Геологические процессы в криолитозоне 4 страница
Гидротермальные постройки имеют вид холмов или башен высотой в первые десятки метров , на вершинах которых возвышаются трубообразные постройки в 3-5 м , напоминающие печные трубы.
Из них выходят гидротермальные струи черного или белого цветов , за что эти сооружения получили наименование “ курильщиков ”. На их вершине находятся отверстия, напоминающие кратеры, из которых поднимается густая взвесь из рудных компонентов . На поверхности конусовидных башен , сложенных плотным шлакоподобным материалом наблюдаются как наросты на березе термофильные бактериальные маты, скопления различных бактерий , прикрепленных к субстрату, а также группы своеобразных организмов - гигантских погонофор , вестиментифер - Riftia pachyptila, напоминающих крупные и длинные , более 1,5 м трубки . Это есть не что иное, как большие трубчатые черви, верхняя часть которых окрашена в ярко - красный цвет , т.н.султан , а сама трубка обладает перламутрово - белой окраской . Вокруг построек нередко в изобилии распространены матово - белые , очень крупные , до 25 см в длину раковины двустворчатых моллюсков - калиптогенов ( Сalyptogena magnifica), а также кольчатый червь (Alvinella pompejana), названный помпейским, потому что он непрерывно посыпается как пеплом, частицами серы из курильщиков .
Черная взвесь « курильщиков » содержит, в основном, Fe2+, FeS, Mn2+, а белая - Mn, He, CH4 , Fe. Выходя из трубы как дым из паровоза , эти взвеси разносятся в виде шлейфа на большое расстояние от места появления, формируя, тем самым , поле металлоносных осадков.
Происхождение подводных гидротермальных систем связано с взаимодействием океанской воды и базальтов дна, при котором в воду переходят много химических элементов, содержащихся в базальтах и газах, при этом сами базальты также изменяются, претерпевая метаморфизм . Проникшая по трещинам в глубокие горизонты донных базальтов вода , нагревается от тепла магматических очагов , существующих под рифтовыми зонами океанов. Удивительно, но весь объем океанских вод на Земле прокачивается через гидротермальные системы всего за 3 млн . лет. Таким образом, на огромных пространствах океанского дна работает гигантский тепловой насос. Только в одном гидротермальном поле Эндевор в северной части Тихого океана он перекачивает 20 тыс тонн воды в секунду. Открытие гидротермальных систем океанического дна - это шаг с совершенно новый мир , еще 20 лет назад неизвестный геологам
Говоря об океанском осадконакоплении следует отметить такой важный тип как «лавинная » седиментация, выделенная в 70- е годы А.П.Лисицыным. Эта седиментация высоких (10см/1000 лет) и сверхвысоких (1м /1000 лет) скоростей, связана не с выпадением частиц из взвеси , а с течением плотного осадочного водонасыщенного материала под действием силы тяжести . Это особый тип седиментации, имеющий 3 уровня по вертикали с размахом почти в 10 км: 1) устья рек, дельты и эстуарии ; 2) континентальный склон , где у подножья наблюдается максимальное скопление материала и 3) дно глубоководных желобов (до 11 км), только в пределах активных континентальных окраин . Биогенное осадконакопление . В океанах присутствует огромное разнообразие организмов . Выделяется три главных типа биоса. Бентос ( бентос – глубина , греч .) - это организмы , живущие на дне; нектон - активно и свободноплавающие организмы - рыбы, тюлени, киты и др.; планктон ( планктон – блуждающие , греч .) - пассивно плавающиеорганизмы , переносимые течениями и волнами . Морские организмы в подавляющей своей массе относятся к бентосу (98%), и только 2% из 180000 видов относятся к планктону и нектону.
Для существования организмов нужна питательная среда и солнечный свет , хотя есть виды, обитающие в условиях полной темноты в глубоких впадинах океанов. Солнце проникает в воду примерно до глубины в 100 м и эта зона называется эвфотической, т.е . полностью освещенной. Отсюда следует, что водоросли, прикрепленные ко дну , растут только на мелком шельфе, в то время как фитопланктон - свободно плавающие водоросли, распространены в поверхностной зоне воды всех океанов. Бентосные водоросли отличаются исключительной продуктивностью , в то время как фитопланктон дает всего 100 г углерода на 1 м2 в год .
