Глава 15 МАГМАТИЗМ 3 страница

Рис. 15.22. Образец игиимбрита. Обращают на себя внимание фьямме черного стекла и туфовая природа основной массы

Последние возникают в случае особого типа извержений (рис. 15.23), когда газ, насыщающий кислую машу, на некотором уровне от поверхности в жерле подводящего канала начинает быстро отделяться от расплава, резко увеличиваясь в объеме. Наконец наступает стадия взрыва, и газ вместе с разорванной на мельчайщие частички магмой, являющиеся лишь перего­родками между стремительно расширяющимися пузырьками и обломками вкрапленников, вырывается на поверхность. Все частицы пенловой размер­ности и капли расплава окружены раскаленной газовой оболочкой и поддер­живаются во взвешенном состоянии давлением газа, по силе равным весу частиц или превышающим его. Такая высоконагретая масса ввиду очень малого трения ведет себя как жидкость и скатывается при малейшем уклоне рельефа от места извержения (рис. 15.24). Когда движение пеплового потока прекращается, масса оседает, газ улетучивается и еще высоконагретые пеп- ловые частицы под собственным весом спекаются и свариваются, в основании потока даже до обсидианоподобных пород. Потоки могут поступать непре­рывно один за другим или через какое-то время, и тогда образуются мощные игнимбритовые толщи со столбчатой отдельностью. Дело осложняется тем, что люди подобные извержения не наблюдали, хотя примеры совсем моло­дых потоков известны.

^ п Рис. 15.23. Схема, показывающая различия при извержении пеплового потока (А) и обычного эксплозивного (пеплового) извержения (Б) (по А. Риттману): 1— магма, насыщенная или не насыщенная газом; 2 — при понижении давления магма стано­вится насыщенной газом; 3 — зона образования пузырьков; 4 — зона с обильным газом, образующим самостоятельную фазу; УВ — уровень взрыва

7777777?? Рис. 15.24. Извержение пеплового потока, распространяющегося на большие расстояния при минимальном уклоне местности. Достигнув моря, некоторое время поток движется по его поверхности и по дну. Благодаря высокой температуре происходят фреатические взрывы. Из пеплового потока образуются игнимбриты — спекшиеся пеплы

Великолепные риолитовые игнимбриты возрастом около 2 млн лет, залегающие в глубокой кальдере в верховьях р. Чегем на Северном Кав­казе, имеют мощность более 2 км, а пепловые потоки распространялись к северу почти на 100 км. Огромные поля риолитовых игнимбритов миоценового возраста известны в Провинции хребтов и бассейнов в штате Невада в США, в Новой Зеландии, в Андах Южной Америки и в других местах.

Существуют потоки риолитов и дацитов, выполняющие древние реч­ные долины и стекающие со склонов, но обладающие всеми признаками пепловых потоков. Такие игнимбриты не являются результатом спекания пепловых частиц, а сформировались за счет неравномерной расслоенности или даже в результате ликвации кислых расплавов. Подобные породы по- зднечетвертичного возраста известны по западному склону Эльбруса на Кавказе, в Армении, в Кении (Восточная Африка), на Камчатке и в других местах (рис. 15.25).

Среди вулканогенных образований нужно отметить вулканические грязевые потоки, или лахары (индонез.), отличающиеся отсутствием сортировки и материалом огромных объемов в несколько кубических километров. Лахары бывают холодными и горячими.

Во время извержений над вулканом часто идут дожди, и вода, сме­шиваясь с горячей тефрой, грязекаменным потоком устремляется вниз по склону. Под таким потоком в 79 г. н. э. был погребен г. Геркуланум, расположенный на берегу Неаполитанского залива у западного подно­жия Везувия. Гигантское поле древних грязекаменных вулканических потоков известно в Калифорнии в Сьерра-Неваде, где их объем оцени­вается в 8400 км³ при площади 31 тыс. км².

15.5. ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ПОСТРОЙКИ

Вулканические постройки подразделяются на простые и сложные (рис. 15.26).

