Файл: Ответы геология.doc

Вопрос 46

Кальдера

Характеризуется значительным провалом у вершины вулкана. Которое образовано обрушением верхней части магматического очага. Обычно круглая или в форме подковы, если смотреть сверху.

Шлаковый конус

Шлаковый конус образуется в результате накопления частиц магмы (шлак), которые выпадают вокруг жерла или кратера вулкана после извержения во время умеренной взрывной деятельности.

Сложный вулкан

Вулканическая структура, имеющая два или более жерла, лавовых купола или стратовулкана, часто формируется в разное время.

Жерловая трещина

Вулканическая структура, состоит из накопленного вулканического материала по бокам эруптивных трещин, как правило, возникают в местах разломов земной коры.

Лавовый купол

Образуется путем накопление лавы в виде купола с крутыми склонами над эруптивным отверстием.

Щитовой вулкан

Большая вулканическая структура с длинными пологими склонами образована большей частью из лавовых потоков.

Сомма

Тип вулкана, состоящий из двух вулканических конусов, один из которых сформировалась внутри другого.

Стратовулкан

Вулкан состоит из различных слоев или слоев, материалом которых является лава и пирокластические потоки.

Туфовый конус

Конус с довольно крутыми склонами состоит из мелкозернистых вулканических осколков образовавшихся во время взрыва вулкана в результате взаимодействия магмы и воды.

Вопрос 47

КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ РИФТИНГ
Четыре главных стадии могут быть признаны в тектоническом развитии типичного рифтинга пассивного края:

1. Стадия ВОСТОЧНО-АФРИКАНСКОЙ ЗОНЫ РАЗЛОМОВ вовлекает раннее формирование грабена до континентального раскола. Эта стадия может быть связана с подъемом дамала (domal), вызванным поднятием горячего верхнего материала мантии - но этот подъем не является вездесущим и может быть связан с основными горячими точками мантии, как это имеет место по Восточно-Африканской зоне разломов.
   (2) ЮНАЯ стадия, длится примерно 50 Му после начала спрединга, тепловые эффекты являются все еще доминирующими. Эта стадия характеризована быстрым региональным понижением внешнего шельфа и склона, но некоторые элементы грабена могут сохраниться. Пример - Красное море.
   (3) ЗРЕЛАЯ стадия, в течение которой подчиненные региональные понижения могут оставаться. Пример -большинство существующих континентальных краев Атлантики.
   (4) Стадия ПЕРЕЛОМА, когда субдукция начинает и заканчивает историю континентального края
   
   Есть много примеров начальной стадии. Это не только Восточно-Африканская зона разломов, а также долина Мидланд в Шотландии, рейнский грабен, грабен Осло (the Midland Valley of Scotland, the Rhine Graben, the Oslo Graben). Эти трещины никогда не выходили за пределы стадии 1. Обычно вулканизм, связанный с этими разломами, является очень щелочным и ненасыщенным кварцем.
   
   
   По поводу процессов, инициирующих рифтинг, ведутся дебаты. Некоторые исследователи приписывают рифтинг верхней части коры доминга (doming) по зоне горячей точки (hot-spot), предполагая, что доминг отражает основу горячего, разуплотненного плюма. Действительно, части западно-африканской системы трещин очень подняты по сравнению с другими частями, но другие геофизические модели предполагают, что мантия астеносферы поднимается очень высоко под земными трещинами. Однако также очевидно, что рифтинг может произойти и без обширного подъема в случае конвективных процессов в основной астеносфере в случае экстенсии. Чтобы расколоть континент на части, необходимо иметь трещины, связанные с различными возможными тепловыми куполами, связанными вместе. Морган (1981, 1983) предложил, чтобы дрейф континентов стартовал, необходимо медленно по горячим точкам прожечь плиту подобно процессам при использовании паяльной лампы и эти ослабленные зоны становятся участками континентального рифтинга.
   
   Burke & Whiteman, 1973, после выдвижения гипотезы доминга, предположили, что в этих доминговых регионах развивается система из трех трещин, формируя переходник в виде тройного соединения ''rrr'' тройное соединение. Хотя возможно, что все три трещины могли бы развиться в океан (''RRR''), более вероятно, что две из этих трещин развились бы в океане (''RRr''), оставляя третью трещину как ''неудавшуюся руку''. Они продемонстрировали, как на многих континентах можно распознать эти RRr соединения. ''Неудавшаяся рука'' (failed arms) - спящая трещина, так как тепловая аномалия распадается и становится участком главного потока осадков или бассейном осадконакопления, или главным речным каналом и дельтой. Впадина Бенуэ (Benue Trough) в Нигерии расценена как пример такой «неудавшейся руки» после открытия трещин в южной Атлантике. Когда океаны в конечном счете закрываются, возможно распознать эти «неудавшиеся руки»(их называют ''aulacogens''), , так как все эти depositional basins ориентированы перпендикулярно поясу гор в отличие от основного большинства бассейнов, которые параллельны горным поясам).
   
   РАЗВИТИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ РИФТОВ
   
   Ранние идеи о развитии рифта показаны на пятом рисунке, базируемом на африканской системе трещины, где есть существенный рифтовый магматизм. Есть известная зона экстенсии до 50 км. В то же самое время есть подъем более податливой мантии, особенно астеносферы. Кора, и особенно верхняя кора, принята и весьма ломкая (brittle crust).
   
   На первой стадии в этой ломкой коре начинают формироваться грабеноподобные разломы.
   
   Вторая стадия показывает пронизывание литосферы из-за подъема астеносферного диапира. Декомпрессия связалась с последующим расплавлением мантии, порождающим алькалийные щелочные базальтовые магмы. Существующие ранее отложения проваливаются в грабен.
   
   Третья стадия сопровождается существенной экстенсией и сильным подъемом астеносферы. Последний случай провоцирует доминг коры (как в случае с Западно-Африканским рифтом). Новые отложения депонируются в пределах грабена в результате эрозии его вздымающихся сторон. Так что здесь можно найти оба типа седиментов – до-рифтовые и синхронные к рифту (как в Восточно-Африканской зоне разломов), но отложения на флангах прогрессивно эродируются.
   
   Четвертая стадия показывает обособляющий континенты рифтинг, когда астеносфера поднимается к поверхности, вызывая экстенсиональное расплавление и декомпрессию. Новая базальтовая океаническая кора сформирована.
   
   Наконец возникает стадия распространения ложа океана и океанский бассейн расширяется. Рифтинговые осадочные слои захоронены под более молодыми морскими отложениями.
   
   ШЕЛЬФОВЫЕ КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ
   Реальная ситуация на пассивных континентальных краях показана на шестом рисунке. Она типична для множества кор на профилях, пересекающих континентальный шельф восточной части Атлантического побережья Северной Америки с проекцией на глубину в 30 км и эти данные основаны в значительной степени на гравитационном и магнитометрическом исследовании с добавлением данных сейсмических профилей с некоторой экстраполяцией террастриальной геологии, основанной на материалах глубинного бурения.
   
   Огромные толщи мезозойских и третичных отложений здесь (в отличие от африканского шельфа), здесь достигают почти 15 км, но в других районах слой может быть еще толще. У основания этой груды находятся вулканические и вулканогенные отложения и слой эвапоритов, которые по всей видимости сформировались в мелководной среде, а также массивные залежи карбонатного кораллового рифа, которые также мелководные, но также указывают на прогрессивное погружение .. .. достаточно медленное, и накопления мелководных отложений способно держать этот темп.
   
   Во многих частях континентального шельфа на восточном побережье США есть главная параллельная побережью магнитная структура, возможно главное интрузивное вторжение. Но его возраст неизвестен.

Вопрос 48

Вопрос 49

Под метаморфизмом понимают изменение и преобразование горных пород под влиянием различных эндогенных геологических процессов, вызывающих значительные изменения термодинамических условий (прежде всего температуры и давления). Все преобразования в горных породах при процессах метаморфизма происходят путем их перекристаллизации в твердом состоянии. Метаморфизму могут подвергаться горные породы любого происхождения - осадочные, магматические и ранее существовавшие метаморфические. Степень изменения первичных горных пород (степень метаморфизма) может быть самой различной - от незначительных преобразований до полного изменения состава и облика пород.

Главными причинами, или факторами метаморфизма горных пород, являются температура, давление и химически активные вещества - растворы и летучие соединения.

Температура. Процессы метаморфизма, по мнению большинства исследователей, совершаются в интервале температур от 250 - 300° до 800° С. Повышение температуры всего на 10° С вдвое увеличивает скорость химических реакций, а на 100° С примерно в 1000 раз. В условиях земной коры повышение температуры вызывается двумя основными причинами:

погружением горных пород на большие глубины, что ведет к возрастанию температуры благодаря геотермическому градиенту (в среднем 1 ° на 33 мм.);
тепловым воздействием магматических расплавов, внедряющихся в земную кору.

Повышение температуры также может вызываться поступлением глубинных флюидов, местным возрастанием внутреннего теплового потока и некоторыми другими причинами.

