ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.09.2020
Просмотров: 3885
Скачиваний: 5
Магма, поднимаясь вверх по каналу и, достигнув поверхности Земли, изливается в виде лавы (от лат «лаваре» - мыть, стирать), отличающейся от магмы тем, что она уже потеряла значительное количество газов. Термин лава вошел в геологическую литературу после того, как он стал использоваться для излившейся магмы Везувия.
Главные свойства лавы – химический состав, температура, содержание летучих, вязкость – определяют характер эффузивных извержений, форму, структуру поверхности и протяженность лавовых потоков.
Если вязкость у лав низкая, то они могут растекаться, покрывая большие пространства и далеко уходя от центра излияния. Высокая вязкость, наоборот, вынуждает лавы нагромождаться недалеко от места извержения, а кроме того, они текут гораздо медленнее, чем маловязкие лавы. Вязкость лав контролируется давлением, температурой, химическим составом, содержанием летучих. Чем более кислая лава, тем ее вязкость выше.
Химический состав лав изменяется от кислых, содержащих больше 63% SiO2 и до ультраосновной, SiO2 меньше 45%. Все остальные лавы имеют промежуточное содержание кремнезёма.
Кислые лавы (SiO2 >65%) представлены риолитом, состоящим из кварца, кислых плагиоклазов, биотита, амфибола и ромбического пироксена. Основная масса представлена вулканическим стеклом. Для него характерна флюидальная текстура. К кислым лавам относятся также дациты с несколько меньшим содержанием SiO2.
К средним лавам ( SiO2 – 65-53%) относятся андезиты (от гор в Южной Америке Анд), содержащие кварц, плагиоклазы, биотит, реже роговую обманку.
Наибольшим распространением пользуются основные лавы – базальты (SiO2 53-45%), породы темного цвета, часто черные, с вкрапленниками основного плагиоклаза, оливина и пироксена (ромбического и моноклинного). Быстрое остывание лавы приводит к появлению зональных минералов вкрапленников.
Ультраосновные лавы (SiO2 <45%) – коматииты (от р.Комати в Ю. Африке) сейчас не встречаются, но были широко распространены в докембрии. Вкрапленники представлены оливином и редко клинопироксеном.
Температура извергающихся лав более высокая у базальтов и постепенно снижается к риолитам:
базальты – 1000 - 1200°С
андезиты – 950 - 1200°С
дациты – 800 - 1100°С
риолиты – 700 - 900°С
Температура лавы измеряется с помощью специальных приборов – пирометров, в которых накал нити, регулируемый электрической батареей, достигает цвета лавы, после чего температура вычисляется по специально градуированной шкале:
начало красного свечения ~ 540°С
темно-красное свечение ~ 650°С
желтоватое свечение ~ 1100°С
начало белого свечения ~ 1200°С
белое свечение ~ 1480°С.
Плотность лав зависит от состава и флюидной динамики потока, но в целом она изменяется следующим образом:
- у базальтов – выше 2,8 – 2,6 г/см3;
- у андезитов –2,5 г/см3
- у риолитов – 2,2 – 2,1 г/см3.
Плотность лав уменьшатся с увеличением температуры (например, для базальтов с температурой 900°С плотность ρ= 2,8 г/см3, а при 1300°С – ρ = 2,7 – 2,6 г/см3.
у базальтов – выше 2,8 – 2,6 г/см3
2. Твердые продукты извержений
Помимо лав при извержении вулканов выбрасывается огромное количество обломочного материала – тефры (такое название дано Аристотелем) и быстро остывающей в процессе полета и падающей уже в твердом виде сгустков вязкой лавы. Эти продукты являются производными магмы, но не излившейся, а застывшей в жерле вулкана. Образуются эти обломки и выбрасываются на поверхность при извержениях эксплозивного (взрывного) типа, когда лавовая «пробка» разрушается под давлением скопившихся газов.
