Общая Геология 2

Многим известна т.н. столбчатая отдельность, прекрасные примеры которой есть в многих местах: на Военно-Грузинской дороге, в базальтах верхнего плейстоцена Гудаурского потока; на южном склоне Эльбруса в среднеплейстоценовых дацитах; на о-ве Малл в Шотландии, где находится знаменитая «мостовая гигантов» и т.д. (рис. 15.4.5) Столбчатая отдельность образуется благодаря трещинам, возникающим в остывающем лавовом потоке. Возникает несколько вопросов: какой формы чаще всего бывают столбы; как они образуются в плоскости потока и в его разрезе, мгновенно или постепенно; как они (столбы) ориентированы по отношению к холодному субстрату.

Столбы есть не что иное, как часть вулканической породы, но уже не лавы, ограниченной поверхностями трещин. Столбчатая отдельность лучше всего выражена в однородных базальтовых потоках в т.н. флуд-базальтах, но встречается в андезитах, дацитах и риолитах. Идеальная форма для столба в поперечном разрезе - это шестигранник, однако чаще встречаются четырех- и пятигранники. В разрезе лавового потока столбчатая отдельность занимает все внутреннее пространство от верхней глыбовой корки до лавобрекчии в основании потока, располагаясь по отношению к ним,а, соответственно, и к субстрату - перпендикулярно. Всегда в столбчатой отдельности можно увидеть неровную линию, находящуюся примерно в 1/3 расстояния от кровли до подошвы, но ближе к последней. Вдоль этой линии ( в разрезе) и поверхности ( в плане) происходит как бы смыкание столбов, что обусловлено процессом их роста. На каждом столбе в той или иной степени различимы поперечные трещины, либо выступы, неровности и др.формы, разделяющие столб как бы на ряд шашек из которых он и сложен.

Во многих потоках можно наблюдать наклонные, изогнутые и даже закрученные вокруг своей оси столбы.

Когда лавовый поток останавливается и начинает остывать, то быстрее всего он охлаждается сверху и медленнее снизу. Охлаждение захватывает некоторую внешнюю

зону и в ней	возникают термонапряжения в силу уменьшения объема	пород,
образовавшихся	из лавы. Но, т.к. они связаны с неподвижным субстратом, то в	породе

возникают растягивающие напряжения и если они превысят прочность породы, то она растрескается, но не беспорядочно, а по определенным направлениям. Они возникают вследствие «выживания» только определенных центров охлаждения из многих, возникших первоначально в одном слое охлаждения. К этому центру и происходит как бы стягивание материала, а перпендикулярно этим линиям образуются плоскости трещин отрыва. Однако, они проникают только на такую глубину, на которой термонапряжения превысили прочность остывшей породы. Этот интервал глубины и выражен на столбах поперечными структурами - «следами зубила» (chisel marks - англ.). Следовательно,

Рис. 15.4.5. Столбчатая отдельность: 1 - в базальтах Исландии (фото Т.М..Гептнер), 2 – в базальтах Словакии

отдельность формируется как прерывистый процесс, причем столбы “растут” как сверху вниз, так и снизу вверх, но т.к. охлаждение сверху сильнее, то и столбы растут быстрее. Где-то столбы, растущие снизу и сверху встретятся и тогда возникнет неровная поверхность их встречи. Плоскость трещины всегда перпендикулярна поверхности охлаждения, т.е. субстрату, что позволяет реконструировать древний рельеф, на который изливались лавы (рис.15.4.6). Точно также возникает и столбчатая отдельность в интрузивных субвулканических телах.

