Эффузивный магматизм (вулканизм)

В результате эффузивного магматизма в биосферу поставляется огромное количество вещества из недр планеты в виде расплава (лавы), твердых частиц, водных растворов и газов. На поверхности Земли (на суше и под водой) формируются вулканы — обычно положительные формы рельефа (горы, холмы), высотой до 5-10 км, сложенные продуктами вулканических извержений – излившимися и пирокластическими горными породами.

Например, вулканическая постройка двух рядом расположенных вулканов на Гавайских островах (рис. ) объемом более 21 тыс. км³, сложена застывшими лавовыми потоками базальтового состава. Во время извержений лава свободно стекает по пологим склонам. Примерно на уровне основания вулканов расположены вторичные магматические очаги. Первичные – зона образования магмы, расположены на глубине около 50 км в астеносфере. Вершина вулкана Мауна-Лоа имеет абсолютную высоту 4500 м, а глубина океана здесь около 5300 м. Общая высота около 10 км. На вершине вулканов расположены кратеры - впадины в виде чаши или воронки, через которую выбрасывается вулканический материал. Подводящий канал, соединяющий магматический очаг с кратером, называется жерлом вулкана. Диаметр кратеров от нескольких сотен метров до 1-2 км (у небольших вулканов иногда всего несколько метров), на вершине Мауна-Лоа 3х6 км (высота стенок до 200м). Крупные впадины (10-15 и более километров, глубиной до 1000м) называют кальдерами. Обычно они образуются после извержения вулкана вследствие провала его вершины, иногда и прилегающей местности, в освободившуюся магматическую камеру. Но они могут формироваться и в результате вулканического взрыва, и тогда это просто кратер гигантских размеров.

Рис. Схема строения вулканов Мауна-Лоа и Килауэ на Гавайских островах

Классификация вулканов возможна по разным признакам. Всем известно их разделение на действующие и потухшие. Действующими считают вулканы, извержения которых сохранились в памяти человека. Это разделение довольно условно. Например, извержение Везувия в 79 г н.э., было неожиданным для местного населения, поскольку отсутствовали воспоминания о предыдущей его активности. В 1961г произошло извержение вулкана на острове Тристан в южной Атлантике. Предшествующее извержение по геологическим данным было 18 млн. лет тому назад. В настоящее время на суше насчитывается около 600 действующих вулканов, под водой - около 100. Количество потухших вулканов на материках примерно 4000. На дне океанов их больше - только в Тихом океане около 10 000.

По строению магмоподводящего канала различают вулканы центрального типа – извержение происходит из одного центра – подводящий канал изометричной формы. У вулканов трещинного типа извержение происходит из трещин, без отдельных четко выраженных центров (иногда также из нескольких близко расположенных на одной линии точек). В историческое время известно лишь одно извержение такого типа. В 1783 в Исландии вдоль трещины, протяженностью около 30 км, поступило около12 км³ лавы и образовался лавовый покров, площадью более 600 км². В истории Земли трещинные излияния происходили в очень крупных масштабах. Они занимали площадь от 300-500 до 1,5 млн. км² (плато Декан в Индии, Колумбийское плато, Восточно-Сибирское плоскогорье) при мощности покровов 1500-1800м.

Среди вулканов центрального типа различают моногенные (однократного действия) и полигенные вулканы, последние собственно и воспринимаются как типичные вулканы. К однократным вулканам относятся так называемые трубки взрыва (в которых в частности, находят алмазы). Трубки взрыва представляют собой вертикальные каналы, диаметром десятки, сотни, иногда тысячи метров. Они прослеживаются на большую глубину, стенки их бывают исключительно ровными (как «бритвой вырезанные»). Конусообразной постройки над каналом нет, в иногда наблюдается небольшой вал, состоящий из обломков горных пород. Образование таких вулканов связывают с однократным выбросом магматических газов – это взрывные вулканы. В алмазоносных трубках встречаются обломки пород с глубины до 100 км. На поверхности это часто не гора, а озеро, глубиной в некоторых случаях до нескольких сотен метров.

