учебники / Гаврилов В.П. «‎Общая и историческая геология и геология СССР»

случае магма дифференцируется на участке ее конечного зале­

гання, что 11ривод1п к образованию расслоенных массивов

магматических пород, в которых снизу вверх увеличивается со­

держание кремнезема и летучих. При излиянии магмы на по­ верхность ее дифференциации практически не происходит из-за

быстрого остывания и затвердения.

Ассимиляцияэто процесс полного усвоения и плавления

магмой твердых пород, окружающих интрузию или попадаю­ щих в нее при движении обломков (ксенолитов). Растворение

вмещающих пород меняет состав магмы. Так, ассимиляция из­

вестняков магматическим очагом Везувия привела к перенасы­

щению магмы кальцнем и к кристаллизации обедненных крем­

нием щелочных пород. В случае непалной переработки магмой вмещающих пород происходит процесс гибридизации. При этом

внутри магматического тела остаются непереплавленные ксено­

литы, а на соседних участках наблюдается контаминация (за­

грязнение) магмы чужеродными элементами. Образующиеся гибридные породы отличаются не характерными для данных

магм минералами.

В результате рассмотренных процессов из ограниЧенного

количества первичных материнских магм образуется широкий

спектр магматических пород.

§ 2. ИНТРУЗИВНЫЯ МАГМАТИЗМ

Подавляющая часть магмы не изливается на дневную поверх­ ность, а застывает в недрах Земли. Возникшие магматические тела называют интрузия.ми, а сам процесс их образования ин­ трузивным .маг.матиз.мо.м. Огненно-жидкая магма может прони­ кать в атмосферу за счет проплавления и поглощения (ассими­

ляция) ею вышерасположенных пород. Магма сама проклады­ вает себе путь наверх, формируя пространство, которое она

заполняет. При этом крупные блоки пород как бы отделяются от гипотетической кровли, дробятся и обрушиваются в магму.

Этот процесс получил название .магматического обрушения. Бо­

лее тяжелые чем магма глыбы пород, частично ассимилируясь, опускаются в нижние области магматического очага, что вызы­

вает ее расширение и дальнейшее nродвижение вверх. Другой возможный механизм проникновения магмы в литосферу­

инъекция под действием выжимающих, деформирующих кору

тектонических сил. При этом магма проникзет по трещинам и

плоскостям напластования. В результате происходят изгиб пла­

стов, их деформация. Застывая и кристаллизуясь на глубине,

магма образует интрузивные магматические породы. После­

дующие геологические процессы могут вызвать эрозию выше­

расположенных отложений и вскрытие интрузивных тел. Ста­

новление интрузий возможно как на сравнительно небольших

\62

глубинах (гипабиссальный магматизм), так и глубоко в недрах

Земли (абиссальный магматизм) с образованием плутоннче­

ских масс.

В зависимости от соотношения с вышележащими нластамf! горных пород интрузивные образования могут быть соглас­

магматических пород и формы их залегания даны в гл. II,

§ 2, 3.

§ 3. ЭФФУЗИВНЬIА МАГМАТИЗМ

Этот тип магматизма сопровождается излиянием магмы на

поверхность Земли. Уже в приповерхностных слоях магма де­

газирует и переходит в лаву, которая и достигает дневной по­

верхности. В зависимости от характера и механизма излияния лавы различают эффузивный магматизм трещинного и цен­

трального типов.

Эффузивный магматизм трещинного типа проявляется в из­

лиянии на земную поверхность базальтовой лавы по крупным трещинам или расколам земной коры. Классическим примерам

современных трещинных излияний служит о-в Исландия, где

неоднократно происходило извержение лавы вдоль гигантской

(длина 30 км) трещины Лаки на юге Исландии. Наиболее

крупное излияние nодобного типа произошло в 1783 г., когда

лава в течение двух месяцев поступала на дневную поверх­

ность. За это время излилось 12 км3 базальтовой лавы, которая затопила почти 915 км2 прилегающей низменности слоем мощ­ ностью в 170 м. Сходное извержение трещинного типа наблю­

далось в 1886 г. на одном из островов Новой Зеландии. В те­

чение 2 ч на отрезке длиной 30 км действовало 12 небольших кратеров диаметром в несколько сотен метров. Извержение со­ провождалось взрывами и выбросом пепла, который покрыл

площадь в 10 тыс. км2, около трещины мощность покрова до­ стигала 75 м. Взрывной эффект усиливалея мощным выделе­

нием паров из озерных бассейнов, прилегавших к трещине. Та­

кие взрывы, обусловленные наличием воды, получили название

фреатических (греч.- родниковые). После извержения на ме­

сте озер образовалась грабенаобразная впадина длиной в 5 км

и шириной 1,5-3 км.