Классификация тефры основывается на размерах обломков. Наиболее крупными являются вулканические бомбы – крупные обломки лавы величиной от нескольких сантиметров до 1 м и более. Лапилли (лат. «лапиллис» - камешек) – это пузырчатые или округленные обломки шлаков величиной до 1,5 – 3,0 см. песком называются частицы лавы обычно величиной от 1 до 5 мм. Пепел состоит из мельчайших частиц (менее 1 мм) лавы, вулканического стекла и других пород.
Когда рыхлый материала литифицируется, т.е. превращается в плотную породу - вулканический туф.
3. Газообразные продукты извержений
Газообразные продукты или летучие, играют решающую роль при вулканических извержениях. Их состав весьма сложен и изучен далеко не полностью из-за трудностей с определением состава газовой фазы в магме, находящейся глубоко под поверхностью Земли.
По данным прямых измерений, в различных действующих вулканах среди летучих содержится водяной пар, диоксид углерода (СО2), оксид углерода (СО), азот (N2), диоксид серы (SО2), триоксид серы (SО3), газообразная сера (S), водород (Н2), аммиак (NН3), хлористый водород (HCl), фтористый водород (HF), сероводород (Н2S), метан (СН4), борная кислота (Н3ВО3), хлор (Сl2), аргон и другие, но преобладают Н2О и СО2. Присутствуют хлориды щелочных металлов, а также железа и меди. Состав газов и их концентрация очень сильно меняются в пределах одного вулкана от места к месту и во времени. Зависят они и от температуры и в самом общем виде от степени дегазации мантии и от типа земной коры.
По данным японских ученых, зависимость состава вулканических газов от температуры выглядит следующим образом.
Таблица 2.13 Зависимость состава вулканических газов от температуры
-
Температура, °С
Состав газов (без воды)
1200 – 800
HCl, CO2, H2O, H2S, SO2
800 – 100
HCl, SO2, H2S, CO2, N2, H2, Cl2
100 - 60
H2, CO2, N2, SO2, H2S
60
CO2, N2, H2S
Приведенные данные показывают, что наиболее высокотемпературные газы являются скорее всего ювенильными, т.е. первичными магматическими эманациями, тогда как при более низких температурах они явно смешиваются с атмосферным воздухом и водой, которая проникает в вулканические каналы по многочисленным трещинам. Такая атмосферная вода называется вадозной (от лат «вадозус» - неглубокий). Ниже +100°С пары воды превращаются в жидкость, которая реагирует с малорастворимыми соединениями типа HСl, образуя агрессивные кислоты.
По мере угасания активности вулкана происходит падение температуры и изменение состава газов. Среди них выделяются:
- фумаролы (лат. «фумус» - дым) – газы и водяные пары с температурой выше 180°С, имеют разнообразный газовый состав – водяные пары, углекислый газ, азот, сернистый газ, водород, окись углерода, хлор и др.;
- сольфатары (итал. «сольфатара» - серна копь), или сернистые возгоны – газы с температурой 100 - 180°С, состоящие из водяных паров и сернистых соединений;
- мофеты (итал. «мофета» -место зловонных испарений на земле), или углекислые возгоны – газообразные смеси с температурой менее 100°С, состоящие из водяных паров и углекислого газа.
Таким образом, характер выделения газов зависит от состава и вязкости магмы, а скорость отделения газов от расплава определяет тип извержения.
Типы вулканической деятельности
По характеру извержения вулканы делятся на пять типов:
1. Гавайский – спокойное истечение текущей базальтовой лавы с температурой1300°С. Лава образует невысокие фонтаны, большие пузыри и тонкие\. Обширные покровы лавовых потоков, наслаивающиеся один на другой, образуя крупные, но плоские щитовые вулканы. Благодаря тому, что извержения сопровождаются фонтанированием лавы, ее разбрызгиванием, то образуются валы и пологие конусы, образованные хлопьями жидких базальтов. Наиболее характерными типами извержений такого рода обладают вулканы Гавайских островов в Тихом океане – Килауэа, Мауна-Лоа, Мауна-Кеа, Хапемаумау и другие. Извержения обычно происходят из открытых жерл спокойно, изредка сопровождаясь слабыми взрывами.
