Магматизм и вулканизм кратко
Обновлено: 05.07.2024
Магматизм – совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью магмы. Магма – это огненно-жидкий природный обычно силикатный расплав, обогащённый летучими компонентами (H2O, CO2, CO, H2S и др.). Редко встречаются низкосиликатные и несиликатные магмы. Кристаллизация магмы приводит к образованию магматических (изверженных) горных пород.
Образование магматических расплавов происходит в результате плавления локальных участков мантии или земной коры. Большинство очагов плавления располагается на относительно небольших глубинах в интервале от 15 до 250 км.
Существует несколько причин плавления. Первая причина связана с быстрым подъёмом горячего пластичного глубинного вещества из области высоких в область более низких давлений. Снижение давления (при отсутствии существенного изменения температуры) приводит к началу плавления. Вторая причина связана с повышением температуры (при отсутствии изменения давления). Причиной разогрева пород является обычно внедрение в них горячих магм и сопровождающего их потока флюидов. Третья причина связана с дегидратацией минералов в глубоких зонах земной коры. Вода, выделяясь при разложении минералов, резко (на десятки – сотни градусов) снижает температуру начала плавления пород. Таким образом, плавление начинается за счёт появления в системе свободной воды.
Три рассмотренных механизма зарождения расплава нередко сочетаются: 1) подъём астеносферного вещества в область пониженного давления приводит к началу его плавления - 2) образовавшаяся магма внедряется в литосферную мантию и нижнюю кору, приводя к частичному плавлению слагающих их пород - 3) подъём расплавов в менее глубинные зоны коры, где присутствуют гидроксилсодержащие минералы (слюды, амфиболы), приводит, в свою очередь, к плавлению пород при выделении воды.
Подвижность магмы определяется её вязкостью, зависящей от химического состава и температуры. Наиболее низкой вязкостью обладают глубинные мантийные магмы, имеющие высокую температуру (до 1600-1800 0 С в момент зарождения) и содержащие мало кремнезёма (SiO2). Наибольшая вязкость присуща магмам, возникшим за счёт плавления вещества верхней континентальной коры при дегидратации минералов: они образуются при температуре 700-600 0 С и максимально насыщены кремнезёмом.
Выжимаемый из межзерновых пор расплав фильтруется вверх со скоростью от нескольких сантиметров до нескольких метров в год. В случае если значительные объёмы магмы внедряются по трещинам и разломам скорость их подъёма значительно выше. Согласно расчётам, скорость подъёма некоторых ультраосновных магм (излияние на поверхность которых приводило к образованию редких эффузивных ультраосновных пород – коматиитов) достигала 1-10 м/с.
Закономерности эволюции магмы и образования магматических горных пород
Состав и особенности образующихся из магмы горных пород определяются сочетанием следующих факторов: исходным составом магмы, процессами её эволюции и условиями кристаллизации. Все магматические породы по кремнекислотности делятся на 6 отрядов:
| Отряд | содержание SiO2, вес.% |
|---|---|
| Ультракислые | более 78 |
| Кислые | 63 - 78 |
| Средние | 52- 63 |
| Основные | 45 - 52 |
| Ультаосновные | 30 - 45 |
| Низкокремнеземистые и некремнеземистые | менее 30 |
Магматические расплавы поступают из мантии или образуются в результате плавления пород земной коры. Как известно, химический состав мантии и коры различны, что в первую очередь и обуславливает различия состава магм. Магмы, возникающие за счет плавления мантийных пород, как и сами эти породы, обогащены основными оксидами – FeO, MgO, CaO, поэтому такие магмы имеют ультраосновной и основной состав. При их кристаллизации образуются, соответственно, ультраосновные и основные магматические породы. Магмы, возникающие при плавлении пород земной коры, обедненной основными окислами, но резко обогащенной кремнеземом (типичным кислотным оксидом), имеют кислый состав; при их кристаллизации образуются кислые породы.
Однако первичные магмы в ходе эволюции часто претерпевают существенные изменения состава, связанные с процессами кристаллизационной дифференциации, ликвации и гибридизма, что порождает многообразие изверженных горных пород.