Важное практическое значение имеет классификация вулканов по характеру извержений. В результате их деятельности на поверхности оказывается жидкое расплавленное вещество (лава), выделяются газы, а также выбрасывается пирокластический материал = тефра - твердые обломки (от вулканических глыб до вулканического пепла). Особенности этих веществ, а также их соотношение и определяют характер извержений. В целом для Земли суммарный объем вулканических газов во много раз больше, чем пирокластов, а твердого материала примерно в шесть раз больше, чем лавы.

Жидкие высокотемпературные (1200⁰С) базальтовые лавы сравнительно быстро текут по склонам вулканов - со скоростью до нескольких километров в час, в отдельных случая - до 40-50 км/час. Длина потоков мо­жет достигать 100 км. При охлаждении лава покрывается застывшей коркой, под которой долго остается жидкая лава, поэтому возникают "заторы", лава прорывает эту корку, вызывая нагромождение лавы в виде валов, бугров и т.п.

Более холодные (600-800°С) лавы кислого состава вязкие, малоподвижные, они скапливаются вблизи кратера вулкана, образуют своеобразные "пробки" закупоривающие жерла, и застывают в виде куполов, обелисков. Средние лавы, в зависимости от особенностей состава приближаются по свойствам то к основным, то к кислым лавам.

Второй продукт вулканических извержений - газы. Вулканы всегда "дымят" – выделение газов продолжается и после окончания извержений. Они на 60-90% состоят из водяного пара. Высокотемпературные (до 1000°С) газы начальных этапов имеют наиболее разнообразный химический состав (HCl, HF, NH₃, SO₂, H₂S, CO, CO₂, NH₄Cl, H₂ и др), а на заключитель­ных этапах выделяются низкотемпературные (менее 100°С) с преобладанием CO₂.

Количество твердых веществ, которые образуются из этих газов огромно. Например, в т.н. долине "десяти тысяч дымов" на Аляске после извержения 1912 г ежегодно образовывалось миллион с четвертью тонн HCl и 200 тыс т HF; ежесекундно выделялось 23 тыс. м³ водяного пара. В Италии вблизи г.Лардерелло из возгонов ежегодно добывают тысячи тонн борной кислоты, буры, аммиачных солей и других соедине­ний.

Третий вид продуктов извержений вулканов - пирокластический материал = тефра. По размеру среди обломков различают вулканический пепел (частицы менее 0,1 мм), вулканический песок (0,1- 2 мм), лапилли (2-50 мм). Часто в пепел включают и частицы песчаного размера. Обломки крупнее 50 мм называют вулканическими бомбами (застывшие в воздухе куски лавы) или вулканическими глыбами (выброшенные взрывом обломки твер­дых пород).

Пирокластический материал поднимается вверх на большую высоту - вулканические бомбы до 1000 м, вулканический пепел - до нескольких десятков км. Если происходит цементация (или спекание) рыхлой (сыпучей) тефры, то образуются вулканические туфы и другие пирокластические породы. Максимальный объем твердых продуктов за время одного извержения оценивается в 150 км³ (вулкан Тамбора в Индо­незии, 1815 г.).

По характеру извержений, которые обусловлены и проявляются различным соотношением продуктов извержений можно выделить три основных типа.

• Эффузивные вулканы - со спокойным характером извержений, при которых происходит преимущественно излияние лавы.

• Эксплозивные вулканы (взрывные) - при извержении преобладают газы и пирокласты.

• Смешанные вулканы – при извержении чередуются вулканические взрывы с излиянием лавы.

Характерным представителем эффузивных (лавовых) вулканов являются вулканы Гавайских островов. Это самые зрелищные и относительно безопасные для местного населения вулканы. Как правило, они имеют большие размеры, у них пологие склоны, сложенные застывшей лавой предыдущих извержений. На вершине расположен крупный кратер или кальдера, у действующих вулканах заполненные «кипящей» высокотемпературной (1200⁰С) легкоподвижной лавой базальтового состава. (Кипение – это результат выделение газовых пузырей). При выбросе газов лава образует фонтаны, высотой в сотни метров. Когда кратер переполняется лавой, она через понижения в стенках кратеравытекает, как правило, со сравнитель­но небольшой скоростью. Крупных газовых взрывов не бывает, поэтому пирокластический материал практически отсутствует.