Простые, или моногенные, постройки представлены относительно небольшими вулканическими конусами разного генезиса, сформиро­вавшимися за одно или несколько извержений. Наиболее распростра­ненные из них — это шлаковые конусы, на вершине которых находится кратер (чашевидное углубление) (рис. 15.27). Подобные вулканы обра­зуются при выбросе обломков во время эксплозивных извержений, и угол склона таких конусов чаще всего 30°, т. е. близок к углу естествен­ного откоса сыпучих тел. Высота конусов достигает 500 м. Так, шлако­вый конус вулкана Парикутин, в Мексике, возникший в 1944 г., за год достиг высоты 400 м. Шлаковые конусы могут быть «нанизаны» на одну магмоподводящую трещину, как, например, в 1975 г. на Камчатке при

^Р"^С- ¹⁵'²п, ^{Ретультаг} действия гряэе каменного потока (лахара) при навепжвшш вулкана Шивелуч в апреле 1991 г. (Камчатка). Расстояние от вул^ГЛ о-й Г

(фото Н. П. Смелова)

Рис. 15.26. Типы вулканов: 1 — стратовулкан (слоистый полигенный вулкан), чередование лав (черное) и туфов (штрихи); 2 — шлаковый вулкан (моногенный); 3 — щитовой лавовый вулкан

10 км

Неоднократные извержения базальтовой жидкой лавы создают во­круг центра излияния пологий, но обширный лавовый конус, который может превратиться в щитовой вулкан, столь характерный для районов базальтовых излияний: в Исландии, в Каскадных горах США, на Га­вайских островах. Сложные полигенные вулканические постройки состоят из кону­сов, образованных потоками лавы и толщами тефры, и называются стра- товулканами (лат. stratum — слой) (рис. 15.29). Образуются они при чередовании эффузивных и эксплозивных извержений, при которых лавовые потоки и покровы тефры неравномерно наслаиваются на скло­ны растущего вулкана, нередко создавая правильные, изящные конусы,

извержениях около вулкана Плоский Толбачик (рис. 15.28). Подобных конусов много на острове Гавайи. Иногда возникают конусы разбрызги­вания, когда хлопья жидкой лавы шлепаются около жерла и постепенно образуют конусовидный небольшой вулкан. Существуют также пепло- вые конусы.

Рис. 15.27. Ключевская группа вулканов на Камчатке (фото В. А. Подтабачного). Хорошо видны побочные шлаковые конусы — результат эксплозивных извержений

Рис. 15.28. Северный прорыв Толбачинского извержения на Камчатке в 1975 г. (фото В. П. Подтабачного). Извержение происходит из второго шлакового конуса

такие как у вулкана Фудзияма в Японии, Кроноцкого и Ключевского вулканов, вулканов на Камчатке или вулкана Майон на Филиппинах. Высота стратовулканов достигает 3-4 км, считая от основания. На вер­шине вулкана располагается кратер, в донной части которого находит­ся жерло — выводное отверстие подводящего канала (рис. 15.30).

Сам вулканический конус состоит из чередующихся толщ лав и различной тефры, в которую на разных уровнях могут внедряться пла­стовые интрузивы — силлы или появляться боковые подводящие кана­лы, открывающиеся на склонах, где возникают побочные кратеры. Фор­мирование новых подводящих каналов происходит после длительного периода покоя вулкана, и магме чегче пробить новый путь наверх, неже­ли следовать по старому закупоренному каналу. Так возникают новые жерла и новые кратеры, которые нередко оказываются вложенными друг

Рис. 15.29. Схема строения стратовулкана. 1, 2, 3 — разные вулканические толщи, образующие конус вулкана; 4 — молодой вулканический конус, выросший после взрыв­ного извержения и образования кальдеры; 5 — широкое жерло, образовавшееся во время взрыва; 6 — край кальдеры; 7 — молодые лавовые потоки; 8 — близповерхностный магматический очаг; 9 — молодой вулканический канал, заканчивающийся кратером

v Рис. 15.30. Стадии изменения кратера Ключевского вулкана с 1936 по 1966 г. (по Н. Т. Кирсанову и А. М. Рожкову)

в друга. При формировании вулкана нередко образуются радиальные и кольцевые трещины, также заполняющиеся магмой и формирующие новые побочные кратеры.

Системы трещин возникают в результате оседания вулкана при пе­рераспределении масс, когда из близноверхностного магматического очага магма выносится наверх и в очаге создается недостаток массы, в то время как на поверхности — избыток.