Кристаллизационная дифференциация. Как известно, согласно ряду Боуэна, не все минералы кристаллизуются одновременно – первыми из расплава выделяются оливины и пироксены. Имея большую, чем остаточный расплав плотность, если вязкость магмы не слишком велика, они осаждаются на дно магматической камеры, что препятствует их дальнейшей реакции с расплавом. В таком случае остаточный расплав будет отличаться по химическому составу от исходного (т. к. часть элементов вошла в состав минералов) и обогащается летучими компонентами (они не входят в состав минералов ранней кристаллизации). Следовательно, минералы ранней кристаллизации в таком случае образуют одну горную породу, а из оставшейся магмы будут образовываться другие, иные по составу, породы. Процессы кристаллизационной дифференциации типичны для основных расплавов; осаждение фемических минералов приводит к расслоенности в магматической камере – её нижняя часть приобретает ультраосновной состав, а верхняя – основной. При благоприятных условиях дифференциация может привести к выделению небольшого объёма кислого расплава из первично основной магмы (что изучено на примере застывших лавовых озёр Алаэ на Гавайских островах и вулканов Исландии).
Ликвация представляет собой процесс разделения магмы при понижении температуры на два несмешивающихся расплава с различным химическим составом (в самом общем виде протекание этого процесса можно представить, как процесс разделения воды и масла из их смеси). Соответственно, из разделившихся магм будут кристаллизоваться различные по составу породы.
Следует также принимать во внимание, что в процессе эволюции расплава отмеченные процессы могут сочетаться.
Более того, из одной и той же по химическому составу магмы могут образовываться разные породы. Это связано с различными условиями кристаллизации магмы и, прежде всего, с глубиной.
По условиям глубинности образования (или по фациальному признаку) магматические породы разделяются на интрузивные, или глубинные, и эффузивные, или излившиеся, породы. Интрузивные породы образуются при кристаллизации магматического расплава на глубине в толщах горных пород; в зависимости от глубины образования разделяются на две фации: 1) абиссальные породы, образовавшиеся на значительной глубине (несколько км), и 2) гипабиссальные, которые образовались на относительно небольшой глубине (около 1-3 км). Эффузивные породы образуются в результате застывания излившейся на поверхность или дно океанов лавы.
Таким образом, выделяются следующие основные фации: абиссальная, гипабиссальная и эффузивная. Помимо трех названных фаций выделяют также субвулканические и жильные породы. Первые из них образуются в приповерхностных условиях (до первых сотен метров) и имеют близкое сходство с эффузивными породами; вторые близки гипабиссальным. Эффузивные породы нередко сопровождаются пирокластическими образованиями, состоящими из обломков эффузивов, их минералов и вулканического стекла.
Существенные различия в характере проявления магматических процессов в глубинных и поверхностных условиях делают необходимым различать интрузивные и эффузивные процессы.
Интрузивный магматизм
Все крупные глубинные интрузивные тела (батолиты, штоки, лополиты и пр.) часто объединяют общим термином плутоны. Мелкие их ответвления называют апофизами.
Формы залегания интрузивных тел
Вулканические процессы
Расплавы и газы, выделавшиеся в недрах планеты, могут достигать поверхности, приводя к вулканическому извержению – процессу поступления на поверхность раскалённых или горячих твёрдых, жидких и газообразных вулканических продуктов. Выводные отверстия, через которые на поверхность планеты поступают вулканические продукты, называют вулканами (Вулкан – бог огня в римской мифологии). В зависимости от формы выводного отверстия вулканы подразделяются на трещинные и центральные. Вулканы трещинного, или линейного, типа имеют выводное отверстие в форме протяжённой трещины (разлома). Извержение происходит или вдоль всей трещины, или в отдельных её участках. Такие вулканы приурочены к зонам раздвижения литосферных плит, где в результате растяжения литосферы образуются глубокие разломы, по которым внедряются базальтовые расплавы. Активными зонами растяжения являются области срединно-океанических хребтов. Вулканические острова Исландии, представляющие собой выход Срединно-Атлантического хребта над поверхностью океана, являются одной из наиболее вулканически активных частей планеты, здесь расположены типичные трещинные вулканы.