Трещинный эффузивный магматизм был широко распро­

странен в прошедшие геологические эпохи. Мощные базальто­ вые поля известны в Индии на плато Декан, где они покры­ вают площадь в 5 · 105 км2 при средней мощности в 1 км (мак­

си~ум 3 км), на северо-западе США, в Сибири. Базальтовые породы трещинных излияний обеднены кре\1неземом (около

50%) и обогащены двухвалентным железом (8- 12%). Лавы

жидкие, подвижные, прослеживаются на многие десятки кило-

163

метров от места своего изли51ния. Мощность отдельных пото­

ков 5-15 м. По-видимому, накопление километровых толщ

происходило постепенно, пласт за пластом многие годы. Такие

лавовые образования с плоской поверхностью и характерной ступенчатой форУ~ой рельефа получили название платобазаль­ тов, или траппав (швед.- лестница). Эффузивный магматизм центрального типа наиболее распространен в современных ус­ ловиях. Он сопровождается образованием конусообразных вул­ канических гор (вулканов), высота которых контролируется гидростатическими силами. Дело в том, что высота h, на кото­ рую способна подняться жидкая лава плотностью р1 из первич­

ного магматического очага, обусловлена давлением на него

твердой литосферы мощностью Н и плотностью Ps· Эта зависи­

мость может быть выражена следующим уравнением:

где g - ускорение силы тяжести.

Отсюда следует, что

Выражение «h-H» и есть высота вулканической горы ~h; отношение Ps-Pi/p, можно выразить как некий плотностной ко­

эффициент р, тогда

!:.h=pH.

Полученное уравнение связывает высоту вулкана с мощ­

ностью литосферы через некий плотностной коэффициент, ко­ торый для каждого конкретного региона различен. Строение вулкана показано на рис. 38. Корни его (первичный магмати­

вторичный магматический очаг, непосредственно питающий

вулкан через жерло. Конус вулкана сложен продуктами его извержения. На вершине располагается кратерчашеобраз­ ное уг.'lубление, которое иногда заполняется водой. Диаметр

побочные кратеры. В результате провала верхней части вуЛка­ нической коры образуется кальдера-огромная депрессия, ок­

руженная отвесными стенками. Диаметр некоторых кальдер

достигает многих километров (кальдера вулкана Аниакчак на Аляске равна 10 км). При извержении вулкана выделяются продукты вулканической деятельности, которые могут быть га­

зообразными, жидкими и твердыми.

164

Зона разлома

Кратер

'---Техтонические

трещины

Пер/Jичньпl

ма~мати11ескиii orta~

Рис. 38. Строение вулкана.

Газообразные продукты извержения, или фуАtаролы, со­

стоят из водяных паров (75-90 %) , азота, кислорода, водо­

рода, диоксида и оксида углерода, серооодорода, хлора, фтора, серы, борной кислоты, аммиака, метана, аргона и т. д. Фума­ ролы, заключающие в себе бор, называются софион.и. ·Газы играют важную роль в вулканической деятельности. Во время кристаллизации магмы на глубине выделяющиеся газы под­ нимают давления до критических значений и оызьшают взрыв,

выбрасывая на поверхность сгустки раскаленной жидкой лавы. В поверхностных условиях газы за счет своего расширения при

сннжении давления насыщают лаву пузырьками, вспенивают

ее, образуя nористую лаву (вулканический шлак), которая при застывании дает пемзу. Высвобождающнйся при этом газ реа­

гирует с окружающей породой, генерируя новые минералы. На­

конец, при извержении вулканов происходит мощное выделе­

ние газовых струй, создающих в атмосфере огромные грибо­ видные облака. Так, при извержении Везувия в 1906 г. вы­ бросы газа сформировали струю днаметром 500 м и высотой

13 км. Скорость газового истечения составила 500 м/с. При из­

вержении вулкана Безымянная сопка высота газового столба достигла 45 км. В среднем количество газообразных продуктов

при извержении вулкана составляет 2 %, иногда 3 % массы

лавы. При извержении Везувин в 1929 г. выделилось 5 ·108 м3

фумарол.

