Магматические процессы и рельефообразование

Очень часто при движении магмы в мантии выше астеносферы или в земной коре образуются вулканические очаги (рис. 13). Положение и размеры очага определяются сейсмическими методами, основанными на том, что магма как жидкость не пропускает поперечные упругие волны и замедляет скорость прохождения продольных. Этим методом определили объем вулканической камеры некоторых вулканов: у Ключевской Сопки он оказался равен 10—20 тыс. км3, Везувия — 50 тыс. км3. Кровля камеры у Везувия определена на глубине 5 км.

С течением времени состав магмы в очаге может изменяться: основная (базальтовая) магма замещается средней (андезитовой) или кислой (дацитово-риолитовой), что предопределяет характер главной стадии вулканического процесса.

Главная стадия вулканического процесса — извержение вулканов. Момент разрядки вулканической энергии и выброса магматических продуктов на поверхность через жерло вулкана знаменует начало извержения. Процесс извержения разных вулканов неодинаков. Твердые и жидкие продукты извержения обычно концентрируются вокруг жерла, и здесь постепенно вырастает вулканическая гора конусообразной формы. Вершина горы плоская, и часто на ней наблюдается воронкообразное углубление — кратер, на дне которого располагается отверстие — жерло (одно или несколько), связанное с вулканическим каналом. Кратер у активных, многократно извергающихся вулканов часто бывает преобразован в большую котловину, именуемую кальдерой. Формирование ее связано с выбросом при взрыве огромного количества материала, слагающего вершину конуса, или с его провалом (опусканием) в канал или вулканический очаг, уже исчерпанный предыдущими Диаметр кальдер измеряется километрами. При последующих извержениях в центре кальдеры может возникнуть новый конус со своим кратером и жерлом (двухконусный вулкан Крашенинникова на Камчатке). Дугообразный вал кальдеры на Везувии получил название соммы, а кольцевая долина между соммой и молодым конусом — атрио (лат. «атрио»—внутренний двор).

 Общие очертания и размеры  вулканов очень разнообразны (рис. 14). Различен процесс извержения и по продолжительности: в одних случаях он кратковременный и ограничивается одним «выстрелом», в других — растянут на многие сутки и месяцы. От- дельные извержения объединяются в циклы извержений. Один цикл от другого может отделяться стадией поствулканического режима, длящегося десятки и даже сотни лет.

Классификация вулканических извержений. Произвести генетическую классификацию вулканических извержений весьма сложно в связи с многообразием этого процесса и разнообразием причин, его вызывающих. Главное значение имеет состав магмы я лав. По характеру извержений и их продуктам деятельность вулканов разделяется на четыре категории (табл. 1): эффузивную {наземную и подводную) с преобладанием жидкой лавы; пирокластовую с преобладанием твердых продуктов извержения, хотя лава и газы здесь также выделяются, и эксплозивную (газово-взрывную). В последней при извержении выделяется огромная масса газов и часты сильные взрывы. В каждой категории извержений вулканов выделяется несколько типов. Типы чаще всего называются по вулкану, извержение которого является образцом для данного типа.

Классификации вулканов по типу извержений условны, так как многие вулканы занимают промежуточное положение между выделенными категориями. Некоторые вулканы со временем меняют тип извержения, главным образом в связи с изменением состава магмы, переходя из одной категории в другую (например, Везувий). Среди современных извержений на суше преобладают газово-взрывные и пирокластовые; в океане и на океанических островах — эффузивные.

Эффузивные наземные извержения. Эти извержения проявляются на океанических островах и на побережьях континентов (вдоль зон глубинных корово-мантийных разломов) и связаны с основной, базальтовой, магмой.

Исландский тип. Исландия — страна вулканов, расположенных в области Срединно-Атлантического хребта. Современные вулканы размещаются преимущественно в юго-восточной части острова. Они следуют цепочкой вдоль трещин северо-восточного направления. К востоку от известной вулканической горы Гекла во время землетрясения в 1783 г. образовалась зияющая трещина Лаки, прослеживающаяся на 24 км. После сильного взрыва из трещины вырвалась масса пепла и шлака, а затем стала извергаться лава. Излияние лавы происходило из трещины длиной 7 км, а также из изолированных жерл. Вдоль трещины возникли 34 «больших и 60 маленьких конусов и кратеров. Кратеры наполнились лавой, начавшей растекаться многочисленными потоками. Потоки устремились в ущелье р. Скафтау, глубина которого достигала. 180 м. Долина полностью заполнилась лавой на протяжении 80 км; местами лава переливала через край ущелья. Она покрыла территорию площадью 565 км2. Средняя мощность покрова превышала 30 м, а объем лавы оценивался в 12 км3. Излияние лавы длилось 20 дней, а затем, после некоторого перерыва, произошло новое излияние. Лава была очень жидкой и растекалась со значительной скоростью даже на пологих склонах. Это типичное трещинное извержение основной лавы.

