27. Трещинный и ареальный типы вулканизма. Типы вулканических аппаратов и их строение.

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. 1).

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. 1).

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.

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. 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. 2 ).

Рис. 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 последлительного периода покоя вулкана и магме чегче пробить новый путь наверх, нежели следовать по старому, закупоренному каналу. Так возникают новые жерла и новые кратеры, которые нередко оказываются сложенными друг в друга. При формировании вулкана нередко образуются радиальные и кольцевые трещины, также заполняющиеся магмой и формирующие новые побочные кратеры.

Системы трещин возникают в результате оседания вулкана при перераспределении масс, когда из близповерхностного магматического очага магма выносится наверх и в очаге создается недостаток массы, в то время, как на поверхности – избыток.

В результате мощных эксплозий, вершинная часть стратовулкана может быть уничтожена и тогда образуется обширная и глубокая округлая котловина – кальдера (кальдера – котел – исп.), диаметром от нескольких сотен метров до нескольких км. Это, т.н. кальдеры взрыва. Но существуют и кальдеры провала, которые образуются в результате оседания вершинной части вулкана по кольцевым разломам, т.к. в магматическом очаге под вулканом ощущается недостаток расплава. Известны очень большие кальдеры, например, Тимбер-Маунтин в Неваде, США, с диаметром до 32 км, Ла-Гарита в горах Сан-Хуан, Колорадо – около 50 км, Асо, Япония – 20 км, Санторин, в Эгейском море в Кикландской островной дуге – 14 км т и т.д. Часть Кальдер образуется в результате обрушения беспорядочно ориентированных частей вулканической постройки, а часть в результате оседания по кольцевым разломам всего массива вулкана. Иногда кальдеры бывают вложенными одна в другую, например, кальдеры вулкана Килауэа на Гавайях.

Кальдеры очень характерны для полей кислых игнимбритов, порождаемых пепловыми потоками, возникающими во время мощных эксплозивных извержений.

Классическим примером такой кальдеры, глубиной 2,5 км является Верхнечегемская на Северном Кавказе (рис. 3). Впечатляющая кальдера вулкана Санторин в Эгейском море, образовалась в 1547 г. до н.э. в результате грандиозных, в основном, эксплозивных пемзовых извержений вулкана, после которых сохранились лишь его части, образующие гирлянду островов вокруг кальдеры диаметром почти в 14 км (рис.4).

Рис. 5. Образование вулканотектонической впадины (вне масштаба): 1 – вмещающие породы, 2 – магматический очаг, 3 – игнимбриты, 4 – подошшва игнимбритов, 5 - опущенные блоки

Глубина моря внутри кальдеры составляет несколько сот метров, а в ее центре впоследствии вырос новый вулкан, вернее два, Палео- и Неокамени, последнее извержение которого было в 1957 г. От взрыва на краях кальдеры сохранился пласт пемзы, мощностью до 100 м.

И менно под ним греческим археологом С.Маринатосом в 60-е годы ХХ века был обнаружен древний город – Акротири. Предполагается, что извержение Санторина погубило минойскую цивилизацию, а исчезновение большого острова иногда связывают с легендой об Атлантиде. Нередко в кальдере начинает вновь расти куполовидное поднятие, возникают отдельные вулканические конусы. Такие кальдеры называются возрожденными.

Рис. 6. Формирование кальдеры Санторина: 1 – вулкан Стронгили до извержения XV в. до н.э., 2 – извержение середины XV в. до н.э. и образование пласта пемзы до 50-100 м мощностью (заштрихован), 3 – проседание части вулкана и образование кальдеры диаметром 16-18 км и глубиной в 0,5 км, 4 – формирование нового вулкана в центре кальдеры, последние извержения которого были в 1956 г.

Следует отметить, что отток магмы из близповерхностного очага может вызвать опускание территории, намного превышающую размер вулканической постройки. Такие впадины называются вулкано-тектоническими.

Если магма очень вязкая, например, риолитового состава или дацитового, то при извержении она выдавливается из подводящего канала, как паста из тюбика и не может образовывать лавовых потоков. В этом случае формируется экструзивный купол, по краям которого располагается вулканическая брекчия из обломков пород купола (рис. 5).

Рис. 7. Экструзивный купол миоценовых риолитов. Берегово, Закарпатье. В риолитах хорошо выражена столбчатая отдельность, а по краям купола – шлейф из обломков черных обсидианов

Типы вулканических извержений. Вулканические извержения разнообразны. В одних случаях жидкая магма спокойно переливается через край кратера, в других - с огромной силой вырывается из жерла, в третьих - распыляется газами с образованием туфов и пеплов.

Тип извержений зависит от состава и газонасыщенности магмы. Чем больше в ней оксида кремнезема, тем магма более вязкая, густая и содержит большее количество газов.

Именно такая магма и будет взрываться сильнее всего. В зависимости от характера извержений выделяют различные их типы чаще по названиям вулканов, в которых какая-либо из черт его активности выражена ярче всего.

Гавайский тип извержения - это относительно слабые выбросы очень жидкой базальтовой лавы, образующей невысокие фонтаны, большие пузыри и тонкие, обширные покровы лавовых потоков, наслаивающихся 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.

Извержения покровных базальтов или трещинного типа отличаются очень большими объемами излившихся лав и слабой взрывной деятельностью. Как правило, извержения начинаются из протяженных трещин и объем разлившихся лав может достигать десятков км3, а площадь - сотен км². Характер излияния лав спокойный, сопровождающийся слабым фонтанированием жидкой магмы, от чего над трещиной образуется как бы огненная завеса, как, например, часто бывает в Исландии. По мере развития извержений трещина постепенно закупоривается, излияния идут на убыль и сосредотачиваются в многочисленных, а потом все более редких отдельных жерлах (рис.1).

Рис. 1. Вулканы трещинного (А) и щитового центрального (Б) типов

Самое знаменитое извержение покровных базальтов произошло в Исландии в 1783 г. из трещины Лаки длиной около 25 км. Базальты покрыли площадь почти в 600 км², а их объем достиг 12 км³. В конце вулканической активности вдоль трещины образовалось более 100 шлаковых конусов, в первые десятки метров высотой. Надо отметить, что при этом извержении выделилось очень много сернистых газов, которые погубили урожай трав и, соответственно, стада крупного рогатого скота. На Исландию обрушился страшный голод.

Стромболианский 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.

Извержения Вулканского 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. Сам остров Вулькано, где по преданию находится кузница бога огня Гефеста, располагается вблизи побережья юго-западной Италии. Извержения вулканского типа обычно не сопровождаются излияниями лавовых потоков.

Пелейский тип извержений, названный так по вулкану Мон-Пеле на о. Мартиника в Карибском море, сопровождается не только мощными взрывами, наподобие вулканских, но и образованием раскаленных газово-пепловых лавин, с огромной скоростью скатывающихся со склона вулкана. Магма, как правило, вязкая, сравнительно низкой температуры, закупоривающая жерло вулкана. Когда давление газов превышает прочность этой пробки, происходят взрывы вулканского типа и выбросы лавин пелейского типа. Этот тип извержений весьма опасен и хорошо известна катастрофа 1902 г., когда из-за такой лавины погибло свыше 30 000 жителей города Сен-Пьер на Мартинике.

Плинианские извержения названы в честь древнеримского естествоиспытателя Плиния Старшего, погибшего во время извержения Везувия в 79 г.н.э., погубившего Помпеи, Геркуланум и другие города в окрестностях Неаполитанского залива.

Извержение Везувия в 79 г. н.э. началось внезапно и продолжалось 12 часов.

Верхняя часть более древнего Везувия, имевшего высоту примерно в 2,5-3 км казалась разрушенной и от нее сохранилась лишь восточная часть, называемая соммой. Из жерла вулкана половину суток вырывался столб пемзовидных обломков, разносимых ветром к юго-востоку. Наибольшая интенсивность пемзопада пришлась как раз на Помпеи. Город, в котором жили 40 000 жителей оказался погребенным под мощной, 5-4 м толщей вулканических обломков. Многие жители погибли и теперь мы можем видеть гипсовые слепки человеческих тел, получаемые при заполнении пустот в пемзовой толще гипсом, когда полости обнаруживают при археологических раскопках. Плиний старший, который был адмиралом и командовал галерным флотом, стоявшим у мыса Мизено, на севере Неаполитанского залива, отправился на галере к берегу около Помпеи и ночью умер.

Описание извержения мы знаем со слов Плиния Младшего, племянника Плиния Старшего, который остался жив, т.к. не поехал на галере дяди, а остался в Мизено.

Плинианские извержения представляют собой, по существу, очень мощный вулканский тип. Внезапные взрывы и следующий за ними длительный пепло- или пемзопад связан с тем, что к кратеру вулкана поднимается вязкая, насыщенная газами магма. Газовые пузырьки расширяясь, разрывают магму, вспенивая ее, образуя кусочки пемзы и стекловатый пепел, разносящийся ветром на большие расстояния. Выброшенные вверх газово-пепловые облака «растекаются» на высоте нескольких км в разные стороны, напоминая крону средиземноморской сосны-пинии. В результате плинианских извержений привершинная часть вулканического конуса обрушивается и образуется чашевидное углубление - кальдера с крутыми стенками. Этот тип извержения так же представляет большую опасность для населения.

Рис. 2. Эволюция вулкана Везувий (по Аритману, с изменениями). I – формирование конуса до VIII в. до н. э.: сначала в нем образовался обширный кратер, а потом начал расти новый конус. II – в начале VIII в. до н.э. конус достиг высоты 3 000 м, вулкан стал одноглавым. III – мощные извержения разрушшили конус. На вершине вновь образовался широкий кратер с выровненным дном за счет обвалов пород со стенок. IV – после извержения 24 - 25 августа 79 г. вершинный конус исчез. На его месте образовалась обширная кальдера с более высоким северным краем (современная Монте- Сомма). V - в дальнейшшем в южной части кальдеры сформировался новый конус (современный Везувий) с небольшим кратером на вершине

Газовые извержения относятся к особому типу, когда магма практически отсутствует и в обломках, выбрасываемых при взрывах, присутствуют лишь горные породы того фундамента через которое проходит взрывное жерло. Если магма подходит близко к поверхности Земли, в отдельных местах она может соприкасаться с водой, которая, превращаясь в пар, вырывается со взрывом наверх. При этом образуются воронки, диаметром в десятки и сотни метров, называемые в Германии маарами. После взрыва, они обычно заполняются водой и превращаются в озера (рис. 3).

Рис.3. Образование маара: 1 – вода, 2 – магма, 3 – взрыв вскипевшей воды, образование воронки и раздробление пород, 4 – воронка, 5 – коренные породы

Иногда трубки взрыва заполнены туфами или туфобрекчией. Тогда они называются диастремами. Их сечение изменяется с глубиной, но, как правило, становится уже.