Рис. 15.4.6. Образование столбчатой отдельности: 1 – план. Сначала «выживают» центры охлаждения и к ним направлено сжатие; 2 – разрез. По мере падения температуры Т термонапряжения превышает предел прочности породы и возникает трещина величиной h. Процесс продолжается непрерывно, но скачками

Если лавовый поток изливается в море, озеро или на льды, его поверхность очень быстро охлаждаясь, превращается в вулканическое стекло, которое растрескиваясь в воде, образует массу пластинчатых осколков стекла. Подобные породы называются гиалокластитами и в наше время широко развиты в Исландии, где извержения часто происходят в условиях ледников. Необходимо подчеркнуть, что стекловатые пластинчатые кусочки в гиалокластитах отличаются от пепловых частиц более простой формой.

В глубоководных океанических рифтовых зонах, где гидростатическое давление препятствует эксплозивным извержениям, из трещин происходит выдавливание базальтовой лавы, как зубной пасты из тюбика. Как только порция лавы в виде капли попадает в воду, поверхность лавы мгновенно охлаждается и превращается в стекловатую корочку, в то время как центральная часть образовавшейся лепешки еще расплавлена. Эта капля или, скорее «подушка», уплощается, т.к. она еще пластична, а на нее перемещается новая порция «подушек» и так возникает толща, называемая пиллоу или подушечными лавами (pillow - подушка, англ.) (рис. 15.4.7).

Рис. 15.4.7. Образование пиллоу лав. Из лавовой «кишки» выдавливаются новые порции лавы и тут же покрываются стекловатой корочкой

В разрезе остывших «подушек» хорошо видна раскристаллизованная внутренняя часть и стекловатая корочка, а сама «подушка» нередко нарушена радиальными и концентрическими трещинами, образовавшимися в результате сокращения объема при остывании. Нижняя поверхность у подушек уплощена, а верхняя выпуклая. Это позволяет в древних толщах уверенно определять кровлю и подошву пластов, сложенных пиллоу-

лавами (рис. 15.4.8).

Очень часто подушки напоминают толстые сардельки, как бы выходящие одна из другой. Это происходит вследствие того, что выдавившись из трещины и немедленно покрывшись корочкой порция лавы испытывает давление со стороны новой порции

вытекающей лавы, которая прорывает тонкую корку и образует очередную «сардельку», пока ее корку также не прорвет очередная порция лавы (рис.15.4.8 ). Пиллоу-лавы нередко ассоциируются гиалокластитами. Промежутки между лавовыми подушками заполняются кусочками корки стекловатой или осадками

.

Рис. 15.4.8. Подушечные лавы базальтов и связанные с ними пелагические отложения (по Р.Грацианской): 1 - сфероид подушечной лавы с периферической вариолитовой зоной, 2 – гиалокластит, 3 – трещины в сфероиде, выполненные гиалокластитом, 4 – радиоляриевые кремнистые сланцы, 5 – карбонатно-кремнистые отложения с обломками базальтов, подушечные лавы 2–й слой океанской коры, пелагические отложения – 1-й слой

Т.к. базальтовые пиллоу-лавы образуются в рифтовых зонах срединноокеанических хребтов, впоследствии они входят в состав 2-го слоя океанической коры и в этом смысле крайне важны для геологических реконструкций, как порода-индикатор определенной глубоководной обстановки.

Более кислые и более вязкие, лавы андезитов, дацитов и риолитов, образуют, в отличие от базальтовых, короткие потоки, обладающие всеми признаками, описанными выше - бортами, напорными валами, крутым и высоким фронтом и, как правило, глыбовой поверхностью.

Если лава почти не способна к течению ввиду высокой вязкости, то выдавливаясь из жерла она образует экструзивные купола (extrusio - выдавливать, лат.). Иногда они растут за счет поступления новых порций лавы, нагромождающихся одна на другую; в других случаях напор лавы приподнимает уже застывшую первую порцию расплава.

Вулканические экструзивные купола достигают в высоту сотен метров, например, знаменитый купол Лассен-Пик в Калифорнии, в Каскадных горах США имеет высоту в 600 м. Очень характерны риолитовые, в том числе обсидиановые купола в Армении, в Мексике и в других местах. Для кислых лав экструзивных куполов типична тонкая флюидальность, как следствие ламинарного вязкого течения расплава. По периферии

растущих куполов всегда образуются шлейфы мощных осыпей. Если экструзивный купол формируется в воде, то он окружен шлейфом гиалокластитов.