В результате мощных эксплозий вершинная часть стратовулкана мо­жет быть уничтожена, и тогда образуется обширная и глубокая округлая котловина — кальдера диаметром от нескольких сотен метров до несколь­ких километров. Это так называемые кальдеры взрыва (рис. 15.31). Но существуют и кальдеры провала, которые образуются в результате оседа­ния вершинной части вулкана по кольцевым разломам, т. к. в магматическом очаге под вулканом ощущается недостаток расплава. Известны очень боль­шие кальдеры, например Тимбер-Маунтин в Неваде, США, с диамет­ром до 32 км, Ла-Гарита в горах Сан-Хуан, Колорадо, — около 50 км, Асо, Япония, — 20 км, Санторин в Эгейском море в Кикладской ост­ровной дуге — 14 км и т. д. Часть кальдер образуется в результате обрушения беспорядочно ориентированных частей вулканической пост­ройки, а часть — в результате оседания по кольцевым разломам всего массива вулкана. Иногда кальдеры бывают вложенными одна в другую,

Рис. 15.31. Типы кальдер. А — кальдера, образовавшаяся в результате взрыва верх­ней части вулкана и частичного проседания; Б — кальдера обрушения, сформировав­шаяся при разгрузке магматического очага и проседании субстрата

Рис. 15.32. Небольшие кальдеры и вложенные в них кратеры и маленькие вулканы

Кальдеры очень характерны для полей кислых игнимбритов, порождае­мых пепловыми потоками, возникающими во время мощных эксплозивных извержений. Классическим примером такой кальдеры глубиной 2,5 км яв­ляется Верхнечегемская на Северном Кавказе (рис. 15.33). Впечатляющая кальдера вулкана Санторин в Эгейском море образовалась в 1547 г. до н. э. в результате грандиозных, в основном эксплозивных, пемзовых извержений вулкана, после которых сохранились лишь его части, образу­ющие гирлянду островов вокруг кальдеры диаметром почти 14 км (рис. 15.34). Глубина моря внутри кальдеры составляет несколько сот мет­ров, а в ее центре впоследствии вырос новый вулкан, вернее, два: Палео- и Неокамени, последнее извержение которого было в 1957 г. От взрыва на краях кальдеры сохранился пласт пемзы мощностью до 100 м. Именно под ним греческим археологом С. Маринатосом в 60-е гг. XX в. был обна­ружен древний город — Акротири. Предполагается, что извержение Сан- торина погубило минойскую цивилизацию, а исчезновение большого ост­рова иногда связывают с легендой об Атлантиде. Нередко в кальдере начинает вновь расти куполовидное поднятие, возникают отдельные вул­канические конусы. Такие кальдеры называются возрожденными.

Следует отметить, что отток магмы из близповерхностного очага может вызвать опускание территории, намного превышающей по размерам вулка­ническую постройку. Такие впадины называются вулканотектоническими.

15-20 км

Г E П /10

Рис. 15.33. Образование вулканотектонической впадины (вне масштаба): 1 — вмещающие породы; 2 — магматический очаг; 3 — игнимбриты; 4 — подошва игнимбритов; 5 — опущенные блоки

й

Рис. 15.34. Формирование кальдеры Санторина. 1 — вулкан Стронгили до изверже­ния в XV в. до н. э.; 2 — извержение в середине XV в. до н. э. и образование пласта пемзы 50-100 м мощностью (заштрихован); 3 — проседание части вулкана и образо­вание кальдеры диаметром 16-18 км и глубиной 0,5 км; 4 — формирование нового вулкана в центре кальдеры, последние извержения которого были в 1957 г.

о

Риолиты со столбчатой отдельностью

Обсидиановая брекчия

Рис. 15.35. Экструзивный купол миоценовых риолитов. Берегово, Закарпатье. В риолитах хорошо выражена столбчатая отдельность, а по краям купола — шлейф из обломков черных обсидианов

Рис. 15.36. Рост экструзивного купола в кальдере вулкана Шивелуч. Камчатка, 1993 г. (фото Н. П. Смелова)

26. 984

Если маша очень вязкая, например риолитового состава или даци- тового, то при извержении она выдавливается из подводящего канала, как паста из тюбика, и не может образовывать лавовых потоков. В этом случае формируется экструзивный купол, по краям которого располага­ется вулканическая брекчия из обломков пород купола (рис. 15.35). Экструзивные купола нередко вырастают в кальдерах или крупных кратерах после эксплозивных извержений (рис. 15.36, 15.37).

