздо больший, чем у вулканов стромболианского типа.

Этно-везувианский тип отличается от предыдущих еще более длительными интервалами между извержениями и еще большим количеством выделяющихся газов. Сильные взрывы ведут к образованию на склонах вулкана многочисленных трещин, по которым и происходит излияние лав во время последующих извержений. Обнажающиеся на поверхности склона отверстия таких жерл называются бокками. В результате, на склонах главного вулкана возникают побочные (паразитические) вулканические конусы. Количество бокк на склонах вулкана Этна составляет около 800, а паразитических конусов — более 200. Во время сильных взрывов верхняя часть вулканического конуса может разрушиться, кратер станет гораздо шире, а при последующих извержениях внутри его начнется рост нового, сравнительно небольшого конуса. Стенки древнего кратера, окружающие новый конус, получили название сомма. В некоторых случаях на месте вулканического конуса возникает гигантская воронка — кальдера, диаметр которой многократно превышает глубину. Образование кальдеры обычно происходит в результате обрушения вулканического конуса в возникшую под ним полость, сформировавшуюся благодаря опустошению магматического очага. Реже кальдера образуется из-за взрыва вулкана.

4. Пирокластовые (газово-взрывные) извержения свойственны вулканам с очень глубоким залеганием магматического очага, в котором скапливается кислая или средняя по составу лава. При извержении выделяется огромное количество газов и пара, а лава, в силу высокой вязкости и низкой подвижности, а также большой глубины залегания, выбрасывается в минимальных количествах или отсутствует полностью.

Мерапийский тип извержений (вулкан Мерапи на о. Ява) отличается выделением палящих газово-пылевых туч, иногда взрывами в начале извержения, а также образованием горячих грязе-каменных потоков — лахаров. Потоки лахаров вулкана Мерапи достигают длины 40 км. Лава кислого (дацитового) или среднего (андезитового) состава во время взрыва часто распыляется в виде пепла или лапиллей, а в конце извержения выдавливаются на поверхность в виде куполов.

Пелейский тип извержений (вулкан Мон-Пеле, о. Мартиника в Малых Антильских островах, катастрофа 1902 г — погибло более 31 тыс. человек) наблюдается у вулканов с очень густой и малоподвижной лавой. В начале извержения из кратера, закупоренного пробкой ранее застывшей лавы, прорываются тучи газов, раскаленных до 800 С. Эти тучи, насыщенные твердыми продуктами извержения, а потому очень тяжелые, не поднимаются вверх, а с большой скоростью скатываются вниз по склону. Выброс газов часто сопровождается землетрясениями. В конце извержения из кратера выдавливается раскаленный обелиск застывшей лавы, благодаря чему извержения подобного рода получили название экструзивных.

Катмайский тип извержений (вулкан Катмай, п-ов Аляска, извержение 1912 г) проявляется в извержении кислой лавы, которая настолько перенасыщена газами, что превращается в катящуюся по склону газово-лавовую тучу. Такие раскаленные лавины низвергаются как из главного кратера, так и из боковых трещин. Затем поднимающаяся лава закупоривает жерло, препятствуя выделению газов, что может завершиться мощным взрывом, уничтожающим верхнюю часть вулкана. В итоге возникает конус неправильной формы с огромным кратером.

Кракатаусский тип извержений (вулкан Кракатау, 1883 г) отличается взрывами чудовищной силы и выбросом гигантского объема газов. В отличие от предыдущих типов извержений, лава кислого состава, накапливающаяся в расположенном на огромной глубине очаге, на поверхность не выходит совсем. В итоге извержения возникает огромная кальдера.

Бандайсанский тип (вулкан Бандай-Сан, о. Хонсю, 1883 г) подобен другим типам эксплозивных извержений: мощные и частые взрывы, отсутствие лавы. Однако чрезвычайная сила взрывов связывается здесь с испарением проникшей по трещинам внутрь вулкана воды.

Маарский тип объединяет лишь единожды извергавшиеся, ныне потухшие эксплозивные вулканы. В рельефе они представлены плоскими блюдцеобразными котловинами, обрамленными невысокими валами. В составе валов присутствуют как вулканические шлаки, так и обломки невулканических пород, слагающих данную территорию. В вертикальном разрезе кратер имеет вид воронки, которая в нижней части соединяется с трубообразным жерлом, или трубкой взрыва. Древние структуры такого облика получили название диатрем. Диаметр их колеблется от нескольких десятков метров до нескольких километров. Верхняя часть диатрем, до глубины 400 — 500 м, заполнена кимберлитом — вулканической брекчией, состоящей из синих глин и кластического материала. Последние представлены обломками как ультраосновных пород, так и пород, рассеченных диатремой. Состав кимберлитов свидетельствует о высочайших температурах и давлении во время их образования, а также о сверхглубинном (мантийном) расположении магматического очага. К кимберлитам приурочены коренные месторождения алмазов, пиропов и других минералов. На больших глубинах диатремы заполнены базальтоидами или ультраосновными породами.

В заключение необходимо отметить, что деятельность большинства вулканов растягивается на многие годы и даже тысячелетия. При этом вулканизм осуществляется несколькими циклами, каждый из которых разделяется на три этапа. Цикличность вулканизма проявляется в том, что со временем происходит последовательное изменение состава лавы: от жидкой базальтовой в начальной стадии, до андезитовой в средней стадии, и, наконец, до вязкой кислой лавы на завершающей стадии. Соответственно изменениям состава лавы, меняется и характер извержений одного и того же вулкана.