Твердые продукты эксплозивных извержений.

Помимо жидких продуктов - лав, при извержении вулканов, особенно экплозивных, выбрасывается огромное количество твердого обломочного материала - тефры, как назвал его когда-то Аристотель. Сюда же включаются выбросы жидкой лавы, в процессе полета быстро остывающей и падающей на склоны вулкана уже твердой.

Классификация тефры может основываться на различных признаках, в частности на размерах обломков. Наиболее крупными из них являются вулканические бомбы (более 7 см в диаметре). Выбрасываясь из жерла вулкана фрагменты разорванной газами магмы, обладая пластичностью, изменяют свою форму. Вращаясь в воздухе они приобретают веретенообразную форму, причем наветренная сторона бомбы отличается от противоположной (рис.15.4.9). Жидкая лава дает струи, которые превращаются в ленточные или цилиндрические бомбы. Отдельные куски лавы, разорвавшись в воздухе, образуют сферические бомбы. Ряд бомб, сформировавшись, вновь падают в расплав, тогда формируются бомбы обволакивания. Если бомба падает, еще не полностью остыв, она сплющивается, называясь бомбой типа коровьей лепешки. Ряд бомб, остыв в полете с поверхности еще выделяют газы из внутренних частей, которые разрывают уже почти твердую поверхность и называются бомбами типа хлебной корки.

Рис. 15.4.9. Типы вулканических бомб: 1 – веретеновидная, односторонняя, 2 – веретеновидная; 3 – типа хлебной корки, 4 – двухполюсная веретенообразная, 5 – ленточная, 6 – типа «коровьей лепешки»

При взрывах выбрасываются не только фрагменты и хлопья лавы, но и куски и глыбы ранее затвердевших пород, в том числе и субстрата, захватываемых со стенок жерла. Тогда образуются бомбы типа глыб, с неправильными гранями и более мелкие обломки, называемые лапилли (лапиллус - маленький камень, лат.).

Если лава фонтанирует, особенно во время извержения жидких базальтов, то образуются быстро застывающие капли, называемые слезы Пеле (богиня Гавайских вулканов), а если лава разбивается на тонкие стекловатые нити - они получают название

волос Пеле.

Любое скопление глыб или лапиллей называется агломератом. Когда обломки лавы цементируются такой же лавой, получается порода, называемая лавобрекчией.

Самые мелкие обломки тефры, размером меньше 2-1 мм - называются вулканическим пеплом. Пепел состоит из мельчайших частиц вулканического стекла, напоминающих по виду колбочки, рогульки, треугольники, полумесяцы. Все они представляют собой остатки перегородок между пузырьками газа, выделившихся со взрывом из магмы при извержении. Частицы могут представлять собой обломки кристаллов и ранее сформировавшихся пород. Основные порции пепла выпадают вблизи вулканов, но иногда, будучи поднятыми высоко в стратосферу, ветром переносятся на огромные расстояния. Например, в 1912 г. при взрывах вулкана Катмай, на Аляске, пепел выпадал в Калифорнии, на расстоянии почти в 4000 км. Извержение вулкана Гекла в 1997 г. в Исландии, дало пепел, выпавший в Шотландии и Финляндии, а граница пеплового облака вулкана Квизапу в Южном Чили, проходила севернее г.Рио-де-Жанейро, т.е. в 3500 км от вулкана.Т.к. пеплы выпадают на обширных площадях, то пепловые слои служат хорошими корреляционными реперами при сопоставлении удаленных друг от друга разрезов. Метод корреляции по пепловым горизонтам называется тефростратиграфией.