Бентосные организмы могут вести неподвижный , прикрепленный образ жизни - кораллы , губки , мшанки. Они называются сессильным бентосом. Другие, наоборот , передвигаются по дну - вагильный бентос, например, морские звезды и ежи , крабы , черви, двустворки . Все эти организмы могут жить либо на поверхности дна - э пифауна , либо внутри ниш в каменистом дне в высверленных дырках, в осадках - инфауна . Эпифауны насчитывается более 125000 видов , тогда как инфауны всего 30000.
Плавающий в поверхностном слое воды планктон , постепенно отмирая превращается в детрит, который вместе с еще живыми организмами медленно оседает на дно подобно дождю - сестону , служащим пищей для бентоса. Этой взвесью питаются организмы - сестонофаги , которые фильтруют через себя воду .
Организмами на дне производится большая работа . Часть из них сверлит и растворяет скальные породы, производя биоэрозию ; другая - пропускает через себя ил на дне ( илоеды): третья зарывается в ил ( двустворки ). В результате верхняя часть осадков, мощностью в 1-1,5 м перерабатывается , уплотняется и получается т.н. “ твердое дно ” (hard ground), нередко встречающееся в ископаемом состоянии и свидетельствующая о том , что во время переработки дна осадконакопления не происходило .
В поверхностных водах шельфа биос потребляет фосфор, азот, кремний , железо , молибден, поэтому воды им обедняются. Когда отмершие планктонные организмы опускаются глубже эвфотической зоны, разлагаясь, они освобождают биогенные элементы. Верхняя поверхность термоклина на уровне 100 м - это рубеж между бедной и богатой биогенными элементами зонами. Нарушение термоклина, вызванное апвеллингом , сильным волнением , способствует возвращению вод , обогащенных биогенными элементами в эвфотическую зону .
В экваториальной зоне бентос дает огромное количество материала. Так, в районе Флориды, в Северной Америке , макробентос производит 1 кг карбонатов на 1 м2 в год в приливной зоне , а в более глубоких горизонтах - до 0,4 кг / м2 / год .
Наиболее распространенные осадки на шельфе представлены макрофоссилиями кораллово- водорослевыми рифовыми известняками , известняками - ракушечниками и мшанковыми известняками . Микрофоссилии в зоне шельфа мало.
«Коралловые» рифы распространены в современной тропической зоне океанов и , следовательно, являются индикаторами подобной палеогеографической обстановки в геологическом прошлом . Т.н. “ коралловые” рифы могут быть построены не только кораллами , но и мшанками. Кораллы разных типов растут со скоростью до 2,5 см/ год , образуя каркас рифового массива, в котором обитают многочисленные и разнообразные другие организмы , например, в Индийском и Тихом океанах в рифах обитает до 3000 видов . Эти же обитатели и разрушают риф , превращая его в известковый ил.
Среди рифов различают 3 основных типа : 1) Окаймляющие или береговые; 2) Барьерные; 3) Атоллы.
1. Окаймляющие или береговые рифы располагаются недалеко от береговой полосы или непосредственно примыкают к нему, достигая в ширину нескольких сотен м , а в длину десятков км.
2. Барьерные рифы, хотя и простираются вдоль берегов, но отделены от них мелководным пространством - лагунами. Наиболее известным и протяженным , более 2000 км, является Большой Барьерный риф у СВ побережья Австралии в Коралловом море. Это гигантское сооружение шириной до 180 км и мощностью порядка 200 м отделено от континента лагуной шириной от 30 до 250 км при глубине в первые десятки метров.
3. Атоллы ( атолл - замкнутый , малайск.) представляют собой рифовое кольцо , которое чуть выступает над поверхностью океана и сложено рифовым детритом . Внутри кольца располагается лагуна . Коралловые рифы растут на глубине в первые десятки метров , в теплой освещенной воде , а мощность рифов , выявленная путем бурения, достигает 1,5 км. Это показывает , что рифы растут сверху вниз , за счет опускания океанского дна, что впервые было показано в 1842 г. Чарльзом Дарвином. Ширина атоллов достигает 40-50 км, многие из них , как, например, Эниветок и Бикини, на которых США проводили испытания атомного оружия, разбурены и изучены вдоль и поперек. В рифах обнаружены перерывы в строительстве, т.е . были периоды , когда уровень океана опускался. На указанных выше атоллах этот перерыв фиксируется на глубинах 200-300 м.