Состав газовых выделений во многом зависит от темпера­

туры. Различают следующие тиnы фумарол:

16S

1) сухиетемпература около 500 "С, почти не содержат

водяных паров и насыщены хлористыми соединениями, среди

которых преобладают хлористый натрий, хлористый калий, хлорное железо и фтор;

2) Кlfслые, или хлористо-водородно-сернистые- темпера­ тура 300-400 "С, заключают в себе хлористый водород, сер­

нистый ангидрид и водяные пары;

3) щелочные, или аммиачныетемпература несколько

выше 180 "С, состоят из хлористого аммония, который при раз­

ложении дает свободный аммиак; нередко в них присутствует

углекислый аммоний;

4)сернистые, или сольфатары-температура около 100 "С,

главным образом, содержат водяные пары и сероводород;

5)углекислые, или моферытемпература ниже 100 "С, со­

стоят преимущественно из углекислого газа.

Все перечисленные газообразные· продукты выделяются не

только во время самих извержений, но и после их окончания.

Жидкие продукты извержения лавы характеризуются тем­ пературами в пределах 600-1200 °С. Х11мический состав лав

зависит от состава исходной магмы. Лавы также бывают двух

типов: базальтовые (основные) и гранитные (кислые, риоли­

товые).

Основные лавы, обедненные кремнеземом, имеют жидкую

консистенцию, они подвижны, свободно текут. При их застыва­ нии на поверхности образуется корочка, под которой происхо­

дит дальнейшее движение жидкости. Образующиеся из базаль­

товых лав породы ю1еют темную окраску, значительную плот­

ность. Кислые лавы обогащены кремнеземом. Они сравнительно

легкие, вязкие, малоподвижные, содержат большое количество

газов, остывают медленно. Образующиеся породы окрашены

в светлые тона, имеют меньшую, чем основные лавы, плотность.

Формирующиеся из лав на поверхности Земли эффузивные

горные породы образуют тела различной формы: купола, по­

токи, покровы (см. гл. 2, § 2, 3).

Твердые продукты извержения включают в себя вулканиче­

ские бомбы, лапилли, вулканический песок и пепел. В момент

извержения они вылетают из кратера вулкана со скоростью

500-600 м/с.

Вулканические бомбыкрупные куски затверд~вшей лавы

размером в поперечнике от нескольких сантиметров до 1 м и

более. Они образуются при взрывном (эксплозивном) изверже­ нии, которое происходит при быстром выделении нз магмы содержащихся в ней газов. При этом охлажденный поверхност­

ный слой магмы разрушается, давая материал для вулканиче­

ских бомб. Одновременно газы захватывают и некоторое коли­ чество жидкой лавы, начальная температура которой еще до­ статочно высока. В зависимости от этого бомбы бывают двух

166

катеtорий. К первой относятся бомбы, возникшие из более вяз­

кой и менее насыщенной газами лавы верхнего охлажденного слоя. Они остывают быстрее, накрываются корочкой закалива­

ния н сохраняют свою обычно правильную форму даже при

ударе о землю. Внутренняя структура этих бомб мелкопори­ стая. Бомбы второй категории формируются из более жидкой

и более насыщенной газами лавы. Во время полета они приоб­

ретают самые причудливые формы, дополнительно усложняю­

щисся при ударе. о землю. Эти бомбы имеют неправильную форму, у них отсутствует корочка закаливания; внутренняя структура более крупнопористая. Бомбы второй категории ча­ сто выделяют как шлаковые бомбы. Внешняя форма вулкани­ ческих бомб зависит также и от состава лавы: кислые лавы дают бомбы неправильных очертаний; основныеокруглых и

скрученных форм.

Лапилли (лат.- камешек)- сравнительно мелкие обломки

шлака величиной 1,5-3 см. Как и вулканические бомбы, они имеют разнообразные формы. Вулканический песок состоит из

сравнительно мелких частиц лавы (в пределах 0,5 см). Еще

более мелкие обломки, размером от 1 мм и менее, образует вулканический пепел. Оседая на склонах вулкана или на неко­

тором расстоянии от него, пепел уплотняется и образуются

вулканические туфы. Сцементированные лавой твердые про­

дукты извержения вулкана различного размера формируют

вулканическую брекчию. Совокупность твердых продуктов из­

вержения вулканов выделяют в качестве пирокластических

пород.

Извержение вулканов протекает различно и зависит от хи­

мического состава, физических свойств лавы, продуктов извер­ жения. При выделении типов извержения за основу берут ха­ рактерное извержение какого-либо конкретного вулкана с при­ сущими ему особенностями. Выделяют извержения следующих

типов: маар, кракатау, пеле, везувианский, стромболианский и

гавайский.