Давление. Различают давление петростатическое (всестороннее) и боковое (одностороннее) или стресс.

Петростатическое давление является функцией глубины, и возрастание его обычно связано с погружением горных пород в глубь литосферы. Петростатическое давление также повышает температуру плавления минералов.

Боковое давление (стресс) возникает при интенсивных тектонических движениях дислокационного характера. Оно приводит к деформации, вызывает появление закономерностей пространственной ориентировки их в горной породе. Так, например, пластинчатые минералы располагаются плоскостями спайности перпендикулярно к направлению давления, в результате чего формируются так называемые сланцевые текстуры горных пород.

Химически активные вещества (вода, углекислота, водород, соединения хлора, серы и др.) являются катализаторами, облегчающими реакции между кристаллами, участвуют в образовании новых минералов, входя в их структуру и производя замещение старых минеральных ассоциаций новыми.

Существенная роль принадлежит фактору времени, ибо все это очень длительные процессы, осуществляющиеся в масштабах геологического времени.

Если же метаморфические преобразования сопровождаются значительным приносом и выносом, происходит замещение одних минеральных ассоциаций другими, изменяется химический состав горных пород. Такой метаморфизм называется метасоматическим.

По преобладающей роли в процессе тех или иных факторов, а также в зависимости от масштабов явлений метаморфизма в пространстве выделяют отдельные виды, или типы метаморфизма. Основными типами метаморфизма являются региональный, контактовый и динамометаморфизм.

Региональный метаморфизм является наиболее распространенным и важным видом метаморфизма, поскольку охватывает огромные площади или целые регионы. Он проявляется в условиях, когда отдельные участки земной коры испытывают длительное прогрессивное погружение, в результате чегогорные породы перемещаются из верхних горизонтов земной коры в более глубокие. Обычно прогибание компенсируется осадконаполнением и в качестве главных факторов регионального метаморфизма, таким образом, выступает петростатическое давление и температура, постепенное повышение которой обусловлено геотермическим градиентом; существенную роль также может играть односторонне боковое давление и химически активные вещества.

В глубинных зонах земной коры может проявляться особая стадия регионального метаморфизма, называемая ультраметаморфизмом. Расплавы, возникающие при ультраметаморфизме и имеющие обычно гранитный состав, проникают во вмещающие породы, пронизывают их, образуя своеобразные породы смешанного состава - мигматиты. Широко развиты мигматиты в пределах древних щитов - Балтийского, Украинского, Алданского.

Контактовый метаморфизм проявляется на контактах магматических расплавов, внедряющихся в земную кору, с вмещающими породами. Вблизи контакта образуется ореол метаморфических пород, который обычно захватывает как окружающее магматическое тело породы, так и краевые части самого магматического тела. Ширина зоны контактового изменения (контактового ореола) может изменяться от сантиметров до первых километров. Основными причинами изменения горных пород в зонах контактов являются температура, возрастающая благодаря тепловому воздействию магматических масс на вмещающие породы, и химически активные газовые и жидкие растворы, выделяемые магматическими расплавами.

Процесс замещения одних минералов другими, протекающий при участии газовых и жидких растворов и сопровождающийся изменением химического состава минеральных образований называется метасоматозом, а разновидность метаморфизма - контактово - метасоматическим. В зависимости от агрегатного состояния растворов различают пневматолитовый и гидротермальный контактово - метасоматический метаморфизм. Наиболее распространенным контактово - метасоматическими горными породами являются скарны и грейзены.

Динамометаморфизм (катакластический, дислокационный метаморфизм) проявляется, главным образом, в верхних частях земной коры, в зонах развития тектонических движений дислокационного характера. Часто локализуется вдоль разрывных тектонических нарушений. Таким образом, основной причиной, вызывающей его, является одностороннее давление. При динамометаморфизме изменяются в основном структурно - текстурные особенности горных пород. Происходит их дробление, а в более глубоких зонах в связи с повышением температуры механическое разрушение сменяется пластическими деформациями. В породах появляется полосчатость, заключающаяся в чередовании слоев различных по форме зерен и окраске минералов, возникает кристаллизационная сланцеватость.

 Вопрос 50

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О МЕТАМОРФИЗМЕ ОСНОВНЫЕ

ПОНЯТИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКОЙ ПЕТРОЛОГИИ

Уже с самого начала выделения и изучения метаморфических пород исследователи

полагали, что продукты метаморфических реакций наиболее приближены к состоянию

химического равновесия. Это проистекало из тех фактов, что породы определенного

состава в близких условиях давали одинаковые парагенезисы минералов, устойчивые в

данном интервале температур и давлений. Возникает вопрос, почему метаморфизм

приводит к формированию пород, наиболее близких к состоянию физико-химического

равновесия по сравнению с другими геологическими процессами?