Ископаемые рифы широко известны и важны потому, что служат хорошими вместилищами нефти и газа . Такие древние нижнепермские рифы развиты во внешней зоне Предуральского передового прогиба, где с ними связаны многочисленные месторождения нефти .
Наиболее широко распространенными биогенными осадками Мирового океана являются планктонногенные илы , образовавшиеся из пассивно плавающих в поверхностной части вод очень мелких организмов : фораминифер - из группы простейших, класс остракодовых , с однокамерной и многокамерными известковыми раковинами, образованными кальцитом (СаСО3 ); радиолярий ( от слова radiolus - маленький луч ), подкласс одноклеточных , скелет кремнезема - опала; диатомей - одноклеточных микроскопических водорослей.
К планктоногенным илам относятся осадки , в которых скелетных остатков не
менее 30%, а 70% представлено разнообразными глинистыми минералами. По составу различают карбонатные или известковые и кремнистые или, характер которых зависит от поступления различных организмов , их дальнейшем растворении, привносом абиогенных компонентов и преобразованием осадка - илов в породу.
Поступление биогенных компонентов определяется продуктивностью эвфотической зоны, которая обеднена питательным веществом , т.к. оно расходуется фитопланктоном, а более глубинные воды, обогащенные этим веществом , отделены от эвфатической зоной постоянным термоклином , который служит своеобразным экраном , разрушающимся в случае апвеллинга . Там , где перемешивание вод минимально, там и биопродуктивность эвфотической зоны крайне мала.
Сохранность биогенного материала определяет и характер накапливающихся осадков, т. к. очень много скелетных остатков планктона не достигает океанского дна, растворяясь в воде . Какие факторы влияют на растворение планктонных организмов ?
Кремнистые радиолярии растворяются , главным образом, в поверхностных слоях океанских вод , резко недосыщенных SiO 2 , а глубже 1 км растворимость SiO 2 уменьшается в связи с понижением температуры и увеличением давления . Следовательно, если радиолярия не успела раствориться на первых 1000 м , то у нее есть все шансы достигнуть дна.
Кальцитовые фораминиферы, наоборот , растворяются сильнее всего в придонных водах, на глубинах более 4 км, где вода сильно недосыщена СаСО3 . Почему на больших глубинах усиленно растворяются известковые раковинки? Потому, что понижается температура, возрастает давление общее и СО2 , уменьшается содержание карбонатного иона.
В океанах выделяется три важных уровня , которые контролируют степень сохранности СаСО3 .
1-й уровень - лизоклин - разделяет комплексы фораминифер хорошей и плохой сохранности, т.е . подверженных уже некоторому растворению
2-й уровень - критическая глубина карбонатонакопления ( КГК ). Ниже этого уровня , содержание СаСО3 в осадках составляет меньше 10%.
3-й уровень - глубина карбонатной компенсации ( КГл ) , характеризует границу , разделяющую карбонатосодержащие и полностью бескарбонатные осадки , т.е . на этой глубине опускающиеся на дно организмы с карбонатным скелетом полностью растворяются .
Уровень КГл не остается постоянным, а может изменяться если поступление СаСО3 усиливается по каким либо причинам. СаСО3 поступает, главным образом, за счет выноса реками или т.н. “ курильщиков ”, т.е . мест проявления современной гидротермальной активности . Поступление оценивается в 0,11 г/ см2 х 1000 лет, а осаждается СаСО3 со скоростью 1,3 г/ см2 х 1000 лет, что намного выше. Отсюда следует, что более 90% СаСО3 , сконцентрированного в скелетных остатках фораминифер , должно раствориться .
Распространение СаСО3 в поверхностных осадках Мирового океана хорошо коррелируется с рельефом. Все возвышенности в океанах, включая срединно -океанические хребты, как “ снегом ” засыпаны карбонат содержащим илом. Известковые илы бывают: фораминиферовыми , состоящими из раковинок размером более 60 мкм ; кокколитовые или нанофоссилиевые , представленные одноклеточными микроскопическими водорослями , у которых есть наружные щитки из СаСО3 (кокколиты ); птероподовыми , образованными арагонитовыми раковинками планктонных микроскопических моллюсков .