Извержения типа маар происходили в прошлые геологиче­

ские эпохи. Они отличались сильными газовыми взрывами, вы­

брасывалось значительное количество газообразных и твердых продуктов. Излияния лавы не nроисходило. В результате воз­

никали воронки взрыва диаметром от сотен метров до несколь­

ких километров. Эти углубления иногда окружены невысоким

валом из выброшенных продуктов, среди которых встречаются

обломки лав.

Близки .к маарам трубки взрывадuатре.мы. Они известны

в Сибири, в Индии, в Южной Африке и в других местах. Это

цилиндрические трубки, вертикально перссекающие пласты и

заканчивающиеся воронкообразным расширением. Диатремы

заполнены брекчиейпородой с обломками сланцев и nесча-

167

ников. Брекчии алмазоносны, из них производится промышлен­

ная добыча алмазов.

В качестве эталона типа кракатау взято ювержение в 1883 г.

одноименного вулкана между острова,>vш Суматра и Ява. Из­

вержению предшествовали значительные подземные толчки, ко­

торые наблюдались и во время самого извержения, сопровож­

дающеrося сильными взрывами и выбросом колоссального ко­ личества газов и вулканического пепла. Общее количество

изверженного материала оценивается в 20 км3 . Лава не излива­ лась. Пепла было так много, что палубы кораблей, находив­ шихся в океане на расстоянии 100-200 км от вулкана, покры­

лись за незначительное время слоем пепла толщиной до 1,5 м.

Мельчайший вулканический пепел был поднят на высоту 60-

80 км .и в течение 3 лет после извержения находился в верхних слоях атмосферы. Звук взрыва был слышен в Австралии (за 5 тыс. км от ву.1кана), а взрывная волна трижды обежала пла­ нету. Вызванные землетрясением морские волныцунами вы­ сотой 40 м обрушились на соседние острова. В результате взрыва остров был полностью уничтожен, и на его месте обра­ зовалась огромная воронка диаметром 6 км и глубиной 200-

300 м. Извержения типа кракатау наблюдались у вулканов о-ва Ява, п-ава Аляски, в Японии. К этому же типу можно от­

нести извержения вулкана Ксудач на Камчатке (февраль,

1907 г.).

Отсутствие лавы у вулканов типа маар и кракатау и вы­

бросы огромного количества газов и пепла объясняются очень

кислым составом магмы, которая в силу большой вязкости за­

купоривает жерло вулкана и приводит к взрывам.

Перед извержением наблюдались подземные толчки, а само из­

вержение сопровождалось сильными взрывами и выбросами

больших масс вулканического пепла. В конце извержения по­

явилась чрезвычайно вязкая кислая лава, которая не разлилась по склонам вулкана, а выступила вверх в виде иглы-обелиска

высотой 400 м; в дальнейшем, примерно через год, она разру­ шилась. Образовавшаяся «пробка» закупорила отверстие под­

водящего канала. Перегретый водяной пар и другие газы пе­

риодически вырывзлись из-под нее, увлекая вмес;те с собой горячие, насыщенные пеплом палящие тучи температурой 600 ос. Обладая большей плотностью, чем воздух, горячее пеп­

лавое облако сползло вниз по склону горы в долину, где унич­

тожило г. Сен-Пьер.

Везувианекий тип выделен по извержению вулкана Везувия, отчасти Этны и Булькано (Средиземное море). Извержению

предшествуют подземные толчки, оно сопровождается взры­

вами газов, выбросами большого количества пепла и сильными

168

ливнями, которые вызывают исключительные по силе и гранди­

озности грязевые потоки. Изливающаяся лава имеет средний

состав и стекает по склону горы со скоростью 7 км/ч.

Эталоном стромболuанского типа являются извержения вул­

кана Стромболи в Средиземном море. Они характеризуются

излиянием довольно жидкой и легкоплавкой лавы более основ­

ного состава, чем лава вулканов везувианекого типа. В ней со­

держится значительное количество газов, поэтому извержения

сопровождаются сильными взрывами, подземными толчками,

выбросом вулканических бомб и лапиллей. Извержения подоб­ ного типа наблюдаются у вулкана Ицалько в Центральной

Америке, у ряда вулканов Камчатки (Ключевской, Толбачек

и др.).