Это обусловлено, прежде всего, большой длительностью метаморфизма. Как мы

увидим дальше, этот фактор – геологическое время – играет огромную роль и в

сохранении особенностей состава исходных пород, несмотря на полное преобразование их

минерального состава. Региональный метаморфизм длится несколько миллионов лет.

Преобразование осадка начинается через 1-100 лет. Кристаллизация вулканитов

продолжается до года, а интрузий – тысячи лет. За столь короткое по сравнению с

метаморфизмом время редко успевает сформироваться полностью равновесный

парагенезис минералов, и велика вероятность наличия метастабильных фаз. Поэтому

метаморфический процесс, как наиболее длительный, считается наиболее близким к

равновесному, а метаморфические процессы издавна изучались с позиций равновесной

термодинамики.

Большинство пород, подвергающихся метаморфизму, представляют по составу

весьма сложные многокомпонентные системы. Строго говоря, эти системы являются

открытыми, так как могут обмениваться веществом с внешней средой и не могут

описываться законами равновесной термодинамики. В то же время, эту макросистему

можно разделить на бесконечное число мелких подсистем, в которых метаморфическая

реакция прошла до конца, и сформированный парагенезис равновесен в данных РТ-

условиях. Данный принцип «мозаичного равновесия», выдвинутый Д.С. Коржинским

[1957], или локального равновесия Томпсона [1959] лег в основу возможности

применения равновесной термодинамики к изучению метаморфических и

метасоматических процессов. Это привело к прорыву в развитии физико-химического

моделирования в области геологических систем.

Равновесным состоянием системы называется такое, когда система остается

неизменной при одновременной неизменности окружающей среды. На микроуровне в ней

могут протекать процессы, уравновешивающие друг друга, но внешние независимые

параметры состояния остаются неизменными. При изменении хотя бы одного параметра

система становится неустойчивой и в ней начинаются преобразования.

Базисными понятиями термодинамического анализа (в применении к породным

системам – парагенетического анализа) являются термины система, параметры системы,

фаза, компонент, химическое равновесие, метаморфические реакции, химический

потенциал, константа равновесия.

Система – это совокупность материальных тел, имеющая общую границу раздела

с окружающей средой и характеризующаяся определенными физическими

характеристиками (температурой, давлением, составом, объемом). Системы бывают

открытые, когда они могут обмениваться с окружающей средой веществом или теплом,

закрытые, когда они не могут обмениваться с окружающей средой, или частично

закрытые. Совокупность всех физических и химических характеристик системы

называется состоянием системы. Для метаморфической геологии системой может

являться блок пород, метаморфизованный в одной фации, или отдельный пласт, или

порода. Состояние системы характеризуется рядом термодинамических свойств, которые

взаимосвязаны и изменяются одновременно. Для полного описания системы необходимо

и достаточно знать какое-то наименьшее количество термодинамических свойств,

которые называются параметрами состояния системы.

Параметры – величины, при помощи которых может быть однозначно описано

состояние системы. Это независимые переменные, такие, как температура, давление,

объем, масса, внутренняя энергия и т.д. Среди них различаются экстенсивные и

интенсивные параметры.

Экстенсивные – это параметры, обладающие свойством аддитивности. Например,

объем, масса, энтропия. Так, объем системы равен сумме объемов фаз, а масса системы –

сумме масс фаз.

Интенсивные – это параметры, не зависящие от массы системы или числа частиц в

ней (температура, давление, химический потенциал, плотность, концентрация).

Фаза – это отделенная физическими границами часть системы, находящаяся в

твердом, жидком или газообразном состоянии и обладающая устойчивым составом при

определенных значениях температуры и давления. Применительно к породной системе –

это минералы, флюид, газовая фаза. Все зерна минерала одинакового состава

представляют одну фазу. Минералы переменного состава содержат несколько миналов,

которые не являются отдельными фазами, так как не имеют четких разделов, а

представляют твердый раствор. Например, гранат, представляет фазу, но входящие в его

состав альмандин, пироп, спессартин и гроссуляр отдельными фазами не являются. Так же как в плагиоклазе входящие в него миналы альбита и анортита не представляют

отдельных фаз.

Компоненты – это элементы (оксиды), полностью отражающие состав системы.

Реакции между ними могут дать весь набор составляющих систему фаз (минералов).

Компоненты подразделяются на зависимые и независимые, инертные и подвижные.

Зависимые компоненты системы имеют одинаковые стехиометрические формулы, но