Вулкан Кракатау (Зондский архипелаг) взрывного типа. Одно из крупнейших в истории извержений произошло в 1883 г. До этого вулкан бездействовал 2 века. После серии взрывов умеренной силы (в течение нескольких месяцев) произошло два мощных взрыва, при которых пепел был выброшен на высоту 27 км, и выпадал в радиусе 160 км. Пирокластический материал относился группе кислых пород – содержал более 65% Si0₂. На следующий день произошел самый мощный взрыв, который был слышен на другой стороне Индийского океана на расстоянии 4000-5000 км. Облако пепла поднялось на высоту 80 км. Две трети острова исчезли. На месте вулкана образовалась подводная кальдера площадью более 45 км². Кроме взрывной волны и падающих обломков поражающим фактором таких извержений являются так называемые «палящие тучи» - раскаленная газово-пепловая масса с температурой до 700⁰С, распространяющаяся со скоростью 120 км/час (33,3 м\сек). Во время извержения в 1902 году вулкана Мон-Пеле (Малые Антильские острова). на пути такой тучи оказался г. Сен-Пьер, расположенный в 6 км от вулкана. Все 30 000 жителей погибли за 1 минуту.

Вулканы смешанного типа отличаются большим разнообразием характера и продуктов извержений, а также строением вулканического аппарата. Примером являются Этна и Везувий в Италии. Лавы этих вулканов обычно андезитового состава. Часто они представлены переходными разновидностями к основным или кислым расплавам. Лавы (температурой 800-1000⁰С), насыщены газами, обладают относительно большой вязкостью, малоподвижны. С поверхности быстро покрываются застывшей коркой, закупоривающей отверстие подводящего канала. Под такое пробкой создается значительное давление газов, приводящее к взрывам, во время которых выбрасывается большое количество пирокластического материала. Лава образует отдельные малоподвижные потоки. На Везувии лава движется в начале со скоростью 1 м/сек (3,6 км/час), затем она уменьшается до несколько метров в минуту и менее. Длина лавовых потоков лишь иногда превышает первые километры. Часто образуются побочные (паразитические) кратеры - когда лава закупоривает основной кратер, расплав находит другой путь на поверхность. К этому типу относится большинство вулканов Камчатки (Ключевская сопка и другие).

В рельефе вулканы этого типа обычно представляют собой усеченные конусы более или менее правильной формы, со склонами крутизной 30-40⁰. Они сложены сложным чередованием наклонных слоев застывшей лавы и пирокластического материала – вулканического туфа.

На поверхности Земли вулканы распространены неравномерно.

Тихоокеанская область – «кольцо» вулканов, окружающих Тихий океан. В Западной части океана - это Камчатка (129 вулканов, 28 действующих), Курильские острова (40 действующих вулканов), Япония (184 вулкана, 55 действующих), далее Тайвань, Филиппины, Новая Гвинея, Новая Зеландия, Антарктида (действующий вулкан Эребус). На западном побережье океана это южноамериканские Анды (несколько сотен вулканов), Центральная Америка (несколько постоянно действующих вулканов), североамериканские Кордильеры (12 действующих вулканов). Здесь характерны лавы среднего состава (андезит) и извержения смешанного типа.

Вторая область – субширотная - Средиземноморско-Индонезийская. Аппенинский и Балканский полуострова, Малая Азия, Кавказ, Зондский архипелаг. Извержения взрывного и смешанного типов.

Третья - Восточно-африканская субмеридиональная область протяженностью более 3,5 тыс. км – вулканы смешанного типа.

Вулканы в океанах (подводные и надводные) приурочены к рифтовым зонам срединно-океанических хребтов (например, Исландия, Азорские острова в Атлантическом океане). Вулканы лавовые (базальтового состава), в том числе трещинного типа. Второй разновидностью являются «островные» вулканы (в том числе и подводные). Они расположена в пределах ложа океана. Многие острова в Тихом (Гавайские), Атлантическом (Канарские, Зеленого Мыса, Мадейра), Индийском (Коморские) океанах имеют вулканическое происхождение. Обычно это лавовые вулканы.

Вулканы приурочены к подвижным зонам земной коры, с активными тектоническими движениями. Для «островных» океанических вулканов, расположенных на океанском дне) устанавливается связь с так называемыми «горячими точками» стабильными источниками повышенного теплового потока, расположенными в мантии.