Продукты вулканических извержений
Формы залегания эффузивных пород
Эффузивный магматизм сопровождается излиянием лавы на земную поверхность. Однако нередко извержения вулканов носят взрывной характер, при котором магма не изливается, а взрывается и на земную поверхность выпадают тонкораздробленные кристаллы и застывшие капельки стекла — расплава. Подобные извержения называются эксплозивными (лат. «эксплозио» — взрывать) .
Излившаяся на поверхность магма образует различные эффузивные тела, среди которых выделяются: лавовый покров, лавовый поток, некк (жерловина), вулканический (экструзивный) купол (пик, игла) и диатрема (трубка взрыва), вулканический конус, стратовулкан, щитовидный вулкан.
По типу извержений выделяют трещинные, или линейные, и центральные извержения, что также находит отражение в форме тел.
По выражению в рельефе формы залегания эффузивных пород могут быть как положительными (покровы, потоки, жерловины, вулканические купола, диатремы, вулканические конусы, стратовулканы, щитовидные вулканы), так и отрицательными (кратеры, маары, лавовые колодцы, кальдеры).
Продукты вулканических извержений
При извержении вулкана выделяются продукты вулканической деятельности, которые могут быть жидкими, газообразными и твердыми.
Газообразные - фумаролы и софиони, играют важную роль в вулканической деятельности. Во время кристаллизации магмы, на глубине выделяющиеся газы поднимают давление до критических значений и вызывают взрывы, выбрасывая на поверхность сгустки раскаленной жидкой лавы. Также при извержении вулканов происходит мощное выделение газовых струй, создающих в атмосфере огромные грибовидные облака. Такое газовое облако, состоящее из капелек расплавленного (свыше 7000с) пепла и газов, образовавшееся из трещин вулкана Мон-Пеле, в 1902 г., уничтожило город Сен-Пьер и 28000 его жителей.
Состав газовых выделений во многом зависит от температуры. Различают следующие типы фумарол:
a) Сухие - температура около 5000 с, почти не содержит водяных паров; насыщен хлористыми соединениями.
b) Кислые, или хлористо-водородно-сернистые - температура приблизительно равна 300-4000 с.
c) Щелочные, или аммиачные - температура не больше 1800 с.
d) Сернистые, или сольфатары - температура около 1000 с, главным образом состоит из водяных паров и сероводорода.
e) Углекислые, или моферы - температура меньше 1000 с, преимущественно углекислый газ.
Жидкие - характеризуются температурами в пределах 600-12000 с. Представлена именно лавой.
Вязкость лавы обусловлена ее составом и зависит главным образом от содержания кремнезема или диоксида кремния. При высоком ее значении (более 65%) лавы называют кислыми, они сравнительно легкие, вязкие, малоподвижные, содержат большое количество газов, остывают медленно. Меньшее содержание кремнезема (60-52%) характерно для средних лав; они, как и кислые, более вязкие, но нагреты обычно сильнее (до 1000-12000 с) по сравнению с кислыми (800-9000 с). Основные лавы содержат менее 52% кремнезема и поэтому более жидкие, подвижные, свободно текут. При их застывании на поверхности образуется корочка, под которой происходит дальнейшее движение жидкости.
Твердые продукты включают в себя вулканические бомбы, лапилли, вулканический песок и пепел. В момент извержения они вылетают из кратера со скоростью 500-600 м/c.
Вулканические бомбы - крупные куски затвердевшей лавы размером в поперечнике от нескольких сантиметров до 1м и более, а в массе достигают нескольких тонн (во время извержения Везувия в 79 г., вулканические бомбы 'слезы Везувия' достигали десятков тонн). Они образуются при взрывном извержении, которое происходит при быстром выделении из магмы содержащихся в ней газов. Вулканические бомбы бывают 2-х категорий: 1-ая, возникшие из более вязкой и менее насыщенной газами лавы; они сохраняют правильную форму даже при ударе о землю из-за корочки закаливания, образовавшейся при их остывании. 2-ая, формируются из более жидкой лавы, во время полета они приобретают самые причудливые формы, дополнительно усложняющиеся при ударе. Лапилли - сравнительно мелкие обломки шлака величиной 1,5-3 см, имеющие разнообразные формы. Вулканический песок - состоит из сравнительно мелких частиц лавы (і 0,5 см). Еще более мелкие обломки, размером от 1мм и менее образуют вулканический пепел, который, оседая на склонах вулкана или на некотором расстоянии от него, образует вулканический туф.
ВОПРОС 19 Площадные, трещинные, центральные вулканы. Строение вулкана.