Рис. 15.37. Экструзивный купол, выросший в кальдере вулкана Безымянный (Камчатка) после катастрофического извержения в 1956 г. (фото Г. Е. Богоявленской)

15.6. ТИПЫ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ

Вулканические извержения разнообразны (см. рис. 27-32 на цвет­ной вклейке). В одних случаях жидкая магма спокойно переливает­ся через край кратера, в других — с огромной силой вырывается из жерла, в третьих — распыляется газами с образованием туфов и пеплов (рис. 15.38-15.41).

Тип извержений зависит от состава и газонасыщенности магмы. Чем больше в ней оксида кремнезема, тем она более вязкая, густая и содержит большее количество газов. Именно такая магма и будет взры­ваться сильнее всего. В зависимости от характера извержений выделя­ют различные их типы. Названы они чаще по вулканам, в которых какая-либо из черт его активности выражена ярче всего.

Гавайский тип извержения — это относительно слабые выбросы очень жидкой базальтовой лавы, образующей невысокие фонтаны, боль­шие пузыри и тонкие, обширные покровы лавовых потоков, наслаива­ющихся один на другой, образующих крупные, но плоские щитовые вулканы. Благодаря тому что извержения сопровождаются фонтаниро­ванием лавы, ее разбрызгиванием, образуются валы и пологие конусы,

Рис. 15.38. Излияние лавы из кратера Авачинского вулкана в январе 1991 г. (Камчатка). На заднем плане вулкан Корякский (фото В. А. Подтабачного)

Рис. 15.39. Авачинский вулкан. Видны два лавовых потока и грязекаменные потоки (лахары) в долине (фото В. А. Подтабачного)

Рис. 15.41. Грандиозное эксплозивное извержение вулкана Шивелуч в апреле 1991 г. (Камчатка). Высота пепловых туч — 9-10 км (фото Н. П. Смелова)

образованные хлопьями жидких базальтов. Наиболее характерными типами извержений такого рода обладают вулканы Гавайских остро­вов в Тихом океане — Килауэа, Мауна-Лоа, Мауна-Кеа, Халемаумау и другие. Извержения обычно происходят из открытых жерл спокой­но, изредка сопровождаясь слабыми взрывами.

Извержения покровных базальтов, или трещинного типа, отлича­ются очень большими объемами излившихся лав и слабой взрывной деятельностью. Как правило, извержения начинаются из протяженных трещин и объем разлившихся лав может достигать десятков кубичес­ких километров, а площадь — сотен квадратных километров. Характер излияния лав спокойный, сопровождающийся слабым фонтанировани­ем жидкой магмы, отчего над трещиной образуется как бы огненная завеса, как, например, часто бывает в Исландии. По мере развития из­вержений трещина постепенно закупоривается, излияния идут на убыль и сосредоточиваются в многочисленных, а потом все более редких от­дельных жерлах (рис. 15.42).

Б Рис. 15.42. Вулканы трещинного (А) и щитового центрального (Б) типов

Самое знаменитое извержение покровных базальтов произошло в Исландии в 1783 г. из трещины Лаки длиной около 25 км. Базальты покрыли площадь почти в 600 км², а их объем достиг 12 км³. В конце вулканической активности вдоль трещины образовалось более 100 шла­ковых конусов, в несколько десятков метров высотой. Надо отметить, что при этом извержении выделилось очень много сернистых газов, которые погубили урожай трав и, соответственно, крупный рогатый скот. На Исландию обрушился страшный голод.

Стромболианский тип извержения назван по характеру деятельно­сти вулкана Стромболи, расположенного в юго-восточном углу Тир­ренского моря у побережья Италии. Извержения обладают ритмичнос­тью, и в воздух периодически выбрасываются вулканические бомбы и туфы. Высота выбросов редко превышает 100-300 м, потому что газы отделяются от сравнительно жидкой магмы у края жерла. Если магмы много, она изливается в виде лавовых потоков. Извержения стромбо- лианского типа образуют обычно шлаковые конусы.