Для геологов важно знать, что из известкового ила образуются одни из самых распространенных пород - известняки и белый писчий мел. Ил уплотняется, пористостьего уменьшается , а объем сокращается на 30-35%, при этом белый писчий мел формируется на глубинах в несколько сот метров , а известняки - около 1 км.
Глубоководное бурение выявило распространение карбонатных пород с возрастом 20-120 млн . лет во всех океанах. Кремнистые илы также представляют собой один из наиболее распространенных видов современных морских осадков. Т.к. кремний - это широко распространенный элемент на Земле , поэтому породы, богатые кремнеземом и являются его основным источником. Кремний извлекается из морской воды различными организмами , которые строят себе из опала скелет , например, диатомеи, кремневые губки , радиолярии. После смерти планктонных организмов медленно опускаются через толщу океанских вод и если не растворятся, то достигнут дна. Если содержание кремнезема в осадках превысит 30%, то такие осадки называются кремнистыми илами , а в зависимости от преобладающих организмов они могут быть радиоляриевыми или диатомовыми .
В отличие от кальцитовых скелетов фораминифер , опаловые скелеты радиолярий растворяются в верхних горизонтах океанских вод , примерно на первом километре, т.к . воды сильно недосыщены кремнеземом , что вызывает быстрое растворение скелетов сразу же после гибели планктона. В донные осадки попадает не более 10% организмов с кремневым скелетом . Таким образом, карбонатно - и кремненакопление регулируется недосыщенностью СаСО3 глубинных и SiO2 - поверхностных вод.
Наиболее богатые кремнеземом осадки распространены в высоких широтах Периантарктической зоны шириной до 2000 км, в области холодного течения, где накапливается до 75 % всего кремнезема , поступающего в океан, количество которого , выносимого реками, оценивается в 4,3 · 10 14 г/ град . Поступление SiO 2 с суши является главным его источником, однако дополнительное количество SiO2 около 20% дает подводная вулканическая деятельность и высокотемпературное изменение базальтов. Зоны кремненакопления связаны с районами апвеллинга и перемешивания вод . В северном поясе кремненакопление развито спорадически - в северной части Тихого океана , в Беринговом и Охотском морях. В некоторых участках Мирового океана существуют условия накопления осадков в среде, обедненной кислородом и, вследствие этого, органическое вещество , захороняющееся в осадках не окисляется и возникает восстановительная обстановка . Районы, где сейчас происходит анаэробное осадконакопление - это, прежде всего, Черное море, некоторые впадины у Южной Калифорнии и в Мексиканском заливе .
Во всех этих районах в силу разных причин резко ослаблена придонная и вертикальная циркуляция вод . В Черном море верхние горизонты воды значительно опреснены (17-18‰) за счет впадения ряда крупных рек: Дуная, Днепра, Дона, Днестра и других . Ниже располагаются значительно более соленые (20-22 ‰) воды, препятствующие вертикальной циркуляции, ввиду чего глубже 50 м содержание кислорода быстро уменьшается и с уровня в 200 м начинается сероводородное заражение . В придонной части вод содержание Н2 S достигает 5-6 см3/ л , бентос отсутствует и накапливаются тонкослоистые осадки , обогащенные органическим веществом . Такие осадки называются сапропелевыми - это черные битуминозные сланцы. Следует отметить , что около 20 тыс . лет назад, когда уровень океана понизился, Черное море было изолированным почти пресноводным бассейном. Впоследствии, когда уровень стал повышаться, соленые воды Средиземного моря проникли внутрь Черного моря, переливаясь через порог Босфорского пролива и формировали придонные соленые слои , которые не перемешивались с опресненными поверхностными слоями. Так наступала стагнация и формирование анаэробной обстановки .
Несмотря на то , что осадки бескислородных вод сейчас распространены ограниченно, в геологическом прошлом они были развиты очень широко в связи с начальными стадиями спрединга океанского дна, когда бассейны были еще изолированными.
Биогенное осадконакопление имеет огромное значение в океанах. Более 50% осадков океана имеют биогенное происхождение . Выше уже отмечалась роль маргинальных фильтров в местах впадения крупных рек в океаны для осадконакопелния . В этих районах, после выпадения относительно крупных частиц образуется значительный объем биогенного материала, т.к. вода становится достаточно прозрачный для массового развития фитопланктона. Именно в этих местах , согласно А.П.Лисицыну происходит образование биогенной взвеси , сначала фито-, а потом и зоопланктона , для которых первый является питательногй средой . Зоопланктон служит своеобразным фильтром.