Эксплозивные извержения, как уже говорилось, сопровождаются выбросами огромного количества пирокластического материала, т.е. горячего обломочного материала, состоящего не только из пепла, но и обломков кристаллов и ранее застывшей лавы. Такой рыхлый материал называется тефрой. Когда он литифицируется, т.е. превратится в плотную породу, то получит название вулканического туфа. Он может состоять из обломокв вулканического стекла (витрокластический туф), осколков минералов – вкрапленников (кристаллокластический) или обломков пород (литокластический). Чаще всего туфы состоят из всех перечисленных выше разновидностей.

Существует очень интересный и необычный тип вулканогенных образований, сочетающий в себе признаки как лав, так и туфов. Они обладают почти исключительно

кислым - риолитовым или дацитовым составом и порой покрывают площади во многие тысячи км2. По отношению к подстилающему рельефу они ведут себя как жидкие лавы, затопляя все понижения и нивелируя рельеф, образуя обширные плато. В вертикальных разрезах часто наблюдается грубая столбчатая отдельность. В основании разреза нередко располагается горизонт черных стекловатых пород или рыхлых пемз. В самих породах наиболее характерным структурным признаком являются линзовидные в разрезе и изометричные в плане стекловатые обособления, размером в первые см. Эти породы лишены лавобрекчий как в кровле, так и в подошве.

Под микроскопом они имеют вид туфов и состоят из раздробленных вкрапленников минералов и пепловых стекловатых частиц, нередко тесно соприкасающихся между собой и как бы сваренных или спекшихся. Эти кислые породы получили название игнимбритов (игнис - огонь, имбер - ливень, лат.) и сформировались они из пепловых потоков ( рис. 15.4.10).

Рис. 15.4.10. Образец игнимбрита. Обращают на себя внимание фьямме черного стекла и туфовая природа основной массы

Последние возникают в случае особого типа извержений, когда газ, насыщающий кислую. магму, на некотором уровне от поверхности в жерле подводящего канала начинает быстро отделяться от расплава, резко увеличиваясь в объеме. Наконец, наступает стадия взрыва и газ, вместе с разорванной на мельчайшие частички магмой, являющимися лишь перегородками между стремительно расширяющимися пузырьками, и обломками вкрапленников, вырывается на поверхность. Все частицы, пепловой размерности и капли расплава окружены раскаленной газовой оболочкой и поддерживаются во взвешенном состоянии давлением газа, по силе равным весу частиц или превышающим его. Такая высоконагретая масса, ввиду очень малого трения, ведет себя как жидкость и скатывается при малейшем уклоне рельефа от места извержения. Когда движение пеплового потока прекращается, масса оседает, газ улетучивается и еще высоконагретые пепловые частицы под собственным весом спекаются и свариваются, а в основании потока даже до обсидианоподобных пород. Потоки могут поступать

непрерывно один за другим или через какое-то время и тогда образуются мощные игнимбритовые толщи со столбчатой отдельностью. Дело осложняется тем, что подобные извержения на глазах человека не происходили, хотя примеры совсем молодых потоков известны.

Великолепные риолитовые игнимбриты, с возрастом около 2 млн. лет, залегающие в глубокой кальдере в верховьях р.Чегем на Северном Кавказе имеют мощность более 2 км, а пепловые потоки распространялись к северу почти на 100 км. Огромные поля риолитовых игнимбритов миоценового возраста известны в Провинции хребтов и бассейнов в штате Невада в США, в Новой Зеландии, в Андах Южной Америки и в других местах.

Существуют потоки риолитов и дацитов, выполняющих древние речные долины и стекающие со склонов, но обладающие всеми признаками пепловых потоков. Такие игнимбриты не являются результатом спекания пепловых частиц, а сформировались за счет неравномерной расслоенности или даже в результате ликвации кислых расплавов. Подобные породы позднечетвертичного возраста известны по западному склону Эльбруса на Кавказе, в Армении, в Кении (Восточная Африка), на Камчатке и в др. местах.

Среди вулканогенных образований нужно отметить вулканические грязевые потоки или лахары (индонезийский термин), отличающиеся отсутствием сортировки материала, огромными объемами в несколько км3 . Лахары бывают холодными и горячими.

Во время извержений над вулканом часто идут дожди и вода, смешиваясь с горячей тефрой грязекаменным потоком устремляется вниз по склону. Под таким потоком в 79 г.н.э. был погребен г.Геркуланум, расположенный на берегу Неаполитанского залива у западного подножья Везувия. Гигантское поле древних грязекаменных вулканических потоков известно в Калифорнии в Сьерра-Неваде, где их объем оценивается в 8400 км3 при площади в 31 тысячу км2 .

15.5. Вулканические постройки

Вулканические постройки подразделяются на простые и сложные.

Простые или моногенные постройки представлены относительно небольшими вулканическими конусами разного генезиса, сформировавшиеся за одно или несколько извержений. Наиболее распространенные из них – это шлаковые конуса, на вершине которой находится кратер ( чашевидное углубление, кратер – чаша, греч.) (рис. 15.5.0). Подобные вулканы образуются при выбросе обломков во время эксплозивных извержений и угол склона таких конусов чаще всего 30°, т.е. близок к углу естественного откоса сыпучих тел. Высота конусов достигает 500 м. Так, шлаковый конус вулкана Парикутин, в

Мексике, возникший в 1944 г., за год достиг высоты в 400 м. Шлаковые конусы могут быть «нанизаны» на одну магмоподводящую трещину, как, например, в 1975 г. на Камчатке при извержениях около вулкана Плоский Толбачик (рис. 15.5.01).

Рис. 15.5.1. Ключевская группа вулканов на Камчатке (В.А.Подтабачный). Хорошо видны побочные шлаковые конусы – результат эксплозивных извержений

Подобных конусов много на острове Гавайи. Иногда возникают конусы разбрызгивания, когда хлопья жидкой лавы шлепаются около жерла и постепенно образуют конусовидный небольшой вулкан. Существуют также пепловые конусы.

Рис. 15.5.2. Северный прорыв Толбачинского извержения на Камчатке в 19 .. (В.П.Подтабачный). Извержение происходит из второго шлакового конуса

Неоднократные извержения базальтовой жидкой лавы создают вокруг центра излияния пологий, но обширный лавовый конус, который может превратиться в щитовой вулкан, столь характерный для районов базальтовых излияний: в Исландии, в Каскадных горах США, на Гавайских островах.

Сложные полигенные вулканические постройки состоят из конусов, образованных потоками лавы и толщами тефры и называются стратовулканами (стратум – слой, лат.) (рис. 15.5.1). Образуются они при чередовании эффузивных и эксплозивных извержений, при которых лавовые потоки и покровы тефры неравномерно наслаиваются на склоны растущего вулкана, нередко создавая правильные, изящные конусы, такие как у вулкана Фудзияма в Японии, Кроноцкого и Ключевского на Камчатке или Майон на Филиппинах. Высота стратовулканов достигает 3-4 км, считая от основания. На вершине вулкана располагается кратер, в донной части которого находится жерло – выводное отверстие

подводящего канала (рис. 15.5.2 ).

Рис. 15.5.3. Схема строения стратовулкана: 1, 2, 3 – разные вулканические толщи, образующие конус вулкана, 4 – молодой вулканический конус, выросший после взрывного извержения и образования кальдеры, 5 – широкое жерло, образовавшееся во время взрыва, 6 – край кальдеры, 7 – молодые лавовые потоки, 8 – близпроверхностный магматический очаг, 9 – молодой вулканический канал, заканчивающийся кратером

Сам вулканический конус состоит из чередующихся толщ лав и различной тефры, в которую на разных уровнях могут внедряться пластовые интрузивы – силлы или появляться боковые подводящие каналы, открывающиеся на склонах, где возникают побочные кратеры. Формирование новых подводящих каналов происходит после длительного периода покоя вулкана и магме чегче пробить новый путь наверх, нежели