Извержения вулканского типа (рис. 15.43) характерны для вязкой магмы, насыщенной газами, отчего происходят умеренные или мощные взрывы, выбрасывающие высоко вверх обломки лав, иногда еще раска­ленных, но быстро остывающих и образующих туфовые, пепловые и глыбовые вулканические конусы. Сам остров Вулькано, где, по преда­нию, находится кузница бога огня Гефеста, располагается вблизи побе­режья Юго-Западной Италии. Извержения вулканского типа обычно не сопровождаются излияниями лавовых потоков.

Пелейский тип извержений, названный так по вулкану Мон-Пеле на о. Мартиника в Карибском море, сопровождается не только мощны­ми взрывами наподобие вулкапских, но и образованием раскаленных газово-пепловых лавин, с огромной скоростью скатывающихся со скло­на вулкана. Магма, как правило, вязкая, сравнительно низкой темпера­туры, закупоривающая жерло вулкана. Когда давление газов превыша­ет прочность этой пробки, происходят взрывы вулканского типа и выбросы лавин пелейского типа. Этот тип извержений весьма опасен, и хорошо известна катастрофа 1902 г., когда из-за такой лавины погиб­ло свыше 30 тыс. жителей города Сен-Пьер на Мартинике.

Плинианские извержения названы в честь древнеримского есте­ствоиспытателя Плиния Старшего, погибшего во время извержения Везувия в 79 г. п. э., погубившего Помпеи, Геркуланум и другие города в окрестностях Неаполитанского залива.

Извержение Везувия в 79 г. н. э. началось внезапно и продолжалось 12 часов. Верхняя часть более древнего Везувия, имевшего высоту 2,5-3 км, оказалась разрушенной, и от нее сохранилась лишь восточная часть, назы­ваемая соммой. Из жерла вулкана половину суток вырывался столб пемзо- видных обломков, разносимых ветром к юго-востоку. Наибольшая интен­сивность пемзопада пришлась как раз на Помпеи. Город, в котором жили 40 тыс. жителей, оказался погребенным под мощной, 4-5 м, толщей вулка­нических обломков. Многие жители погибли, и теперь мы можем видеть гипсовые слепки человеческих тел, получаемые при заполнении пустот в пемзовой толще гипсом, когда полости обнаруживают при археологиче-

ш.

Рис. 15.43. Эволюция вулкана Везувий (по А. Ритману, с изменениями). I — форми­рование конуса до VIII в. до н. э.: сначала в нем образовался обширный кратер, а потом начал расти новый конус. II — в начале VIII в. до н. э. конус достиг высоты 3000 м, вулкан стал одноглавым. III — мощные извержения разрушили конус. На вершине вновь образовался широкий кратер с выровненным дном за счет обвалов пород со стенок. IV — после извержения 24-25 августа 79 г. н. э. вершинный конус исчез. На его месте образовалась обширная кальдера с более высоким северным краем (современная Монте-Сомма). V — в дальнейшем в южной части кальдеры сформировался новый конус (современный Везувий) с небольшим кратером на вершине

X.

ских раскопках. Плиний Старший, который был адмиралом и командовал галерным флотом, стоявшим у мыса Мизено, на севере Неаполитанского залива, отправился на галере к берегу около Помпеи и ночью умер. Описа­ние извержения мы знаем со слов Плиния Младшего, племянника Плиния Старшего, который остался жив, т. к. не поехал на галере дяди, а остался в Мизено.

Плинианские извержения представляют собой, по существу, очень мощный вулканский тип. Внезапные взрывы и следующий за ними дли­тельный пепло- или пемзопад связаны с тем, что к кратеру вулкана поднимается вязкая, насыщенная газами магма. Газовые пузырьки, рас­ширяясь, разрывают магму, вспенивая ее, образуя кусочки пемзы и стек­ловатый пепел, разносящийся ветром на большие расстояния. Вы­брошенные вверх газово-пепловые облака «растекаются» на высоте нескольких километров в разные стороны, напоминая крону средизем­номорской сосны-пинии. В результате плинианских извержений при­вершинная часть вулканического конуса обрушивается и образуется ча­шевидное углубление — кальдера с крутыми стенками. Этот тип извержения также представляет большую опасность для населения.