Организмы – фильтраторы удаляют из морской воды, как органическое вещество , так и минеральную взвесь и связывают их в т.н. пеллеты – комки , быстро, до 500 м / сутки опускающиеся на дно . Биофильтры представляют собой мощнейшую систему , в которой весь объем вод Мирового океана фильтруется всего за 1-1,5 года , а воды, например, Оби, Лены, Енисея за 1-3 суток. В итоге в океанах биогенного вещества оказывается в 50-100 раз больше, чем терригенного материала, принесенного реками с суши. Все воды Мирового океана могут очиститься от взвеси за 1-1,5 года .
Кроме зоопланктонного фильтратора существуют и бентосные , также играющие важную роль . Важно подчеркнуть, что фильтраторы улавливают даже такую тонкую взвесь , как коллоиды и бактерии , не осаждающиеся гравитационным путем .
Хемогенное осадконакопление свойственно полузакрытым морским бассейнам - лагунам, заливам , ранним стадиям формирования рифтов, реже шельфовым морям , располагающихся в зонах аридного климата. В таких условиях происходит образование эвапоритов - каменной соли и гипса. Для этого необходимо высокое содержание соли , испарение периодически поступающей в бассейн морской воды.
Для того , чтобы в таком полуизолированном от океана или открытого моря бассейне в осадок выпадал сульфат кальция - гипс , концентрация солей должна превышать нормальную (3,5 г/ литр или 35‰ ) примерно в 3 раза . Для формирования галита ( NaCl) или каменной соли , концентрация солей в воде должна превышать нормальную уже в 10 раз, а для этого необходимо, чтобы морская вода периодически поступала в бассейн и затем испарялась .
Отложения солей развиты в осадочных отложениях разного возраста в различных структурах земного шара. Например, кембрийские соленосные толщи в Ангаро- Ленском бассейне около оз Байкал ; нижнепермские калийные и натровые соли предуральского передового прогиба; верхнедевонские соли Припятского прогиба в Белоруссии и в других районах. В позднем миоцене, примерно 15-11 млн . лет назад, благодаря эвстатическому понижению уровня океана в связи с образованием ледникового Антарктического щита, Средиземное море оказалось изолированным от Атлантического океана . В миссинском веке - 6,5-5,0 млн . лет назад Средиземное море распалось на ряд изолированных впадин-озер , в которых в условиях жаркого климата происходило осаждение галита , гипса и других солей. Мощность соленосных отложений в ряде впадин достигает 2-3 км, а общий объем эвапоритов составляет 1 млн . км2. Объем такого количества соли из океанов понизил соленость вод на 2 ‰, а это, в свою очередь, способствовало образованию льдов, т.к. температура замерзания воды повысилась . Средиземноморский кризис солености , как его называют, закончился 5 млн . лет назад в начале плиоцена, когда образование Гибралтарского грабена открыло путь воде Атлантического океана во впадины Средиземного моря и вскоре восстановилась нормальная соленость.
Ресурсы дна океанов .
Заканчивая раздел о геологической деятельности океанов и морей, необходимо сказать несколько слов о тех колоссальных ресурсах , которые содержатся в океанском дне и которые экономически выгодно извлекать сейчас или в будущем . Прежде всего, это энергетические ресурсы - нефть и газ. Уже сейчас в Мире со дна акваторий океанов и морей добывается более % нефти и газа и в будущем эта цифра будет увеличиваться. Так как нефть и газ представляют собой сложное соединение углеводородов, образовавшееся из органического вещества , снесенного с суши и, в большей степени, из морского планктона, то мелководные шельфы - это как раз районы, благоприятные для образования месторождений нефти и газа . Примером тому служат Северное море, Мексиканский и Персидский заливы, Баренцево море, прибрежные районы Аляски и другие районы. Именно шельфы в обозримом будущем станут главными объектами для разведки и добычи нефти и газа .