Подобные трещинные извержения наблюдались также на Гавайских островах, в Японии и СССР, на Камчатке. На Камчатке имеется 30 действующих вулканов, расположенных вдоль разломов земной коры параллельно берегу океана. Извержения камчатских вулканов очень разнообразны и относятся преимущественно к пирокластовой категории. Но в июле 1975 г. произошло извержение вулкана Плоский Толбачик по исландскому типу. На склоне вулкана образовалась протяженная трещина. Сначала активной оказалась северная часть трещины, из которой вырвалась туча пепла, шлака и газов, поднявшихся на высоту 10 км. Над трещиной возникло 7 шлаковых конусов высотой до 330 м. Из трещины выливалось 15 лавовых потоков длиной до 6 км. Из южной части трещины лавы вылилось еще больше: она образовала лавовое поле площадью 36 км2. Толщина лавы у основания равнялась 40—70 м. Извержение Толбачика продолжалось 5 месяцев. За это время вулкан выбросил на поверхность Земли 2,17 км3 пирокла-стического материала (пепел, шлак, бомбы). В атмосферу вылетело 72,28 км3 (1 млн т) паров воды и газов, изверглось 0,7 км3, (2,52 млрд т) лавы.

Гавайский тип. Извержения этого типа по характеру и продуктам близки к трещинным, но излияния происходят через широкий трубообразный канал. Гавайские острова целиком сложены из лавы древних подводных, а впоследствии наземных извержений. На южном острове Гавайев расположены три действующих вулкана. Самый крупный из них — Мауна-Лоа — имеет высоту 4166 м над уровнем океана. По форме вулканы гавайского типа напоминают щит, в связи с чем они получили название щитовых. Наиболее хорошо изучен кратер вулкана-сателлита Килауэа (высота 1230 м), расположенного на юго-восточном склоне Мауна-Лоа. Этот кратер имеет диаметр 5 км. В юго-западной его части находится жерло Гале-Мау-Мау (1000x900 м). До 1924 г. кратер был всегда заполнен раскаленной лавой и имел вид озера. Температура лавы на поверхности озера колебалась от 1000 до 1300° С. В 1924 г. уровень лавы понизился на 350 м и обнажились отвесные стенки вулканического канала. Период извержения знаменовался тем, что уровень лавового озера повышался и лава переливала через борт кратера, а кратерное озеро в тот момент кипело, в нем возникали фонтаны лавы высотой 10—100 м. Лава текла по склону горы со скоростью до 25 км/ч.

В настоящее время вулканы гавайского типа известны на о-вах Самоа, в Новой Зеландии, Исландии, а также в Восточной Африке (Нирагонго). Нирагонго — единственный в мире вулкан, в кратере которого (глубиной 300 м) до настоящего времени сохранилось жидкое лавовое озеро.

Подводные эффузивные извержения. Это самая большая по численности категория вулканов, но еще мало изученная, так как далеко не все их извержения были зафиксированы.

Вулканы океанов принадлежат в основном к эффузивной категории, извержения их связаны с трещинами. Лава из трещин на значительной глубине вытекает спокойно, без сильных взрывов, при малом (1—3%) количестве пирокластов. На глубине свыше 2—3 км столб воды может создать давление большее, чем внутреннее давление пара, поэтому взрыва не происходит. Лава и вмещающие породы не дробятся и пирокластов не образуется. Газы в виде отдельных пузырьков и струй растворяются в воде, не достигая поверхности. Такое извержение на поверхности океана обычно не фиксируется. Иногда, также в связи с большим давлением столба воды, лава выжимается, не растекаясь, и образует куполовидные тела. Состав лавы обычно базальтовый. Лава образует на дне обширные, изометричной формы покровы или узкие, но весьма длинные потоки с подушкообразной или шаровой текстурой (пиллоу-лавы). Отличительная особенность подводных лав —образование стекловатой оболочки на их поверхности в результате бы- строго остывания при соприкосновении с холодной водой. На дне океана обнаружены и вулканические постройки конусо- или куполовидной формы. Сложены они также базальтовой, но более вязкой, чем у трещинных вулканов, лавой. Иногда лава чередуется с отложениями горячих источников — гидротерм.

Количество подводных вулканов велико. Так, английские исследователи в юго-восточной части Тихого океана, примыкающей к южноамериканскому шельфу, обнаружили несколько сотен вулканов, в том числе 200 с диаметром основания более 1 км. Один из них, находящийся против побережья Перу, имеет высоту 1,5 км при диаметре основания 9 км. По-видимому, этот вулкан потухший, как и большинство наиболее высоких конусов на дне океана.

 Наиболее характерной особенностью  глубоководных подводных вулканов  является выделение большого  количества гидротермальных растворов. Они выделяются как из жерла  вулкана в главную стадию извержения, так и из трещин на склонах вулкана в фумарольную стадию. В кальдере одного из вулканов на подводном хребте Хуан-де-Фука на глубине 1600 м канадские ученые обнаружили гидротермальные жерла, вокруг которых выросли холмы причудливых очертаний высотой до 10 м, сложенные сульфидными минералами. Отложения гидротерм содержат в большом количестве сульфиды — сернистые соединения меди, серебра, цинка, свинда и других элементов, являющиеся ценными полезными НС* копаемыми. Гидротермы обнаружены в Тихом и Атлантическом океанах, в Красном море.

 Подводные вулканы в области  шельфа по характеру извержения  приближаются к наземным —  исландского или гавайского типа. Наряду с эффузивными здесь  наблюдаются пирокластовые и  эксплозивные извержения. У этих  вулканов сначала вырастает подводный плоский широкий пьедестал конуса, а затем на нем — нормальный конус, который может, достигнув поверхности воды, образовать вулканический остров. Особенно многочисленны подводные вулканы в Тихом океане, а также вдоль срединных хребтов других океанов. Только в районе Исландии имеется 26 действующих вулканов. 13 ноября 1963 г. на глубине 130 м произошло извержение вулкана Сертсей, за несколько дней создавшее остров. В Средиземном море подводное извержение привело к образованию о. Санторин.

Пирокластовые (смешанные) извержения. Вулканы этой категории характеризуются выбросами как лавы, так и твердых и газообразных продуктов. Они центрально-кратерного типа, обладают конусами правильной формы. Обычно эти конусы состоят из переслаивания лавы и твердых продуктов (бомбы, пепел, вулканический песок, шлаки и т. п.), в связи с чем их называют слоистыми, или стратовулканами. В этой категории выделяют несколько типов: стромболианский, везувианский, этнинский и др. В целом извержения этой категории носят промежуточный характер между эффузивными и взрывными (эксплозивными), в связи с чем они иногда называются смешанными, или переходными.

Стромболианский тип. Извержения вулканов этого типа происходят часто; взрывы и выбросы могут следовать через короткие промежутки времени (от нескольких минут до часа), иногда с удивительной ритмичностью. Так, извержения вулкана Ицалько происходили через несколько минут. Бомбы, разбрызгиваемые лава и шлаки у этих вулканов поднимаются на относительно небольшую высоту (50—300 м). Лава вулканов стромбо-лианского типа более кислая и вязкая, чем вулканов гавайского типа, и горячая с температурой 1100—1200° С. Вулканический очаг располагается неглубоко.

Везувианский тип. Вулканы этого типа распространены очень широко, а их извержения в последние столетия наиболее типичны для рассматриваемой категории.

Везувий расположен на Средиземноморском побережье, вблизи г. Неаполя. Описания его деятельности имеются с начала прошлого тысячелетия. До извержения 63 г. н. э. он считался потухшим. Извержение огромной силы произошло в 79 г. н. э. Города Геркуланум, Помпеи и Стабия оказались погребенными под вулканическим пеплом, толщина слоя которого достигала 7 м. Люди, по-видимому, были удушены ядовитыми газами. В конце извержения хлынул дождь. Потоки воды, смешанные с вулканическими продуктами и грязью (лахар), завершили погребение городов и людей. Взрывы в начале извержения разрушили вершину горы, образовав на ее месте огромную котловину — взрывную кальдеру, окруженную соммой. Более 100 лет Везувий бездействовал, а затем были редкие слабые извержения. Все ранние извержения Везувия происходили без лавовых излияний (или при малом количестве лавы) и должны относиться к промежуточному типу извержений между пирокластовой и эксплозивной категориями. Итальянский геолог Стопанни назвал этот тип плинианским, в память Плиния Старшего — крупнейшего ученого античного периода, погибшего при извержении Везувия.

 Очень сильное извержение  Везувия произошло в 1631 г. Позже  Везувий начал действовать как вулкан пирокластовой категории. Наряду с небольшими выбросами газов, пепла, вулканических бомб вылилось большое количесво лавы, которая двумя потоками стала двигаться в сторону моря. Раскаленный поток почти полностью уничтожил г. Торре-дель-Греко. В дальнейшем извержения происходили с интервалом 10—30 лет. Последнее сильное извержение наблюдалось 20 марта 1944 г. Длилось оно 7 дней. В результате кратер и канал очистились от лавы и в настоящее время представляют собой открытую воронку.

Этнинский тип извержений по характеру близок к везу-вианскому и в ряде классификационных схем они объединяются. Вулканы этого типа очень активны. Извержения следуют одно за другим через несколько лет, но и в периоды между извержениями из центрального кратера непрерывно выделяются струи газа и па- ров воды, нередко выбрасывается пепел. Вулкан Этна расположен на о. Сицилия. Это высочайшая в Европе вулканическая гора (3290 м над уровнем моря). Фаза крупного извержения обычно, начиналась с сильного землетрясения и ряда взрывов, во время которых из центрального вершинного кратера выбрасываются газы и пепел. Вслед за начальным извержением на склоне появляются трещины, из которых изливается лава, выбрасывается рыхлый материал и образуются конусы побочных — паразитических — вулканов. В процессе извержения высота прорывов лавы постепенно снижается. Количество пирокластического и эффузивного (выброшенного Этной) материала необычайно велико. Лавовые потоки и туфы только за последние 100 лет заняли на склонах горы площадь около 1300 км2. Паразитических конусов на склоне Этны насчитывается свыше 200.