Газовые извержения относятся к особому типу, когда магма прак­тически отсутствует и в обломках, выбрасываемых при взрывах, при­сутствуют лишь горные породы того фундамента, через который про­ходит взрывное жерло. Если магма подходит близко к поверхности Земли, в отдельных местах она может соприкасаться с водой, которая, превращаясь в пар, вырывается со взрывом наверх. При этом образу­ются воронки диаметром в десятки и сотни метров, называемые в Германии маарами. После взрыва они обычно заполняются водой и

Рис. 15.44. Образование маара. 1 — вода; 2 — магма; 3 — взрыв вскипевшей воды, образование воронки и раздробление пород; 4 — воронка; 5 — коренные породы

Иногда трубки взрыва заполнены туфами или туфобрекчией. Тогда они называются диатремами. Их сечение изменяется с глубиной, но, как правило, становится уже.

15.7. ПОСТВУЛКАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

После извержений, когда активность вулкана либо прекращается на­всегда, либо он только «дремлет» в течение тысяч лет, на самом вулкане и в его окрестностях сохраняются процессы, связанные с остыванием магматического очага и называемые поствулканическими.

Выходы вулканических газов на поверхность называются фумаро- лами. Очень часто фумаролы приурочены к радиальным и кольцевым трещинам на вулканах. Фумарольные газы связаны как с первичными эманациями из магматического расплава, так и с нагреванием грунтовых вод и превращением их в пар. Фумаролы подразделяются на сухие высо­котемпературные, кислые, щелочно-нашатырные, сернистые, или серо­водородные (солъфатары, итал. sulfur — сера), углекислые (мофеты, итал. mofeta — место зловонных испарений). Знаменитые фумаролы вулкана Сольфатара около Неаполя действуют без изменения уже ты­сячи лет. Мофеты, располагающиеся в котловинах, опасны для жизни, газ С0₂, будучи тяжелее воздуха, скапливается в их придонной части, что служит причиной гибели людей и животных.

Горячие источники, или термы, широко распространены в областях со­временного и новейшего (плиоцен-четвертичного) вулканизма. Однако не все термы связаны с вулканами, т. к. с увеличением глубины температура увеличивается и в районах с повышенным геотермическим градиентом цир­кулирующая атмосферная вода нагревается до высоких температур. Горячие источники вулканических областей, например в Йеллоустонском парке США, в Италии, Новой Зеландии, на Камчатке, на Кавказе, обладают изменчивым составом воды и разной температурой, поскольку фунтовые воды смешива­ются в разной пропорции с вулканическими газами и по-разному вступают в реакцию с вмещающими породами, через которые они просачиваются на глубину. Воды бывают натриево-хлоридными, кислыми сульфатно-хлорид- ными, кислыми сульфатными, натриево- и кальциево-бикарбонатными и др. Нередко в термальных водах содержится много радиоактивных веществ, в частности радона. Горячие воды изменяют окружающие породы, откладывая в них окислы и сульфиды железа и изменяя их до глины, превращающейся в кипящую грязь, как, например, в районе Паужетки на Камчатке, где изве­стны многочисленные булькающие «котлы» с красноватой грязью темпера­турой около +100 °С (рис. 15.45-15.47). Часто вокруг источников накапли­ваются отложения кремниевой накипи — травертина, а если воды содержат карбонат кальция, то откладывается известковый туф.

Гейзеры — это горячие источники, вода которых периодически фонта­нирует и выбрасывается вверх на десятки метров. Свое название такие источники получили от Великого Гейзера в Исландии, струя которого 200 лет назад била вверх на 60 м каждые полчаса (рис. 34 на цветной вклей­ке). Ряд гейзеров, несомненно, связан с вулканическими районами,

Рис. 15.46. Кальдера Узон на Камчатке. Кипящий грязевой (фото В. Ю. Гипенрейтера)

100 м

Ю

Ш2

1ь

1. KZb

ЕЗ? Q b CHU Шю Шп ВЕЬ

Рис. 15.47. Гидрогеологическая и гидрохимическая модель гидротермальной системы