Железо- марганцевые конкреции , покрывающие сплошным ковром огромные пространства абиссальных котловин , где только в Тихом океане их объем оценивается более чем в 200 млрд.т представляют собой полезное ископаемое ХХI века , учитывая, что цены на некоторые металлы могут возрасти. В настоящее время их добыча экономически нерентабельна, хотя исследования активно ведутся рядом стран в центральной части Тихого океана .
Кроме Mn, больший интерес вызывают медь, никель и кобальт. Так запасы Cu оцениваются в 80 · 10 6 тонн, Со - 20·10 6 тонн, Ni - 98 · 10 6 тонн, а Mn - 2200 · 10 6 тонн.
Южнее Гавайских островов в конкрециях сосредоточено около 450 млн . тонн меди при ее среднем содержании в 1%. Металлоносные осадки , связанные с полями гидротермальных систем , также являются потенциальными месторождениями железа , меди, цинка. Одна лишь впадина Атлантис II в Красном море по предварительной оценке содержит 3,2 млн . т цинка , 0,8 млн . т меди, 80000 т свинца , 45000 т серебра и 45 т золота . Перспективы металлоносных осадков огромные, нужно лишь дождаться своего времени .
Россыпи тяжелых металлов - титана , золота , платины , циркония, олова, а также алмазов широко известны в пределах низкого и высокого пляжей, в прибрежной части шельфа, в эстуариях рек. Например, более 70% добычи циркония в Мире, производится у Восточного Австралийского побережья ; около Рефондо - Бич в Калифорнии, также как и вдоль восточного побережья Флориды. На побережье Юго- Восточной Азии, в погребенных отложениях речных русел добывается большое количество олова, приносящее доход Индонезии и Таиланду.
Вдоль восточного побережья Австралии распространены россыпи ильменита, циркона, рутила . Такие же россыпи известны и на побережьях Южной Америки , у берегов Флориды. В некоторых местах побережий Индостана и Шри- Ланки находятся россыпи драгоценных камней - сапфиров и алмазов.
Нельзя не упомянуть о фосфоритах, образующихся на небольших глубинах в пределах шельфа. Наконец, сама морская вода содержит большое количество ценных элементов, которые когда- нибудь будет выгодно из нее извлекать. В городе Фрипорте, штат Техас, уже давно действует завод по извлечению магния из морской воды.
Несмотря на то , что большая часть каменной соли добывается на суше, какая-то ее часть, порядка первых процентов, получается путем выпаривания из морской воды, когда ее пропускают через серию мелких искусственных бассейнов. Сначала из воды осаждается карбонат кальция, потом соли магния, и только в четвертом бассейне из оставшегося раствора образуется хлорид натрия с очень высокой до 99,6% степени очистки.
Строительные материалы - гравий , песок, ракушняки являются важным полезным ископаемым и добываются на мелководье во многих странах - Нидерландах, США, Мексики, Исландии и других .
Заключение. В настоящее время , используя тектонику литосферных плит удалось получить новый фактический материал , касающийся процессов современного осадконакопления в океанах. Эти данные содержат информацию в тысячи раз больше, чем за все предшествующее ее время изучения океанов, как показал А.П.Лисицын . Были получены данные о современных осадках во всех зонах Мирового океана и, что особенно важно , об осадочном веществе , содержащемся в атмосфере , гидросфере и криосфере . Установлено поступление вещества из мантии и океанической коры в областях гидротерм – черных и белых курильщиков и подводного вулканизма . За последние 30 лет пробурено более 2000 в океанах и около 10000 скважин при бурении на шельфах для поисков нефти и газа . Успехи в технике позволили для изучения океанов широко применять геофизические методы: сейсмостратиграфию, магнитостратиграфию, магнитометрию , локаторы бокового обзора и другие . Использование геохимических , радиохронологических , изотопных методов, моделирования осадочных процессов, все это
привело к совершенно новому пониманию осадконакопления в океанах, которое связано с корой океанического типа и отличается от осадконакопления в морях, расположенных на континентальной коре .
МАГМАТИЗМ
Магматические горные породы, образовавшиеся из расплава - магмы , играют огромную роль в строении земной коры. Эти породы сформировались разными путями.