3. ПОСТВУЛКАНИЧЕСКАЯ СТАДИЯ На этой стадии излияние лав прекращается, взрывов не происходит, наблюдается лишь выделение газовых струй, водяных паров и, на значительном расстоянии от вулкана, горячей воды.

Газовые струи (фумаролы), проходя сквозь горные породы, оставляют на стенках трещин и пор налет из различных минералов, иногда создавая промышленные месторождения полезных ископаемых. Фумаролы по составу газов и температуре подразделяются на несколько типов.

Сухие фумаролы — воды в них нет или почти нет, температура до 500 С, содержат хлориды калия и натрия, часто с примесями меди, марганца, фтора.

Кислые фумаролы (сернистые, сольфатары) — температура их колеблется от 90 до 300 С, содержат пары воды, кислоту серную или хлористоводородную. В районах их выходов на поверхности возникает ярко-желтый налет самородной серы.

Щелочные (аммиачные) фумаролы — температура около 100 С, газы представлены сероводородом, углекислым аммонием, парами воды.

Холодные фумаролы (мофетты) — температура ниже 100 С, содержат углекислый газ.

На протяжении поствулканической стадии, в силу постепенного охлаждения магмы, происходит закономерное изменение характера фумарольной деятельности: от сухих фумарол в начале процесса к кислым и щелочным, а в завершении — к холодным.

Гейзеры — это источники, ритмично выбрасывающие фонтаны воды и пара. Гейзеры возникают либо на значительном расстоянии от вулкана, либо в завершающие стадии поствулканической стадии. Воды гейзеров имеют температуру от 94 до 99 С, обычно они сильно минерализованы: содержат соли натрия, кальция, кремния, магния. Благодаря минерализации, вокруг гейзеров отлагаются пористые туфы известкового или кремнистого состава. Иногда вместе с парами и газами происходит выброс глинистых пород, что ведет к образованию грязевых вулканов. Высота конусов грязевых вулканов обычно составляет первые метры, но иногда достигает 400 м, а диаметр кратера — до нескольких метров.

4. ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ ВУЛКАНОВ эффузивный магматизм вулкан извержение На протяжении последних 3 000 лет истории Земли зафиксировано более 2 500 извержений и установлено около 1 000 действующих наземных вулканов, из которых порядка 200 ныне пребывают в фумарольной стадии. Почти все известные наземные вулканы располагаются на окраинах материков или на островах. Абсолютное большинство — 90% наземных вулканов приурочено к четырем вулканическим поясам, совпадающим с границами крупнейших литосферно-мантийных структур.

Круго-Тихоокеанский пояс (Циркум-Тихоокеанский, Тихоокеанское Огненное кольцо) — охватывает, по разным подсчетам, от 340 до 381 действующих наземных вулканов. Из них 59 — в Южной Америке, 70 — в Центральной Америке, 46 — в Северной Америке (включая Алеутские острова), и, наконец, 140 — в северо-западной части пояса (от Камчатки до Японских островов). Остальные вулканы располагаются в юго-западной и южной части пояса (от островов Рюкю через острова Микронезии, Меланезии и Новой Зеландии к побережью Чили). Вулканы Круго-Тихоокеанского пояса располагаются вдоль узких глубоководных желобов, на расстоянии 100 — 200 км от их оси в сторону материков. К желобам приурочены сейсмофокальные зоны Заварицкого-Беньофа, где литосферная плита с земной корой океанического типа пододвигается под литосферные плиты с материковым строением земной коры. Большинство вулканов располагается там, где глубина залегания сейсмофокальных зон составляет 90 — 150 км. Вулканы этого пояса по характеру извержений относятся к самым разным категориям и типам.

Средиземноморско-Индонезийский (Средиземный) пояс, опоясывающий планету в широтном направлении, включает от 117 до 175 действующих вулканов. Из них в районе Средиземного моря известно 13 наземных вулканов (в основном пирокластовой категории), а в пределах Малайского архипелага — 123 наземных вулкана (в большинстве эксплозивной категории). Вулканизм данного пояса также связан с активными сейсмофокальными зонами, которые, однако, являются реликтами неогенового пика альпийской складчатости. Наиболее активный вулканизм здесь наблюдался, очевидно, в неогене и начале четвертичного периода, о чем свидетельствуют многочисленные потухшие вулканы Карпат, Кавказа, Иранского нагорья, Тибета (на территории последнего имеется и один действующий вулкан — Рубрук).

Атлантический пояс располагается в осевой меридиональной части Атлантики, все 44 действующих наземных вулкана находятся на островах (от о. Ян-Майен до о-вов Тристан-да-Кунья). Большинство вулканов здесь связаны с рифтовыми структурами растяжения, поэтому очаги залегают совсем неглубоко, а состав лавы базальтовый. По характеру извержений преобладают эффузивные вулканы (трещинного типа).

Восточно-Африканский пояс, расположенный в пределах величайшей континентальной рифтовой системы, включает в свой состав 42 действующих наземных вулкана, разных по составу лав и характеру извержений.

Небольшое количество наземных вулканов находится за пределами названных поясов, являясь, в большинстве своем, внутриплитными вулканами. Размещаются они как на островах в океанах (Канарские, Зеленого Мыса, Маврикий, Реюньон, Гавайи), так и на материках (Камерун). И, наконец, на дне океанов имеется огромное количество вулканов подводных.