Ещё одним важным критерием классификации вулканов служит уровень их активности. По этому критерию вулканы делятся на:
- действующие - извергавшиеся или выделяющие горячие газы и воды в последние 3500 лет (исторический период);
- потенциально действующие - голоценовые вулканы, извергавшиеся 3500-13500 лет назад;
- условно-потухшие вулканы, не проявлявшие активности в голоцене, но сохранившие свои внешние формы (возрастом моложе 100 тыс. лет);
- потухшие - вулканы, существенно переработанные эрозией, полуразрушенные, не проявлявшие активности в течение последних 100 тыс. лет.
Схематические изображения центрального (вверху) и щитового (внизу) вулканов (по Раст, 1982)
Продукты извержения вулканов разделяются на жидкие, твёрдые и газообразные.
Наиболее мелкий пирокластический материал составляет вулканический пепел. Большая часть вулканических выбросов осаждается вблизи вулкана. В качестве иллюстрации этого достаточно вспомнить засыпанные пеплом при извержении Везувия в 79 году города Геркуланум, Помпею и Стабию. При сильных извержениях вулканическая пыль может выбрасываться в стратосферу и во взвешенном состоянии перемещаться воздушными потоками на тысячи километров.
Фации вулканогенных пород (Полевая геология, 1989)
1-дайки, 2-силлы, лакколиты, 3-эксплозивная субфация, 4-лавовые потоки (эффузивная субфация), 5-купола и обелиски (экструзивная субфация), 6-жерловая фация, 7-гипабиссальная интрузия
Видеоролик, иллюстрирующий формирование канатной поверхности
Второй тип, называемый аа-лава, свойственен более вязким базальтовым (или иного состава) лавам. Из-за более медленного течения корка приобретает бoльшую толщину и разламывается на угловатые обломки, поверхность аа-лав представляет собой скопление остроугольных обломков с шиповидными или иглообразными выступами.
Формирование АА-лав (вулкан Килауэа)
По мере роста содержания кремнезема лавы становятся более вязкими и застывают при более низкой температуре. Если базальтовые лавы сохраняют подвижность при температурах порядка 600-700 0 С, то андезитовые (средние) лавы застывают уже при 750 0 С и более. Обычно наиболее вязкими являются кислые дацитовые и липаритовые лавы. Повышенная вязкость затрудняет отделение газов, что может приводить к эксплозивным извержениям. Если вязкость лав высока, а давление газов относительно низкое происходить экструзия. Спецификой отличается и строение лавовых потоков. Для вязких средних и кислых расплавов, характерно образование глыбовых лав. Глыбовые лавы внешне близки аа-лавам и отличаются от них отсутствием шиповидных и иглообразных выступов, а также тем, что глыбы на поверхности имеют более правильную форму и гладкую поверхность. Движение лавовых потоков, поверхность которых покрыта глыбовыми лавами, приводит к образованию лавобрекчиевых горизонтов.
Газообразные продукты извержений представлены парами воды, углекислым газом, водородом, азотом, аргоном, окислами серы и другими соединениями (HCl, CH4, H3BO3, HF и др.). Температура вулканических газов изменяется от первых десятков градусов до тысячи и более градусов. В целом высокотемпературные эксгаляции (HCl, CO2, O2, H2S и др.) связаны с дегазацией магмы, низкотемпературные (N2, CO2, H2, SO2) образуются как ювенильными флюидами, так и за счёт атмосферных газов и подземных вод, просачивающихся в вулкан.
При быстром выделении газов из магмы или превращении подземных вод в пар происходят газовые извержения. При извержениях такого рода отмечается непрерывное или ритмичное выделение газа из жерла, выбросов нет или очень незначительные количества пепла. Мощные извержения газа и пара пробивают в горных породах канал, из которого выбрасываются обломки пород, образуя на вал, окаймляющий кратер. Газовые извержения происходят и через жерло существующих полигенных вулканов (примером служит газовое извержение Везувия в 1906 г.).