Крупные их объемы застывали на разной глубине , не доходя до поверхности, и оказывали сильное воздействие на вмещающие породы высокой температурой , горячими растворами и газами . Так образовались интрузивные ( лат. «интрузио »- проникать, внедрять ) тела. Если магматические расплавы вырывались на поверхность, то происходили извержения вулканов , носившие, в зависимости от состава магмы , спокойный либо катастрофический характер , Такой тип магматизма называют эффузивным (лат. «эффузио »- излияние ) , что не совсем точно . Нередко извержения вулканов носят взрывной характер , при котором магма не изливается , а взрывается и на земную поверхность выпадают тонкораздробленные кристаллы и застывшие капельки и осколки стекла – быстро охлажденного расплава . Подобные извержения называются эксплозивными (лат. «эксплозио» - взрывать ). Поэтому , говоря о магматизме ( от греч . «магма»- пластичная , тестообразная, вязкая масса), следует различать интрузивные процессы, связанные с образованием и движением магмы ниже поверхности Земли , и вулканические процессы, обусловленные выходом магмы на земную поверхность. Оба эти процесса неразрывно связаны между собой , а проявление того или другого из них зависит от глубины и способа образования магмы , ее температуры , количества растворенных газов, геологического строения района , характера и скорости движения земной коры и т.д .
Как интрузивные , так и вулканические горные породы содержат крупные залежи полезных ископаемых и, кроме того , они являются надежными индикаторами тектонических и геодинамических условий геологического прошлого, что позволяет проводить их реконструкцию .
Понятие о магме .
Магма - это расплавленное вещество , которое образуется при определенных значениях давления и температуры и представляет собой флюидно - силикатный расплав, т.е . содержит в своем составе соединения с кремнеземом (Si О2) и летучие вещества , присутствующие в виде газа ( пузырьков), либо растворенные в расплаве. При затвердевании магматического расплава он теряет летучие компоненты, поэтому горные породы гораздо беднее последними, нежели магма. Силикатные магматические расплавы состоят из кремнекислородных тетраэдров , которые полимеризованы в разной степени. Если степень полимеризации низка, то тетраэдры, как правило, изолированы ; если высока, то они сливаются в цепочки , кольца и т.д . Любой магматический расплав - это трехкомпонентная система, состоящая из жидкости, газа и твердых кристаллов , которая стремится к равновесному состоянию . В зависимости от изменения температуры , давления, состава газов и т.д . меняются расплав и образовавшиеся в нем ранее кристаллы минералов - одни растворяются , другие возникают вновь, и весь объем магмы непрерывно эволюционирует. Подобный процесс называется магматической дифференциацией . На нее оказывает влияние также и взаимодействие с вмещающими породами и потоками глубинных флюидов .
Процесс кристаллизационной дифференциации хорошо изучен , причем не только теоретически , но и экспериментально . Кристаллы , образующиеся в магме, обычно отличаются от нее по составу, а также по плотности, что вызывает осаждение иливсплывание кристаллов . При этом состав оставшегося расплава будет изменяться . В основных силикатных базальтовых магмах сформировавшиеся раньше всего кристаллы оливина и пироксена, как обладающие большей плотностью, могут скапливаться в нижних горизонтах магматической камеры, состав которой из однородного базальтового становится расслоенным . Нижняя часть приобретает ультраосновной состав , более высокая - базальтовый, а самые верхние части, обогащаясь кремнеземом и щелочными металлами, приобретают кремнекислый состав , вплоть до гранитного Так образуются расслоенные интрузивные тела . Кристаллизационная и гравитационная дифференциация является одним из важнейших процессов эволюции магматических расплавов.
Не меньшую роль играет и взаимодействие магмы с флюидами. Как уже говорилось , магма - это флюидно - силикатный расплав, состоящий из главных нелетучих петрогенных окислов: SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O3 , Fe 2O3 , FeO, CaO, MgO, Na 2 O, K2 O по объему составляющих 90-97%. Летучие компоненты в магме представлены СО2 , Н2 , Н2 О, HF и др. Оксид углерода , водород , вода легко ( раньше всего) отделяются от расплава , способствуя образованию “сухих ” магм. Фтор и другие летучие компоненты накапливаются в расплаве , так как они трудно отделимы от него . “Сухие” расплавы, например известные всем доменные алюмосиликатные шлаки, кристаллизуются при высокой температуре - около 1500-1600 ° С. В то же время природные базальтовые расплавы имеют температуру кристаллизации 1200-1300 ° С, а более кремнекислые и еще ниже. Чем вызвана эта разница?