| ПЛАН Введение 1 Вулканы 1.1 Общие сведения 1.2 География вулканов 2 Вулканизм 2.1 Площадные вулканы 2.2 Трещинные вулканы 2.3 Центральный тип вулканов 2.4 Строение вулкана 3 Типы вулканов 3.1 Гавайский тип 3.2 Стромболианский тип 3.3 Вулканы России и другие типы ВВЕДЕНИЕ Вулканы и вулканизм. Вулканами называются конусообразные или куполовидные возвышения над каналами, трубками взрыва и трещинами в земной коре, по которым извергаются из недр газообразный продукты, лава, пепел, обломки горных парод. Проявления вулканизма представляют собой один из наиболее характерных и важных геологических процессов, имеющих огромное значение в истории развития и формирования земной коры. Ни одна область на Земле - будь то континент или океаническая впадина, складчатая область или платформа - не сформировалась без участия вулканизма. Высокая практическая значимость этих явлений обусловило выбор темы курсовой работы. Основной целью работы является исследование вулканов и вулканизма. В соответствии с поставленной целью в работе рассматриваются следующие задачи. В первой главе рассматривается история появления вулканов их распространенность на земной поверхности, так же пойдет речь и о продуктах вулканических извержений которые бывают твердые в виде вулканических бомб и пепла и жидкие в виде лавы. Во второй главе речь идет о проявлении вулканизма и строении вулкана. Так мы узнаем, что вулканы бывают трех типов: 1) площадные 2) трещинные 3) центральные и очень сложно строение. В третьей главе рассказывается о типах вулканов и к каким типам относятся вулканы России. 1 ВУЛКАНЫ 1.1 Общие сведения В Тирренском море в группе Липарских островов есть небольшой остров Вулькано. Древние римляне считали этот остров входом в ад, а также владением бога огня и кузнечного ремесла Вулкана. По имени этого острова огнедышащие горы впоследствии стали называть вулканами. Извержение вулкана может продолжаться несколько дней и даже месяцев. После сильного извержения вулкан снова приходит в состояние покоя на несколько лет и даже десятилетий. Такие вулканы называются действующими. Есть вулканы, которые извергались в давно прошедшие времена. Некоторые из них сохранили форму красивого конуса. О деятельности их у людей не сохранилось никаких сведений. Их называют потухшими. В древних вулканических областях встречаются глубоко разрушенные и размытые вулканы. В нашей стране такие области - Крым, Забайкалье и другие места. Если подняться на вершину действующего вулкана во время его спокойного состояния, то можно увидеть кратер (по-гречески - большая чаша) - глубокую впадину с обрывистыми стенками, похожую на гигантскую чашу. Дно кратера покрыто обломками крупных и мелких камней, а из трещин на дне и стенах кратера поднимаются струи и газы пара. Иногда они спокойно выходят из под камней и щелей, а иногда вырываются бурно со свистом и шипением. Кратер наполняют удушливые газы; поднимаясь вверх они образуют облачко на вершине вулкана. Месяцы и годы вулкан может спокойно куриться, пока не произойдет извержение. Этому событию часто предшествует землетрясение; слышится подземный гул, усиливается выделение паров и газов, сгущаются облака над вершиной вулкана. Потом под давлением газов, вырывающихся из недр земли, дно кратера взрывается. На тысячи метров выбрасываются густые черные тучи газов и паров воды, смешенных с пеплом, погружая во мрак окрестность. Одновременно со взрывом из кратера летят куски раскаленных камней, образуя гигантские снопы искр. Из черных, густых туч на землю сыплется пепел, иногда выпадают ливневые дожди, образуя потоки грязи, скатывающейся по склонам и заливающие окрестности. Блеск молний непрерывно прорезывает мрак. Вулкан грохочет и дрожит, а по жерлу его поднимется раскаленная лава. Она бурлит, переливается через край кратера и устремляется огненным потоком по склонам вулкана, уничтожая все на своем пути. При некоторых вулканических извержениях лава не изливается. Извержение вулканов происходит также на дне морей и океанов. Об этом узнают мореплаватели, когда внезапно видят столб пара над водой или плавающую на поверхности “каменную пену” - пемзу. Иногда суда наталкиваются на неожиданно проявившиеся мели, образованные новыми вулканами на дне моря. Со временем эти мели - изверженные массы - размываются морскими волнами и бесследно исчезают. Некоторые подводные вулканы образуют конусы, выступающие над поверхностью воды в виде островов. В древности люди не умели объяснить причины извержения вулканов. Поэтому это грозное явление природы повергало человека в ужас. 1.2 География вулканов В настоящее время на земном шаре выявлено свыше 4тыс. вулканов. К действующим относят вулканы извергающиеся и проявляющие сольфатарную активность (выделение горячих газов и воды) за последние 3500 лет исторического периода. На 1980 год их насчитывали 947. К потенциально действующим относятся голоценовые вулканы, извергающиеся 3500-13500 лет назад. Их примерно 1343 шт. К условно потухшим вулканам относят не проявляющие активности в голоцене, но сохранившие свои внешние формы (возрастом моложе 100тыс. лет). Потухшие - вулканы существенно переработанные эрозией, полуразрушенные, не проявляющие активности в течении последних 100тыс. лет. Современные вулканы известны во всех крупных геолого-структурных элементах и геологических районах Земли. Однако распределены они неравномерно. Подавляющее большинство вулканов расположено в экваториальной, тропической и умеренной областях. В полярных областях, за Северным и Южным полярными кругами, отмечены чрезвычайно редкие участки относительно слабой вулканической активности, обычно ограничивающиеся выделением газов. Наблюдается прямая зависимость между их количеством, и тектонической активностью района: наибольшее количество действующих вулканов в расчете на единицу площади приходится на островные дуги (Камчатка, Курильские острова, Индонезия) и другие горные сооружения (Южная и Северная Америка). Здесь сосредоточены также наиболее активные вулканы мира, характеризующиеся наибольшей частотой извержения. Наименьшая плотность вулканов характерна для океанов и континентальных платформ; здесь они связаны с рифтовыми зонами - узкими и протяженными областями расколов и просадки земной коры (Восточно-Африканская рифтовая система), Срединно-Атлантический хребет. Установлено, что вулканы приурочены к тектонически-активным поясам, где происходит большинство землетрясений. Области развития вулканов характеризуются сравнительно большой раздробленностью литосферы, аномально высоким тепловым потоком (в 3-4 раза больше фоновых значений), повышенными магнитными аномалиями, возрастанием теплопроводности горных пород с глубиной. К областям ювенильных источников термальных вод тина гейзеров. Вулканы расположенные на суше, хорошо изучены; для них точно определены даты прошлых извержений, известен характер вылившихся продуктов. Однако большая часть активных вулканических проявлений, по-видимому, происходит в морях и океанах, покрывающих более двух третей поверхности планеты. Изучение этих вулканов и продуктов их извержений затруднены, хотя при мощном извержении этих продуктов может оказаться так много, что сформированный ими вулканический конус показывается из воды, образуя новый остров. Так, например, в Атлантическом океане, южнее Исландии, 14 ноября 1963 г., рыбаки заметили поднимающиеся над поверхностью океана клубы дыма, а также вылетающие из под воды камни. Через 10 дней на месте извержения уже образовался остров длиной около 900 м, шириной до 650 м и высотой до 100 м, получивший название Суртсей. Извержение продолжалось более полутора лет и завершилось лишь весной 1965 г., образовав новый вулканический остров площадью 2,4 км2 и высотой 169 м над уровнем моря. Геологические исследования островов показывают, что многие из них имеют вулканическое происхождение. При частой повторяемости извержений, их большой продолжительности и обилии выделяемых продуктов могут создаваться весьма внушительные сооружения. Так, цепочка Гавайских островов вулканического происхождения представляет собой систему конусов высотой 9,0-9,5 км (относительно дна Тихого океана), т.е превышающей высоту Эвереста! Известен случай, когда вулкан вырос не из под воды, как было рассмотрено в предыдущем случае, а из под земли, прямо на глазах у очевидцев. Произошло это в Мексике 20 февраля 1943 г.; после многодневных слабых толчков на вспаханном поле появилась трещина, и из нее началось выделение газов и пара, извержение пепла и вулканических бомб - сгустков лавы причудливой формы, выброшенных газами и остывших в воздухе. Последующие излияние лавы привели к активному росту вулканического конуса, высота которого в 1946 г. достигла уже 500 м (вулкан Парикутин). 2 ВУЛКАНИЗМ По современным представлениям, вулканизм является внешней, так называемой эффузивной формой магматизма - процесса, связанного с движением магмы из недр Земли к ее поверхности. На глубине от 50 до 350 км, в толще нашей планеты образуются очаги расплавленного вещества - магмы. По участкам дробления и разломов земной коры, магма поднимается и изливается на поверхность в виде лавы (отличается от магмы тем, что почти не содержит летучих компонентов, которые при падении давления отделяются от магмы и уходят в атмосферу). При этих излияниях магмы на поверхность и образуются вулканы. Вулканы бывают трех типов. 2.1 Площадные вулканы В настоящее время такие вулканы не встречаются, или можно сказать не существуют. Так как эти вулканы приурочены к выходу большого количества лавы на поверхность большой площади; т.е. отсюда мы видим, что они существовали на ранних этапах развития земли, когда земная кора была довольно тонкой и на отдельных участках она могла целиком быть расплавленной. 2.2 Трещинные вулканы Они проявляются в излиянии лавы на земную поверхность по крупным трещинам или расколам. В отдельные отрезки времени, в основном на доисторическом этапе, этот тип вулканизма достигал довольно широких масштабов, в результате чего на поверхность Земли выносилось огромное количество вулканического материала - лавы. Мощные поля известны в Индии на плато Декан, где они покрывали площадь в 5.105 км2 при средней мощности от 1 до 3 км. Также известны на северо-западе США, в Сибири. В те времена базальтовые породы трещинных излияний были обеднены кремнеземом (около 50%) и обогащены двухвалентным железом (8-12%). Лавы подвижные, жидкие, и поэтому прослеживались на десятки километров от места своего излияния. Мощность отдельных потоков была 5-15м. В США, также как и в Индии накапливались многокилометровые толщи, это происходило постепенно, пласт за пластом, в течении многих лет. Такие плоские лавовые образования с характерной ступенчатой формой рельефа получили название платобазальтов или траппов. В настоящее время трещинный вулканизм распространен в Исландии (вулкан Лаки), на Камчатке (вулкан Толбачинский), и на одном из островов Новой Зеландии. Наиболее крупное извержение лавы на острове Исландия вдоль гигантской трещины Лаки, длиной 30 км, произошло в 1783 г., когда лава в течении двух месяцев поступала на дневную поверхность. За это время излилось 12 км 3 базальтовой лавы, которая затопила почти 915 км2 прилегающей низменности слоем мощностью в 170 м. Сходное извержение наблюдалось в 1886 г. на одном из островов Новой Зеландии. В течении двух часов на отрезке 30 км действовала 12 небольших кратеров диаметром в несколько сотен метров. Извержение сопровождалось взрывами и выбросом пепла, который покрыл площадь в 10 тыс. км2 , около трещины мощность покрова достигала 75 м. Взрывной эффект усиливался мощным выделением паров из озерных бассейнов, прилегавших к трещине. Такие взрывы, обусловленные наличием воды, получили название фреатические. После извержения на месте озер образовалась грабенообразная впадина длиной в 5 км и шириной 1,5-3 км. 2.3 Центральный тип Это самый распространенный тип эффузивного магматизма. Он сопровождается образованием конусообразных вулканических гор; высота контролируется гидростатическими силами. Дело в том, что высота h, на которую способна подняться жидкая лава плотностью pl , из первичного магматического очага, обусловлена давлением на него твердой литосферы мощностью H и плотностью ps. Эта зависимость может быть выражена следующим уравнением: ghps=gHpl где g - ускорение силы тяжести. (h-H)/H=(ps-pl)/ps Выражение <h-H> и есть высота вулканической горы 5h; отношение (ps-pl)/ps можно выразить как некий плотностной коэффициент j , тогда 5h = jH. Так как данное уравнение связывает высоту вулкана с мощностью литосферы через некий плотностной коэффициент, который для разных регионов различен, значит высота вулкана в разных районах земного шара различна. 