Типы вулканических извержений
В зависимости от характера извержений среди них выделяют несколько типов. Основа такой классификации заложена французским геологом Лакруа ещё в 1908 г. Им были выделены 4 типа, которым автор присвоил названия вулканов: 1) гавайский, 2) стромболианский, 3) вулканский и 4) пелейский. Предложенная классификация не может включить все известные механизмы извержений (впоследствии она дополнялась новыми типами – исландский и др.), но, не смотря на это, и на сегодняшний день не утратила актуальности.
Извержения гавайского типа характеризуются спокойным эффузивным излиянием очень горячей жидкой базальтовой магмы в условиях низкого газового давления. Лава под давлением выбрасывается в воздух в виде лавовых фонтанов, высотой от нескольких десятков до нескольких сотен метров (при извержении Килауэа в 1959 г. они достигали высоты 450 м). Извержение обычно происходит из трещинных жерл, особенно на ранних стадиях. Оно сопровождается незначительным количеством слабых взрывов, разбрызгивающих лаву. Жидкие клочья лавы, падающие у основания фонтана в виде брызг и бомб кляксообразной формы, образуют конусы разбрызгивания. Лавовые фонтаны, тянущиеся вдоль трещины иногда на несколько километров, формируют вал, состоящий из застывших брызг лавы. Капли жидкой лавы могут образовать волосы Пеле. Извержения гавайского типа иногда приводят к образованию лавовых озёр.
Примерами могут служить извержения вулканов Килауэа, Хапемаумау на Гавайских островах, Нирагонго и Эрта-Але в Восточной Африке.
К описанному гавайскому типу очень близок исландский тип; сходство отмечается и в характере извержений, и в составе лав. Отличие заключено в следующем. При извержениях гавайского типа лава формирует большие куполообразные массивы (щитовые вулканы), а при извержениях исландского типа лавовые потоки образуют плоские покровы. Излияние происходит из трещин. В 1783 г. в Исландии произошло знаменитое извержение из трещины Лаки длиной около 25 км, в результате которого базальты создали плато площадью 600 км 2 . После извержения трещинный канал заполняется застывшей лавой, а рядом при следующем извержении образуется новая трещина. В результате наслоения многих сотен покровов над меняющими свое положение в пространстве трещинами образуются протяженные лавовые плато (обширные древние базальтовые плато Сибири, Индии, Бразилии и других районов планеты).
Извержения стромболианского типа. Название по вулкану Стромболи, находящемуся в Тирренском море у побережья Италии. Характеризуются ритмичными (с перерывами от 1 до 10-12 мин) выбросами относительно жидкой лавы. Из обрывков лавы образуются вулканические бомбы (грушевидной, крученой, реже веретенообразной формы, нередко расплющивающиеся при падении) и лапилли; материал пепловый размерности почти отсутствует. Выбросы чередуются с излияниями лавы (по сравнению с излияниями вулканов гавайского типа потоки более короткие и толстые, что связано с более высокой вязкостью лав). Ещё одной типичной особенностью служит длительность и непрерывность развития: вулкан Стромболи извергается с V в. до н.э.
Извержения пелейского типа. Название дано по вулкану Мон-Пеле на острове Мартиника в Карибском море. Происходят при поступлении очень вязкой лавы в вулканы центрального типа, что сближает его с извержением вулканского типа. Лава застывает ещё в жерле и образует мощную пробку, которая выжимается в виде монолитного обелиска (происходит экструзия). На вулкане Мон-Пеле обелиск имеет высоту 375 м и диаметр 100 м. Накапливающиеся в жерле раскалённые вулканические газы временами вырываются сквозь застывшую пробку, приводя к образованию палящих туч. Палящая туча, возникшая при извержении Мон-Пеле 8 мая 1902 г. имела температуру около 800°С и, двигалась вниз по склону вулкана со скоростью 150 м/с, она уничтожила город Сен-Пьер с 26 000 жителей.
Подобный тип извержения наблюдался часто у вулканов на острове Ява, в частности у вулкана Мерапи, а также на Камчатке у вулкана Безымянного.
Читайте также: