Продукти вулканічних вивержень

Продукти вулканічних вивержень прийнято ділити на три групи: рідкі, тверді і газоподібні.

Рідкі продукти вулканічних вивержень представлені лавою. За хімічним складом лави можуть бути кислими, середніми, основними і ультраосновними. Хімічний склад лав визначає їх найважливіші фізичні властивості в'язкість і рухливість, від яких багато в чому залежить характер вивержень вулканів [3].

Так , бідні кремнеземом і збагачені залізо-магнезіальними сполуками лави ультраосновного і основного складу (базальтові і пікрітові), що мають біля виходу на поверхню температуру близько 1200 °С, характеризуються малою в'язкістю і високою рухливістю. У зв'язку з цим вони легко розтікаються на значні відстані, утворюючи покриви і потоки з хвилястою поверхнею. Лави ж кислі і середні (ліпаритові, андезитові), температура яких зазвичай не перевищує 750 – 1000 °С, володіють вищою в'язкістю і малою рухливістю. При виході з кратера вони швидко тверднуть, утворюючи короткі потоки з брилевою поверхнею, купола, обеліски. При застиганні лави виникають ефузивні або магматичні гірські породи, які вилились, що володіють неповнокристалічною або скловатою будовою.

Тверді продукти вулканічної діяльності інакше називаються пірокластичні (грец. «пір» - вогонь, «кластікос» - роздроблений), оскільки вони складаються з уламкового матеріалу, який виник при вулканічних вибухах в результаті викидання в атмосферу і розпиленні величезних мас лави, а також з уламків гірських порід підірваних частин кратера.

Залежно від величини уламків серед них виділяють вулканічні бомби, що мають розміри від 5 - 10 см до декількох метрів у поперечнику, лапіллі (італ. «лапіллі» - камінці) від 1 до 3 см, вулканічний пісок, що складається із помітних неозброєним оком частинок (від 0,5 мм до розміру горошини), і вулканічний попіл, що представляє макроскопічно тонкий пил сірих відтінків і складається в основному з найдрібніших уламків вулканічного скла.

Діяльність переміщення уламкового матеріалу залежить головним чином від величини уламків. Так, вулканічні бомби і лапіллі складають в основному кратери і конуси вулканів, попільні ж частинки можуть розноситися вітром на дуже далекі відстані. Наприклад, попіл нині вимерлих кавказьких вулканів виявлений в осадових утвореннях на території Воронезької області.

Надалі в результаті ущільнення і цементації пірокластичного матеріалу утворюються такі гірські породи як вулканічні брекчії (за рахунок грубоуламкових частинок) і вулканічні туфи (за рахунок попелу) [3].

Газоподібні продукти виділяються з жерла, побічних кратерів і численних тріщин на різних стадіях вулканічної діяльності. Приблизно на 60 - 90 % вони складаються з водяної пари, при конденсації якої в атмосфері нерідко виникають сильні зливи, які супроводжують виверження вулканів. Крім водяних парів, до їхнього складу входять H2S, SO, СО, СО2, HCl, HF, NH4Cl, NH3, H2, H2BO3 та інші гази.

Склад газових виділень змінюється залежно від температури. При температурах вище 180 °С виділяються так звані фумарольні гази (лат. «Фума» - дим), що характеризуються складним хлористо – сірчано – вуглекислим складом з переважанням хлористих сполук. Надалі вони змінюються сольфатарними газами, із температурами 180 – 100 °С, в складі яких переважають сірчисті з'єднання. При температурах нижче 100 °С виділяються істотно вуглекислі гази, які називаються мофетними. При сублімації вулканічних газів нерідко виникають мінеральні утворення, що є об'єктами видобутку. Так, в Італії поблизу м. Лордорело щорічно видобувають тисячі тон борної кислоти, бури, аміачної солі та інших продуктів, а перегрітий пар широко використовується для вироблення електроенергії [3].

РОЗДІЛ 2

ВУЛКАНІЧНИЙ РЕЛЬЄФ

Магматичні тіла ускладнюють складчасті структури та їх відображення в рельєфі. Чітке відображення в рельєфі знаходять утворення, пов'язані з діяльністю ефузивного магматизму, або вулканізму, який створює абсолютно своєрідний рельєф.

Залежно від характеру вивідних отворів розрізняють виверження площинні, лінійні і центральні [6].

Площинні вулкани. В даний час такі вулкани не зустрічаються, або можна сказати не існують. Оскільки ці вулкани приурочені до виходу великої кількості лави на поверхню великої площі; тобто, звідси бачимо, що вони існували на ранніх етапах розвитку Землі, коли земна кора була досить тонкою і на окремих ділянках вона могла цілком бути розплавленою.

Лінійний тип вивержень характеризується тим, що магма проникає з глибинного вогнища на земну поверхню по тріщинах глибинних розломів. На земну поверхню тріщина проектується у вигляді лінії, вздовж якої і відзначаються поверхневі прояви вулканізму. Підземна частина вулканічного апарату, що розташовується вище магматичного вогнища, в цьому випадку буває представлена дайкою. Поверхневі явища виражаються в масових виливах лави, частіше основної, з площинним розповсюдженням у вигляді покриву. Слід, однак, відзначити, що при цьому типі вивержень з'являються іноді й пухкі пірокластичні продукти, засвідчуючи своєю появою про деяку ролі експлозивної (вибухової) активності магматичних ювенільних газів.

Центральні виверження представляють абсолютно панівний нині тип вулканічної діяльності. Вони характеризуються тим, що магма надходить з глибинного магматичного вогнища на земну поверхню в певних точках по відносно вузькому каналу, округлої або овальної в поперечному перерізі. Продукти вивержень відкладаються навколо місця виходу цього каналу на поверхню (еруптивного центру), периклінально, тобто з падінням від нього в усі сторони. Таким шляхом, над центром виверження утворюється більш-менш значне піднесення найчастіше, при багаторазової повторюваності вивержень, конічної форми з отвором - кратером на вершині, як би подовжує канал в земній корі. Такі акумулятивні піднесення зазвичай і називають вулканами. Слід, однак, відзначити, що не завжди при центральному типі виверження на поверхні утворюється позитивна форма рельєфу у вигляді акумулятивного конуса; іноді може виникнути і негативна форма у вигляді воронкоподібного розширення гирлової частини вивідного каналу. Пояснюється це тим, що при центральному типі, як іноді і при лінійному, процес утворення вулкана розпадається на дві фази: експлозивну (вибухову) і ефузивну (виливну). В експлозивну фазу бурхлива (у формі вибуху) експансія виділяються з магми газів пробиває для магми вулканічного вогнища каналоподібний вихід на поверхню. Зазвичай такий канал виникає в місцях ослабленої міцності верхніх горизонтів тіла Землі, збігаючись, наприклад, з площинного глибинного розлому. Як було зазначено, у верхній своїй частині вивідний канал зазвичай воронкоподібно розширюється. У першу фазу створюється, отже, на земній поверхні порожниста форма рельєфу за рахунок роздроблення і викиду вибухом газів частини твердого матеріалу земної кори.

Залежно від стадії діяльності вулкана, а також характеру накопичення продуктів виверження виділяють кілька морфогенетичних типів вулканів: маари, екструзивні купола, щитові вулкани, стратовулкани [6].

Маар - негативна форма рельєфу, зазвичай воронкоподібна або циліндрична, що утворюється в результаті вулканічного вибуху. По краях такого поглиблення майже немає ніяких вулканічних накопичень. Усі відомі в даний час маари - не діючі, реліктові утворення. Велике число маар описано в області Ейфель у ФРН, в Центральному масиві у Франції. Більшість маарів в умовах вологого клімату заповнюється водою і перетворюється на озера. Розміри маар - від 200 м до 3,5 км в поперечнику при глибині від 60 до 400 м.

Кратери вибуху, у яких в результаті тривалої денудації знищена поверхнева частина вулканічного апарату, називають трубками вибуху. Стародавні трубки вибуху в ряді випадків виявляються заповненими ультраосновною магматичною породою - кімберлитом. Кімберліт - алмазоносная порода, і переважна більшість родовищ алмазів (у Південній Африці, в Бразилії, в Якутії) пов'язане з кімберлітовими трубками.

Морфологія акумулятивних вулканічних утворень у великій мірі залежить від складу ефузивних продуктів.

Екструзивні купола - вулкани, які утворюються при надходженні на поверхню кислої лави, наприклад, липаритового складу. Така лава через швидке охолодження і високої в'язкості нездатна розтікатися і давати лавові потоки. Вона нагромаджується безпосередньо над жерлом вулкана і, швидко покриваючись шлаковою кіркою, приймає форму купола з характерною концентричною структурою. Розміри таких куполів - до кількох кілометрів у поперечнику і не більше 500 м у висоту. Екструзивні купола відомі в Центральному Французькому масиві, у Вірменії та інших місцях.

Щитові вулкани утворюються при виверженні центрального типу в тих випадках, коли вивергається рідка і рухома базальтова лава, здатна розтікатися на великі відстані від центру виверження. Накладаючись один на одного, потоки лави формують вулкан з відносно пологими схилами - близько 6-8 градусів, рідко більше. У деяких випадках навколо кратера утворюється лише вузький кільцевий вал з більш крутими схилами. Виникнення таких валів пов'язують з лавовими фонтанами, які накидають шлак на край кратера [6].

Поряд з вулканами, що викидають тільки рідку лаву, є такі, які вивергають тільки твердий уламковий матеріал - попіл, пісок, вулканічні бомби, лапілі. Це так звані шлакові вулкани. Вони утворюються за умови, якщо лава перенасичена газами і її виділення супроводжується вибухами, під час яких лава розпорошується, її бризки швидко тверднуть. На відміну від лавових конусів крутість схилів шлакових вулканів до 45 °, тобто близька до крутизни природного скосу. Схили тим крутіше, чим грубіше матеріал, який їх складає.

Найбільші вулканічні споруди - стратовулкани. У будові стратовулканів беруть участь як шари лав, так і шари пірокластичного матеріалу. Багато стратовулканів мають майже правильну конічну форму: Фудзіяма в Японії, Ключевська і Кроноцька сопки на Камчатці, Попокатепетль у Мексиці та інші. Серед цих утворень нерідкі гори висотою 3 - 4 км. Деякі вулкани досягають 6 км. Багато стратовулканів несуть на своїх вершинах вічні сніги і льодовики.

Своєрідний рельєф утворюють рідкі продукти виверження вулканів. Лава, що вилилася з центрального або бічних кратерів, стікає по схилах у вигляді потоків. Дуже густа і в'язка лава встигає застигнути і втратити рухливість ще у верхній частині схилу. При дуже великій в'язкості вона може затвердіти в жерлі, утворивши гігантський «лавовий стовп» або «лавовий палець» [6].

Застигаючи, лавовий потік спочатку покривається кіркою шлаку. У разі прориву кірки в якому-небудь місці частина лави, яка не охолола, витікає з-під кірки. У результаті утворюється порожнина - лавовий грот, або лавова печера. При обваленні зводу печери він перетворюється в негативну поверхневу форму рельєфу - лавовий жолоб. Жолоби дуже характерні для вулканічних ландшафтів Камчатки.

Поверхня застиглого потоку набуває своєрідний мікрорельєф. Найбільш поширені два типи мікрорельєфу поверхні лавових потоків : а) брилевий мікрорельєф і б) кишкоподібна лава. Брилеві лавові потоки являють собою хаотичне нагромадження незграбних або оплавлених брил з численними провалами і гротами. Такі брилеві форми виникають при високому вмісті газів у складі лав і при порівняно низькій температурі потоку. Кишкоподібні лави відрізняються химерним поєднанням застиглих хвиль, звивистих складок, в цілому дійсно нагадують «купи гігантських кишок або зв'язки скручених канатів» (І. С. Щукін). Утворення такого мікрорельєфу характерно для лав з високою температурою і з відносно малим вмістом летких компонентів.

Виділення газів з лавового потоку може носити характер вибуху. У цих випадках на поверхні потоку відбувається нагромадження шлаку у вигляді конуса. Такі форми отримали назву горніто. Іноді вони мають вигляд стовпів заввишки до декількох метрів. При більш спокійному і тривалому виділенні газів з тріщин в шлаку утворюються так звані фумароли. Ряд продуктів виділення фумарол в атмосферних умовах конденсується, і навколо місця виходу газів утворюються кратероподібні піднесення, складені продуктами конденсації.

При підводних вулканічних виверженнях поверхня магматичних потоків, які вилилися, швидко остигає. Значний гідростатичний тиск водної товщі перешкоджає вибуховим процесам. В результаті формується своєрідний мікрорельєф кулястих, або подушкових, лав.

Виливи лави не тільки утворюють специфічні форми рельєфу, але можуть істотно впливати на вже існуючий рельєф. Так, лавові потоки можуть вплинути на річкову мережу, викликати її перебудову. Перегороджуючи річкові долини, вони сприяють катастрофічним повеням або висушенням місцевості; втрати нею видатків. Проникаючи до берега моря і застигаючи тут, лавові потоки змінюють обриси берегової лінії, утворюють особливий морфологічний тип морських узбереж [6].

Говорячи про рельєфоутворюючу роль ефузивного магматизму, слід зазначити, що при вулканічних виверженнях можуть відбуватися раптові і дуже швидкі зміни рельєфу і загального стану навколишньої місцевості. Особливо великі такі зміни при виверженнях експлозивного типу.

Роль вулканiчних процесiв у формуваннi рельєфу полягає у безпосередньому утвореніi вулканiчними процесами певних форм земної поверхнi та у їх опосередкованому впливi внаслiдок взаємодiї з рiзними складовими навколишнього середовища.

1. Вiдбуваються змiни берегової лiнiї морiв i великих озер, оформлення вулканiчних бухт, мисiв i гряд, якi виступають у море.

2. Руйнуються вулканiчнi конуси й утворюється своєрiдний денудацiйний рельєф.

3. Формуються просторi лавовi плато, трапові покриви, які захищають давнiй рельєф.

4. Утворюються озера кальдерного типу, вiдбуваються змiни режиму й морфології рiчкових долин пiсля перегороджування їх лавоними потоками, зокрема формуються водоспади, наприклад водоспад Вiкторiя на р. Замбезi.

5. У мiсцях виходу газiв і термальних джерел виникають скупчення особливих осадових порiд — травертинiв, гейзеритiв рiзного хiмiчного складу, якi утворюють своєрiднi натiчнi форми, тераси, невисокi склепiння тощо [8].

Вулканічний рельєф піддається надалі впливу екзогенних процесів, що приводить до формування своєрідних вулканічних ландшафтів.

Нами була складена таблиця «Виверження вулканів у XXI столітті». Аналіз таблиці показує, що найбільш активно відбувалися виверження вулканів на острові Ява, Монтсеррат та в Ісландії. Виверження вулканів Марапі та Суфрієр завдали найбільшої шкоди людству за останні декілька років – загинуло сотні людей, тисячі евакуйовані, знищено врожай, а виверження вулкана Ейяфьядлайокудль призвело до найбільшої кризи в історії пасажирської авіації.

РОЗДІЛ 3

ПОШИРЕННЯ ВУЛКАНІЧНОГО РЕЛЬЄФУ