2.4 Строение вулкана Корни вулкана, т. е. его первичный магматический очаг располагается на глубине 60-100 км в астеносферном слое. В земной коре на глубине 20-30 км находится вторичный магматический очаг, который непосредственно и питает вулкан через жерло. Конус вулкана сложен продуктами его извержения. На вершине располагается кратер - чашеобразное углубление, которое иногда заполняется водой. Диаметры кратеров могут быть различны, например: у Ключевской сопки - 675 м, а у известного вулкана Везувий, погубившего Помпею - 568 м. После извержения кратер разрушается и образуется впадина с вертикальными стенками - кальдеры. Диаметр некоторых кальдер достигает многих километров, например кальдера вулкана Аниакчан на Аляске равно 10 км. Рисунок 1 - Строение Вулкана (1 - вулканическая бомба; 2 - канонический вулкан; 3 - слой пепла золы и лавы; 4 - дайка; 5 - жерло вулкана; 6 - силь; 7 - магматический очаг; 8 - щитовой вулкан) Иногда на склонах вулканов возникают паразитические, или побочные кратеры, через жерло которых также может извергаться определенное количество лавы. 3 ТИПЫ ИЗВЕРЖЕНИЙ В зависимости от количеств, соотношения извергаемых вулканических продуктов (газовые, жидкие или твердые) и вязкости лав выделены четыре главных типа извержений: а) гавайский (эффузивный), б) стромболианский (смешанный), в) купольный (экструзивный), г) вулканский. 3.1 Гавайский тип Гавайский - вулканические горы имеют пологие склоны; их конуса сложены слоями остывшей лавы. В кратере действующих гавайских вулканов находится жидкая лава основного состава с очень небольшим содержанием газов. Она бурно кипит в кратере - небольшом озере на вершине вулкана, представляя собой великолепное зрелище, особенно ночью. Тусклую красновато-коричневую поверхность лавового озера периодически прорывают ослепительные струи лавы, взлетающие вверх. При извержении уровень лавового озера начинает спокойно, почти без толчков и взрывов, подниматься и доходит до краев кратера, затем лава переливается через край и, имея весьма жидкую консистенцию, растекается на обширной территории, со скоростью около 30 км/ч, на десятки километров. Периодические извержения вулканов Гавайских островов приводят к постепенному увеличению их объема за счет наращивания склонов застывшей лавы. Так, объем вулкана Мауна-Лоа достигает 21.103 км3; он больше, чем объем любого из известных вулканов на земном шаре. По гавайскому типу происходит извержение вулканов на островах Самоа в восточной части Африки, на Камчатке и на самих Гавайских островах - Мауна-Лоа и Килауэа. 3.2 Стромболианский тип Эталоном стромболианского типа является извержение вулкана Стромболи (Липарские острова) в Средиземном море. Обычно вулканы этого типа - это страто-вулканы и извержения происходящие в них сопровождаются сильными взрывами и подземными толчками, выбросами паров и газов, вулканического пепла, лапиллей. Иногда отмечается излияние лавы на поверхность, но в следствии значительной вязкости протяженность потоков бывает небольшой. Извержения подобного типа наблюдаются у вулкана Ицалько в центральной Америке; у вулкана Михара в Японии; у ряда вулканов Камчатки (Ключевской, Толбачек и других). Схожееизвержение, по последовательности событий и выделяемым продуктам, но в более крупных размерах произошло в 79 году. Это извержение можно отнести к подтипу стромболианского извержения и назвать его - Везувианский. Извержению вулкана Везувий, отчасти Этны и Вулкано (Средиземное море), предшествовало сильное землетрясение. Затем из кратера вырвался расширяющийся кверху столб белого пара. Постепенно выбрасываемые пепел и обломки пород придали 'облаку' черный цвет и начали падать на землю вместе со страшным ливнем. Излияние лавы было сравнительно небольшим. Лава имела средний состав и стекала по склону горы со скоростью 7 км/ч. Основные разрушения были причинены землетрясением и падающими на землю вулканическим пеплом и бомбами, представляющие собой обломки пород и застывшие сгустки лавы. Потоки ливня с пеплом образовали жидкую грязь, с которой были погребены расположенные на склонах Везувия города - Помпея (на юге), Геркуланум (на юго-западе) и Стабия (на юго-востоке). 3.3 Вулканы России и другие типы Для купольного типа характерно выжимание и выталкивание вязкой (андезитовой, дацитовой или риолитовой) лавы сильным напором из канала вулкана и образование куполов (Пюи-де-Дом в Оверни, Франция; Центральный Семячик, на Камчатке), криптокуполов (Сева-Синдзан на острове Хоккайдо, Япония) и обелисков (Шивелуч на Камчатке). В вулканском типе большую роль играют газы, производящие взрывы и выбросы огромных туч, переполненным большим количеством обломков горных пород, лав и пепла. Лавы вязкие, образуют небольшие потоки (Авачинская Сопка и Карымская сопка на Камчатке). Каждый из главных типов извержения разделяют на несколько подтипов (стромболианский тип, подтип - Везувианский). Из них особо выделяются Пелейский, Кракатау, Маар, которые в той или иной степени являются промежуточными между купольным и вулканским типами. Пелейский подтип выделен по извержению вулкана Монтань-Пеле (Лысая гора) весной 1902 года на острове Мартиника в Атлантическом океане. Весной 1902 г. гору Монтань-Пеле, которая в течении многих лет считалась потухшим вулканом и на склонах которой вырос город Сен-Пьер, неожиданно потряс мощный взрыв. Первый и последующие взрывы сопровождались появлением трещин на стенках вулканического конуса, из которого вырывались черные палящие тучи, состоящие из капелек расплавленной лавы, раскаленного (свыше 7000 с) пепла и газов. 8 мая одна из таких туч устремилась к югу и в течении нескольких минут буквально уничтожила город Сен-Пьер. Погибло около 28000 жителей; спаслись только те, кто успел отплыть от берега. Не успевшие отшвартовать суда сгорели или были перевернуты, вода в гавани закипела. В городе спасся только один человек, защищенный толстыми стенами городской тюрьмы. Извержение вулкана завершилось лишь в октябре. Чрезвычайно вязкая лава медленно выдавила из вулканического канала пробку высотой 400м, образовавшую уникальный природный обелиск. Однако вскоре верхняя часть его откололась по косой трещине; высота оставшейся остроугольной иглы составляла около 270 м, но и она под действием процессов выветривания была разрушена уже в 1903 году. Эталоном типа Кракатау взято извержение одноименного вулкана находящегося между островами Суматра и Ява. 20 мая 1883 года с немецкого военного судна, шедшего зондским проливом ( между островами Ява и Суматра ), увидели громадное пиниеобразное облако, поднимавшееся с группы островов Кракатау. Были отмечены огромная высота облака - около 10-11 км, и частые - каждые 10-15 мин взрывы, сопровождавшиеся выбросом пепла на высоту 2-3 км. После майского извержения активность вулкана несколько стихла и лишь в середине июля произошло новое мощное извержение. Однако основная катастрофа разыгралась 26 августа. В этот день после полудня на судне 'Медея' заметили столб пепла высотой уже 27-33 км, а мельчайший вулканический пепел был поднят на высоту 60-80 км и в течении 3 лет после извержения находился в верхних слоях атмосферы. Звук взрыва был слышен в Австралии (за 5тыс. километров от вулкана ), а взрывная волна трижды обежала планету. Даже 4 сентября, т.е. через 9 дней после взрыва, самопишущие барометры продолжали отмечать незначительные колебания атмосферного давления. К вечеру на окрестных островах выпал дождь с пеплом. Пепел падал всю ночь; на кораблях, находившихся в Зондском проливе, толщина его слоя достигала 1,5м. К 6 часам утра в проливе разразилась страшная буря - море вышло из берегов, высота волн достигала 30-40м. Волнами были разрушены приближенные города и дороги на островах Ява и Суматра; население ближайших к вулкану островов погибло полностью. Общее число жертв, по официальным данным, достигло 40000. Мощным вулканическим взрывом на две трети был разрушен главный остров архипелага Кракатау - Раката: в воздух была выброшена часть острова 4ґ6 км2 с двумя вулканическими конусами Данан и Пербуатан. На их месте образовался провал, глубина моря в котором достигала 360м. Волна цунами, за несколько часов, достигла берегов Франции и Панамы, у берегов Южной Америки скорость ее распространения еще составляла 483 км/ч. Извержения типа Маар происходили в прошлые геологические эпохи. Они отличались сильными газовыми взрывами, выбрасывалось значительное количество газообразных и твердых продуктов. Излияние лавы не происходило из-за очень кислого состава магмы, которая в силу своей вязкости закупоривала жерло вулкана и приводила к взрывам. В результате возникали воронки взрыва диаметром от сотен метров до нескольких километров. Эти углубления иногда окружались невысоким валом, образовавшимся из выброшенных продуктов, среди которых встречаются обломки лав. Похожие на трубки взрыва типа маар - диатмеры. Их расположение известно в Сибири, в Южной Африке и в других местах. Это цилиндрические трубки, вертикально пересекающие пласты и заканчивающиеся воронкообразным расширением. Диатмеры заполнены брекчией - породой с обломками сланцев и песчаников. Брекчии, алмазоносны, из них производится промышленная добыча алмазов. Обширные пространства России в Европе и Азии принадлежат к малоподвижным участкам земной коры - платформам - и только на окраинах (Кавказ, Средняя Азия, Дальний Восток) существуют геосинклинальные зоны, отличающиеся большой сейсмичностью и активным вулканизмом. Из недавно потухших вулканов в Главном Кавказском хребте находятся упоминавшиеся уже Эльбрус и Казбек. в Закавказье, Восточном Саяне, Прибайкалье, Забайкалье, на Дальнем Востоке и Северо-востоке России известны молодые излияния эффузивных пород, а местами сохранились и вулканы - признаки недавнего здесь вулканизма. Действующие вулканы на территории России находятся лишь на самой восточной окраине: на п-ове Камчатка и Курильских островах. Исследования русских вулканов начал еще в XVIII в. друг и современник М. В. Ломоносова путешественник и географ С. П. Крашенинников, посетивший и изучавший Камчатку в 1737-1741 гг. Его талантливая книга «Oписание Земли Камчатки», где две главы «о огнедышащих горах» и «о горячих ключах» впервые посвящены описанию камчатских вулканов и гейзеров, является первым научным трудом по исследованию вулканов и началом русской вулканологии. Позднее поступали редкие отрывочные сведения о вулканах Камчатки от моряков и путешественников и несколько более подробные сведения от участников некоторых экспедиций прошлого столетия: А. Постельса, А. Эрмана, К. Дитмара, К. И. Богдановича и других. Наиболее глубокие исследования вулканов Камчатки начал в 1931 г. А. Н. Заварицкий, который выявил связь линейного расположения вулканов с внутренним строением полуострова, с вероятными по этим направлениям глубокими разломами в земной коре. В 1935 г. по инициативе Ф. Ю. Левинсон-Лессинга была организована у подножия Ключевской Сопки вулканологическая станция Академии наук СССР, для систематических научно-исследовательских наблюдений современной деятельности камчатских вулканов. О вулканической деятельности на Курильских островах были опубликованы в конце прошлого и начале текущего столетий отрывочные сведения путешественников Б. Р. Головина и Ф. Крузенштерна, Д. Мильна и Г. Снoу. После Bеликой Отечественной войны вулканы Курильских островов более детально изучали Г.Б. Корсунская и Б. И. Bлодавец, а в настоящее время их изучение продолжают научные сотрудники Камчатской вулканологической станции. П-ов Камчатка представляет собой один из немногих участков земной поверхности, обильно насыщенный вулканами. в настоящее время здесь насчитывается не менее 180 вулканов, из которых 14 активно действующих, 9 вулканов затухающих и более 157 вулканов потухших. Кроме вулканов Камчатка изобилует гейзерами, горячими источниками и вулканическими сальзами. П-ов Камчатка расположен в подвижной зоне земной коры, захваченной альпийской складчатостью и вулканизмом, и относится к вулканическому Тихоокеанскому «огненному кольцу». Интенсивный вулканизм Камчатки u u v сочетается с высокой сейсмичностью, с частыми землетрясениями силой до 9 баллов. Оба этих геологических процесса играли и играют значительную роль в образовании, как внутреннего строения, так и рельефа полуострова. Характер поверхности полу. острова типичен для горно-вулканической страны. Bдоль полуострова вытянуты в северо-восточном направлении два горных хребта: в западной части проходит Срединный хребет, а вдоль восточного пoбepeжья - Bосточно-Камчатский. Byлканы Камчатки расположены в виде трех полос вдоль полуострова. В первой, восточной, полосе расположено большинство вулканов, образующих цепь в виде своеобразного горного хребта, который тянется с юга от м. Лопатка вдоль восточного побережья до Кроноцкого озера, затем как бы пересекает Bосточно-Камчатский хребет и тянется дальше на север вдоль западных его склонов. Вторую, центральную, полосу составляет группа немногочисленных вулканов, приуроченных в Срединному хребту. В третью, западную, полосу выделяется несколько потухших вулканов на западном побережье полуострова. Вулканическая деятельность на Камчатке началась, вероятно, в допалеозойское время и проявилась до мезозоя четыре раза, причем первые, самые ранние этапы вулканизма ограничились слабыми излияниями лавы основного состава. Bо втором и третьем этапах (вероятно, в палеозое) лавовые излияния происходили в больших масштабах и частично в подводных условиях. В мезозое, палеогене и неогене вулканическая деятельность на полуострове возобновлялась трижды с различной интенсивностью. Наземные и подводные излияния базальтовой и андезитовой лав сопровождались сильной взрывной деятельностью и накоплением больших масс вулканических туфов, агломератов и туфобрекчий. Современный этап вулканической деятельности на Камчатке возобновился в начале четвертичного периода и продолжается до настоящего времени, хотя и с меньшей интенсивностью, чем в ранние этапы. В результате многократных этапов эруптивного вулканизма более 40% поверхности полуострова покрыто продуктами вулканических извержений. Современная вулканическая деятельность сосредоточена в восточной полосе, в которой на каждые 7 км приходится действующий вулкан. Все современные вулканы Камчатки по строению вулканических аппаратов и конусов представляют собой центральные стратовулканы, а по характеру деятельности относятся ко всем известным типам, кроме гавайского, который также имел место в недалеком прошлом. Из действующих вулканов наиболее активными являются Ключевской, Карымский, Авачинский и Безымянный, считавшийся потухшим, но в конце 1955 г. возобновивший свою деятельность серией энергичных извержений, продолжавшихся в течение всей зимы 1955-1956 гг.; менее активны Шивелуч, Плоский Толбачик, Горелый хребет и вулкан Мутновский; малоактивны - Кизимен, Малый Семя чик. Жупановский, Корякский, Ксудач и Ильинский. К затухающим вулканам относятся: вулкан Комарова, Гамчен, Кроноцкая Сопка, -Узон, Кихпиныч, Центральный Семя чик, Бурлящий, Опальный и вулкан Кошелева. Потухшими считаются более 157 вулканов конической и куполообразной формы, сложенных вулканическими продуктами, не проявлявших в историческое время признаков активности. Большинство потухших вулканов значительно разрушено эрозией, но некоторые из них и сейчас представляют собой по высоте и массе крупнейшие вулканические сооружения Камчатки (вулканы Камень, Плоский и др.). Все современные вулканы Камчатки, особенно наиболее активные, являются с 1935 г. объектами постоянных наблюдений советских вулканологов. Нет необходимости характеризовать здесь деятельность каждого вулкана, это сделано в специальных и периодических изданиях, а для общего представления об их деятельности достаточно ограничиться сведениями о наиболее характерных вулканах, какими являются самые активные: Ключевской, Карымский, Авачинский и Безымянный. Курильские острова представляют собой две гряды, из которых Большая Курильская тянется на юго-запад от Камчатки на 1200 км до японского о-ва Хоккайдо; в 50 км восточнее ее южной части проходит параллельно Малая Курильская гряда на протяжении 105 км. Вулканическая деятельность наблюдается исключительно в Большой Курильской гряде, острова которой в основном имеют вулканическое происхождение и только самые северные и самые южные сложены осадочными породами неогенового возраста. Эти породы служат здесь Фундаментом, на котором возникли вулканические сооружения. Вулканы Курильских островов приурочены к глубоким разломам в земной коре являющимся продолжением разломов Камчатки. Вместе с последней они образуют одну вулканическую и тектоническую Курило-Камчатскую дугу, выпуклую в сторону Тихого океана. На Курильских островах насчитывается 25 действующих вулканов (из них 4 подводных), 13 затухающих и более 60 потухших. Вулканы Курильских островов изучены еще очень мало. Из них выделяются повышенной активностью вулканы Алаид, пик Сарычева Фусс, Сноу и Мильиа. Вулкан Алаид находится на первом северном острове (о. Атласова) и из всех курильских вулканов наиболее активен. Он является самым высоким (2239 м) и красиво поднимается в виде правильного конуса непосредственно от поверхности моря. На вершине конуса в небольшой впадине расположен центральный кратер вулкана. Пo характеру извержений вулкан Алаид относится к этно-везувианскому виду. 3а последние 180 лет известно восемь извержений этого вулкана и два извержения ив побочного конуса Такетоми, образовавшегося во время. извержения Алаида в 1934 г. Вулканическая деятельность на курильских островах сопровождается многочисленными горячими источниками с температурой от 36 до 100 С. Источники разнообразны по форме проявления и солевому составу и еще менее изучены, чем вулканы. |
Вопрос 20
Поствулканические процессы и термальные воды. Гейзеры, фумаролы, горячие источники!
Поствулканические процессы (от лат. post — после, позже), совокупность минералообразующих процессов, протекающих после излияния лавы или внедрения магмы в толщу пород. Наибольшая роль принадлежит термальным водам и газам, которые выделяются из магмы, а также поверхностным водам, прогретым магматическим теплом. К П. п. относятся алунитизация, цеолитизация, хлоритизация, опализация и др. процессы, приводящие к образованию различных типов измененных пород: опалово-алунитовых, цеолит-карбонат-хлоритовых и др. С П. п. связаны такие вулканические явления, как фумаролы, сольфатары, мофеты, горячие источники в окрестностях вулканов.
После наиболее активной фазы извержения деятельность вулканов постепенно ослабевает, но может еще продолжаться длительное время в особых формах, объединяемых общим понятием поствулканических процессов или явлений, характеризующих или промежуточную между извержениями стадию, или окончательное затухание вулкана. Поствулканические процессы проявляются в виде продолжающегося сравнительно спокойного выделения газов, главным образом из трещин на склонах и у подножия вулкана, в виде образования небольших грязевых вулканов, извергающих время от времени потоки жидкой грязи, или в виде образования горячих водных источников, в том числе и ритмично фонтанирующих гейзеров.
В первом случае выделяющиеся из кратера и боковых трещин пары воды и газы знаменуют собой фумарольную или сольфатарную фазы, которые могут продолжаться от нескольких месяцев до сотен и тысяч лет. Так, например, деятельность вулкана Сольфатара недалеко от Неаполя более 2000 лет ограничивается только выходом сернистых газов, от которых, кстати, получил название и сам вулкан. Наконец, приближение полного угасания вулканической деятельности выражается в мофеттах, выделяющих преимущественно углекислый газ. Выделения мофетт часто превращают многие долины и пещеры в «долины и пещеры смерти» вследствие удушающего действия на мелких животных накапливающейся углекислоты.
В большинстве вулканических кратеров и боковых выходов фумарольные и сольфатарные газы вступают в химические реакции друг с другом и с лавой и образуют вещества, называемые возгонами или сублиматами, которые отлагаются в виде натеков, инкрустаций и порошков на прилегающих холодных поверхностях лавы. Самыми существенными из этих образований несомненно являются желтая кристаллическая или порошковатая сера, белый “хлористый аммоний, желтый хлорид железа и борная кислота. Часто в виде сублиматов выделяются окиси металлов и соли. В инкрустациях вокруг фумарол в «Долине десяти тысяч дымов» (Северная Америка) были обнаружены соединения свинца, меди, олова и цинка, а в отложениях серы в кратере вулкана Ла-Суфраль в Колумбии было найдено даже золото. В тех случаях, когда скопления сублиматов представляют количественный интерес, они разрабатываются как месторождения полезных ископаемых.
Если восходящие фумарольные или сольфатарные газы и пары воды по пути встречают насыщенные водой рыхлые продукты, то они выбрасывают или выталкивают последние в виде грязи, образующей небольшие конусы или чашеобразные углубления, известные под названием грязевых вулканов или салъз. Из конусов сальз иногда изливаются сплошные миниатюрные грязевые потоки, а в чашеобразных сальзах время от времени грязь клокочет, как при кипении, и даже взлетает вверх. Вулканические сальзы характеризуются постоянно высокой температурой газов, представленных обычными газами фумарол и сольфатар с обильными парами воды, но вовсе или почти не содержат метана как продукта разложения органических веществ. Вулканические сальзы проявляются только в вулканических областях и располагаются обычно у подошвы действующего или затухающего вулкана. Последней стадией их деятельности является образование и излияние потоков грязи с умеренной температурой мофетт.
Вулканические сальзы не следует смешивать с внешне сходными тектоническими грязевыми вулканами или вулканоидами (например, грязевыми вулканами Керченского полуострова). Последние проявляются вследствие тектонических процессов в нефтеносных областях и никакой генетической связи не имеют с процессами магматизма, в том числе и вулканическими явлениями. Заключительной стадией в жизни вулканов является образование горячих водных источников. Одни из них представляют собой свободно и спокойно вытекающие на поверхность струи и потоки теплой и горячей воды, иногда с обильными пузырьками газов, другие выходят на поверхность в виде пароводяных столбов и фонтанов. Последние известны под названием гейзеров.
Горячие источники широко распространены на земной поверхности и приурочены к областям .как действующих, так и недавно потухших вулканов Они различаются по температуре, достигающей у некоторых источников точки кипения, а также по составу растворенных газов и минеральных солей. Последние придают горячим источникам целебные свойства, которые широко используются при санаторно-курортном лечении.
Гейзеры впервые изучались и были описаны в районе Гейзир в Исландии, откуда и получили свое название. Они по характеру своей деятельности напоминают настоящие ритмично действующие вулканы, только продуктами извержений являются вода и пар. Извержения большинства гейзеров происходят через строго определенные интервалы (минуты, десятки минут, часы). Такая ритмичность объясняется наличием вертикальных у поверхности и зигзагообразных или коленчатых на глубине выводных каналов, соединяющих подземный резервуар пара с поверхностью, а также высокой температурой воды, близкой к температуре кипения.