2. Стромболианский – истечение лавы сопровождается слабыми ритмическими взрывами: температура лавы1000–1100°С, лава менее текучая, чем у вулканов Гавайского типа. Этот тип извержения назван по характеру деятельности вулкана Стромболи, расположенного в юго-восточном углу Тирренского моря у побережья Италии. Извержения обладают ритмичностью и в воздух периодически выбрасываются вулканические бомбы и туфы. Высота выбросов редко превышает 100 – 300 м потому, что газы отделяются от сравнительно жидкой магмы у края жерла. Если магмы много, она изливается в виде лавовых потоков. Извержения стромболианского типа образуют обычно шлаковые конусы.
3. Везувианский – извержению предшествуют подземные толчки и взрывы с выбросом большого количества пепла и водяных паров. Извержения этого типа характерны для вязкой магмы, насыщенной газами, что определяет умеренные или мощные взрывы, выбрасывающие высоко вверх обломки лав, иногда еще раскаленных, но быстро остывающих и образующих туфовые, пепловые и глыбовые вулканические конусы.
4. Пелейский – лава вязкая, извержению предшествуют сильные подземные толчки и взрывы, над кратером образуется купол загустевшей лавы, перекрывающий выход газов и, как следствие, образование теплогазовой палящей лавины с температурой700–1000°С. Этот тип извержения назван по вулкану Мон-Пеле на о. Мартиника в Карибском море, сопровождается не только мощными взрывами, но и образованием раскаленных газово-пылевых лавин, с огромной скоростью скатывающихся со склона вулкана. Магма, как правило, вязкая, закупоривающая жерло вулкана. Когда давление газов превышает прочность этой пробки, происходят взрывы и выбросы лавы. Этот тип извержений весьма опасен. Катастрофа 1902 г. привела к гибели 30 000 жителей города Сен-Пьер на Мартинике. и хорошо
5. Бандайсайский – извержение сопровождается мощными взрывами, с образованием большого количества тепла и пепла, лава густая, вязкая, закупоривается жерло вулкана.
Рис. Типы вулканических извержений
а – гавайский, б – стромболианский, в – везувианский, г – пелейский;
1 – слои застывшей лавы, 2 – раскаленная лава, 3 – лавовые выбросы, 4 – лавовые потоки, 5 – слои пирокластического материала, 6 – газовое облако, 7 – лавовая корка, 8 – облако газов, пепла и обломков лавовой корки, 9 – обелиск лавы, 10 - грубообломочные продукты разрушения обелиска, 11 – «палящая» туча газов и раскаленного пепла
Географическое распространение вулканов
Условно образовавшиеся на поверхности Земли вулканы принято разделять на действующие и потухшие. Количество вулканов, извержение которых в историческое время установлены или очень вероятны, составляет более500. Кроме того, отмечено более 200 вулканов с законченной деятельностью и в очень хорошо сохранившемся виде. Предполагается, что они были действующими в течение последних нескольких десятков тысяч лет.
Большинство ныне действующих вулканов находится в очень узких зонах, протягивающихся близ краев тектонических плит Земли.
Подавляющее большинство крупных извержений происходит вдоль срединно-океанических хребтов, где плиты раздвигаются в разные стороны (вулканы трещинного типа). Вулканические районы имеются и во внутренних областях плит (Гавайи).
Большинство наиболее активных вулканов (центрального типа) находятся в зонах субдукции, где края океанических плит погружаются под континентальные плиты и поглощаются затем мантией. При этом, как правило, вулканы располагаются на вышележащей плите, на расстоянии в несколько десятков километров от ее края. Для этих вулканов весьма характерны тепловые, грязевые и лавовые потоки, кипящие лавины, мощные выбросы пепла. Если же сталкиваются две континентальные плиты (Гималаи), то вулканы обычно не образуются.
Рис. 2.60 Географическое распространение вулканов (по М.М. Жучкову и др.)