Извержения гавайского типа характерны для вулканов Га­

вайских о-в (Мауна-Лоа и Килауэа). Вулканические горы

имеют пологие склоны; их конуса сложены слоями остывшей

лавы. В- кратере действующих гавайских вулканов находится

жидкая лава основного состава с очень небольшим содержа­

нием газов. Само извержение происходит следующИI\1 образом:

уровень лавы в кратере начинает спокойно, почти без толчков

ивзрывов, подниматься и доходит до его края, затем лава пе­

реливается через край и, имея весьма жидкую консистенцию,

со скоростью до 30 км/ч стекает по склонам вулкана. Периоди­ ческие извержения вулканов Гавайских островов приводят

к постепенному увеличению их объема за счет наращивания

склонов застывшей лавой. Так, объем вулкана Мауна-Лоа до­ стигает 21 · 103 км3 ; он больше, чем объем любого из известных

вулканов на земном шаре. По гавайскому типу происходит из­

вержение вулканов на о-вах Самоа, в восточной части Африки

В настоящее время на земном шаре выявлено свыше 4 тыс. вулканов. К действующим, согласно А. С. Монину, отнесено 808 вулканов, для 569 из них зарегистрированы даты изверже­ ния. Много действующих вулканов расположено на дне Миро­

вого океана, однако их учет и изучение еще не завершены.

Обычно деятельность вулкана продолжается 10-15 тыс. лет,

потом он переходит в разряд потухших. Действующие вулканы,

извержение которых происходило на памяти человечества, рас­

пределены на нашей планете неравномерно. Они приурочены к тектонически активным поясам, где и происходит большин­

ство землетрясений. Области развития вулканов характеризу­

ются сравнительно большой раздробленностью литосферы, аномально высоким тепловым потоком (в 3-4 раза больше фо­

новых значений), nовышенными магнитными аНО\1алиями, воз­

растанием теплопроводности горных пород с глубиной. К обла­

стям вулканизма nриурочено свыше 95% известных ювениль­ I-:!ЫХ источников термальных вод типа гейзеров.

)69

Наибольшее количество действующих вулканов (около

60%) сосредоточено по побережью Тихого океана. Эта вулка­

ническая область получила название Тихоокеанского огненного кольца. В Альпийско-Гималайском широтном поясе располо­ жено более 23 % действующих вулканов; чуть больше 2 % их в Восточной Африке. Остальное количество действующих вул­ канов зарегистрировано в районе Атлантического океана, при­ '!ем наиболее крупные из них находятся на о-ве Исландия.

В распределении вулканов на поверхности земного шара

наблюдают еще одну закономерность. Выражается она в том, что в пределах океана вулканы имеют только базальтовую

лаву, а на островных дугах и на континентах лава может

иметь базальтовый, андезитавый и риалитовый состав. Линия,

разделяющая эти площади с различным типом магматизма,

получила название андезитовой.

Конечным продуктом эффузивного магматизма является об­ разование магматических пород эффузивного типа. Их харак­ теристику и условия залегания см. в гл. 2, § 2, 3.

Вопросы для самопроверки

1.Что понимается под магмой? Ее типы.

2.Охарактеризуйте химический состав магмы.

3.Состав и условия образования базальтовых магм.

6.Напишите бинарный реакционный ряд.

7.Что понимается под дифференциацией магмы?

1О. Объясните процесс ассимпляцнн н гибридизации магмы.

11.Что понrrмается под rштрузивиым м::~гмапrзмом?

12.Какие интрузивные горные породы Вам известны? Приведите их

классификацию.

13.Нарисуйте схему форм залегания интрузивных пород.

14.Объясните как проявляется эффузнвный магматизм трещинного типа?

Где ои проявляется в настоящее время?

15. Что понимается под траппами? Попробуйте нарисовать схему зале­

гания траппов.

16.Охарактеризуйте эффузивный магматизм центрального типа.

17.От чего зависит высота _вулканических гор? Чему равняется высота

вулкана, если литосфера имеет мощность 30 км, а nлотностной коэффициент равен 0,2; О, 1?

18. Нарисуйте схему строения вулкана. Покажите на ней магматические

о·1а ги, жерло, конус.

19.Как образуется кальдера?

20.Что такое фумаролы? Их типы.

21. Охарактеризуйте жидкие продукты извержения вулканов.

22. Какие твердые продукты извержения вулканов Вам иэвестиы?

23.Какие типы извержения вулканов Вам известиы?

24.От чего эавнсrп характер извержения вулкаиа?

170