Процесс извержения состоит в том, что вода, накопившаяся в вертикальной части канала по крайней мере до его второго изгиба, сдерживает давление пара в резервуаре, а это приводит к перегреву воды в нижней части канала; с увеличением давления воды выталкивается вверх за изгибы. Остающаяся в резервуаре перегретая вода от уменьшения давления быстро превращается в пар, который с большей или меньшей силой вырывается наружу, выталкивая всю воду из вертикального канала, и бьет какое-то время в виде пароводяного фонтана. Выброшенная в воздух вода частично падает обратно в кратер гейзера, называемый грифоном, но уже охлажденная, и понижает температуру воды под грифоном в вертикальной части выводного канала. Извержение на время прекращается до тех пор, пока вода вновь не перегреется и давление пара не достигнет силы, достаточной для повторения процесса. Сила давления водяных паров у некоторых гейзеров столь велика, что выталкиваемые столбы воды взлетают фонтанами до 100 м высотой. Большинство гейзеров фонтанирует на высоту от 1 до 10 м. Воды гейзеров и горячих источников почти всегда содержат вещества, избыток которых при охлаждении раствора отлагается на окружающей выход поверхности в виде накипи. Накипь кремнистого состава отлагается главным образом около гейзеров и называется гейзеритом.
Наиболее известными областями распространения гейзеров являются острова Исландия и Новая Зеландия, Йеллоустонский национальный парк в Северной Америке и Камчатка, где в долине рч. Гейзерной гейзер Великан фонтанирует через каждые 2 ч 50 мин, выбрасывая столб воды до 40 м и столб пара до 400 м.
Фумаролы (итал. fumarola — дымящая трещинка вулкана), небольшие отверстия и трещинки, по которым поднимаются струи горячих газов (H2O, HCI, HF, SO2, CO2, CO, H2S, H2 и др.), выделяющихся из магмы (первичные Ф.) и из ещё не остывших лавовых потоков и пирокластических отложений (вторичные, безкорневые Ф.). Ф. расположены в кратере, на склонах и у подножия вулкана. Выделение газов из Ф. часто происходит под давлением и сопровождается звуками. С понижением температуры пары воды переходят в жидкое состояние; в зависимости от термодинамических условий в ней растворяются некоторые совместно выделяющиеся газы, а также газы и вещества, возникшие в результате реакций с боковыми породами и захваченные по пути движения к поверхности Земли; так происходит образование в районе действующих вулканов гидротермальных растворов — фумарольных терм. С Ф. связано отложение возгонов галогенидов, сульфатов, самородной серы и др.
Геотерма́льный исто́чник (греч. γαία — земля и θερμ — тепло, жар) — выход на поверхность подземных вод, нагретых выше 20 °C.[1] Также существует определение, в соответствии с которым источник называется горячим, если имеет температуру выше среднегодовой температуры данной местности.[2]
Большинство горячих источников питаются водой, которая подогревается магматическими интрузиями в районах активного вулканизма. Однако не все термальные источники привязаны к таким областям, вода также может подогреваться конвективной циркуляцией — просачивающиеся вниз подземные воды достигают глубины около километра и более, где порода имеет более высокую температуру из-за геотермического градиента земной коры, составляющего около 30 °C на км первые 10 км.[3]
Термальные минеральные источники подразделяются на тёплые (20-37 °C), или горячие (37-50 °C) и очень горячие (50-100 °C).
Термальные воды (франц. thermal — тёплый, от греч. thérme — тепло, жар), подземные воды земной коры с температурой от 20 °С и выше. Глубина залегания изотермы 20 °С в земной коре от 1500—2000 м в районах многолетнемёрзлых пород до 100 м и менее в районах субтропиков; на границе с тропиками изотерма 20 °С выходит на поверхность. В артезианских бассейнах на глубине 2000— 3000 м скважинами вскрываются воды с температурой 70—100 °С и более. В горных странах (например, Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Памир) Т. в. выходят на поверхность в виде многочисленных горячих источников (температура до 50—90 °С), а в районах современного вулканизма проявляют себя в виде гейзеров и паровых струй (здесь скважинами на глубине 500—1000 м вскрываются воды с температурой 150—250 °С), дающих при выходе на поверхность пароводяные смеси и пары (Паужетка на Камчатке, Большие Гейзеры в США, Уайракей в Новая Зеландии, Лардерелло в Италии, гейзеры в Исландии и др.).
Химический, газовый состав и минерализация Т. в. разнообразны: от пресных и солоноватых гидрокарбонатных и гидрокарбонатно-сульфатных, кальциевых, натриевых, азотных, углекислых и сероводородных до солёных и рассольных хлоридных, натриевых и кальциево-натриевых, азотно-метановых и метановых, местами сероводородных (см. Минеральные воды).
Издавна Т. в. находили применение в лечебных целях (римские, тбилисские термы). В СССР пресные азотные термы, богатые кремнекислотой, используют известные курорты — Белокуриха на Алтае, Кульдур в Хабаровском крае и др.; углекислые Т. в.— курорты Кавказских Минеральных Вод (Пятигорск, Железноводск, Ессентуки), сероводородные — курорт Сочи-Мацеста (см. Сочи). В бальнеологии Т. в. подразделяют на тёплые (субтермальные) 20—37 °С, термальные 37—42 °С и гипертермальные св. 42 °С.
В районах современного и недавнего вулканизма в Италии, Исландии, Мексике, СССР, США, Японии работает ряд электростанций, использующих перегретые Т. в. с температурой свыше 100 °С. В СССР и др. странах (Болгария, Венгрия, Исландия, Новая Зеландия, США) Т. в. применяют также для теплоснабжения жилых и производств. зданий, обогрева теплично-парниковых комбинатов, плавательных бассейнов и в технологических целях (Рейкьявик полностью обогревается теплом Т. в.). В СССР организовано теплоснабжение микрорайонов гг. Кизляра, Махачкалы, Зугдиди, Тбилиси, Черкесска; обогреваются теплично-парниковые комбинаты на Камчатке, Кавказе. В теплоснабжении Т. в. делятся на слаботермальные 20—50 °С, термальные 50—75 °С. высокотермальные 75—100 °С.
Ге́йзер (исл. geysir, название одного из источников «Золотого кольца», от исл. geysa — хлынуть) — источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара. Гейзеры являются одним из проявлений поздних стадий вулканизма, распространены в областях современной вулканической деятельности