1 – Тихоокеанский вулканический пояс» 2 – зона потухших вулканов этого пояса; 3 - Средиземноморско-Индонезийский вулканический пояс; 4 – Индонезийско-Тихоокеанский вулканический пояс; 5 – Атлантический пояс; 6 – вулканическая область Африканской рифтовой зоны; 7 – вулканическая область Байкальской рифтовой зоны; 8 – область современного вулканизма; 9 – группы потухших вулканов
2.10 Метаморфизм
Метаморфизмом (от греч. «метаморфозис» - превращение) называется процесс перекристаллизации горных пород в твёрдом состоянии, протекающий в недрах Земли под действием температуры (Т), давления (Р) и флюидов преимущественно жидких или газово-жидких.
Горные породы, в результате тектонических движений, попадая в иные физико-химические условия по сравнению с первоначальными условиями их формирования, испытывают различные преобразования, т.е. метаморфизуются. В результате метаморфизма исходной горной породы – магматической или осадочной – образуется новая горная порода – метаморфическая. Метаморфические изменения в горных породах начинаются при повышении температуры до +200°С и увеличении всестороннего давления, вызванного весом вышележащих пород.
Основной причиной перекристаллизации при изменении термодинамических параметров среды является различная устойчивость минералов в тех или иных условиях. Для каждого минерального вида имеется свой диапазон устойчивости как по температурам, так и по давлениям. При выходе за соответствующие рамки минералы разрушаются, а из входивших в них химических элементов кристаллизуются другие минеральные вещества.
Условия проявления и классификация метаморфических процессов.
В зависимости от того, в каком направлении меняется температура, метаморфизм подразделяется на прогрессивный и регрессивный.
Прогрессивным называется метаморфизм, протекающий при повышении температуры, регрессивным – тот, который идёт при её уменьшении. При прогрессивном метаморфизме ассоциации минералов, устойчивых в условиях относительно низких температур, замещаются другими, более высокотемпературными. Соответственно, горная порода, которая была сложена низкотемпературными минералами, преобразуется в новую породу с иным минеральным составом. При регрессивном метаморфизме процесс идёт в обратном направлении.
Важнейшим условием, обеспечивающим возможность протекания процесса как в одном, так и в другом направлении, является наличие в горных породах воды. Именно вода является средой, в которой протекают разнообразные химические реакции. Вода при метаморфизме может оказаться средой не только для осуществления химических реакций; в ней может осуществляться и направленная миграция тех или иных химических веществ. В зависимости от того, осуществляются ли при метаморфизме процессы привноса – выноса химических элементов, различают метаморфизм изохимический и аллохимитческий.
Изохимический метаморфизм происходит без изменения исходного химического состава горной породы. При метаморфизме аллохимическом (метасоматозе), в результате привноса и/или выноса тех или иных компонентов химический состав горной породы претерпевает разнообразные изменения.
Основные факторы метаморфизма, воздействующие на вещество исходных пород:
температура,
давление - стрессовое и петростатическое (за счет вышележащих толщ),
химически активные вещества (флюиды).
В зависимости от условий проявления, масштабов распространения процесса и роли того или иного фактора выделяются следующие типы метаморфизма: региональный, контактовый, динамический, ультраметаморфизм, метасоматоз, ударный метаморфизм.
Региональный метаморфизм проявляется на обширных площадях в связи с крупными тектоническими событиями в развитии регионов. При региональном метаморфизме всегда, в тех или иных соотношениях, действуют оба фактора – и температура, и давление (стрессовое и петростатическое).
Контактовый метаморфизм проявляется в связи с внедрением в относительно холодные горные породы горячих масс магматических расплавов. Фактором, обуславливающим проявление метаморфического процесса, является температура. Контактово-метаморфическому воздействию подвергаются породы, находящиеся вблизи контакта с интрузией магмы. Ширина зоны контактового метаморфизма в наибольшей мере зависит от размеров интрузивного тела, воздействующего на вмещающие породы. Чем оно крупнее, тем шире будет зона, в которой проявлен метаморфизм.