Вулканы: жизнь и "творчество".
Изучением потухших и ископаемых вулканов занимается наука, которая называется палеовулканологией (от греч. «палео» — древний).
Палеовулканологам обычно приходится иметь дело с руинами древних
вулканов, расположенными на земной поверхности, или вскрытыми горными
выработками и буровыми скважинами.
Зная законы в формы образования современных вулканов,
геологи и палеовулканологи реконструируют по остаткам древних вулканов
полную картину вулканической деятельности. Это имеет большое значение
при поисках месторождений полезных ископаемых.
В нашей стране создав специальный научно-исследовательский институт
вулканологии в городе Петропавловске-Камчатском. Сотрудники этого
института проводят комплексное изучение современного наземного и
подводного вулканизма на Камчатке, Курильских островах и в Тихом
океане. В их распоряжении находится специальный корабль «Вулканолог».
Обо всем этом будет рассказано в книге. Читатель найдет в ней много
познавательного материала. Учащимся старших классов книга может помочь
в профессиональной ориентации.
Деятельность современных земных вулканов изучают вулканологи,
геологи, геофизики, химики, а также представители некоторых других
профессий. В задачу исследователей входит определение химического
состава, температуры и вязкости изливающихся лав, температуры газов, их
притока, давления.
Все эти анализы проводят либо непосредственно на самом вулкане,
либо в лаборатории, после того как отобраны пробы газа, лавы или
застывшей горной породы. Многие измерения делают в непосредственной
близости от раскаленного жерла, в местах, где температура достигает
нескольких сот градусов Цельсия.
Поэтому вулканологи, подобно рабочим горячих цехов, одеты в огнестойкую одежду и обувь. Вулканолог должен быть хорошим спортсменом, ему часто приходится подобно альпинисту подниматься на обрывистые склоны кратеров.
Исследователь вулканов должен быть хорошим химиком, потому что в
основном анализы газов и жидкостей проводятся в полевых условиях с
помощью переносных лабораторий, и нужно уметь обращаться с реактивами и
химическими приборами. Потухшие вулканы
Но вернемся на Землю. Кроме действующих вулканов, па нашей планете существуют еще тысячи вулканов потухших и захороненных, или ископаемых. Их изучение также имеет большое значение.
Исследуя эти вулканы, специалисты познают историю земного шара. На
нашей планете вулканы действовали в течение всех 6 млрд. лет ее
существования.
Было, время, когда даже в самых спокойных районах Земли, например
где-нибудь под Москвой, извергались вулканы. Остатки этих сооружений
находят среди различных геологических наслоений, возраст которых
составляет миллионы и миллиарды лет.
Реликты древних вулканов имеют большое практическое значение. Многие месторождения
полезных ископаемых (меди, свинца, цинка и других металлов), многие
источники минеральных вод знаменитых и малоизвестных курортов обязаны
своим существованием древней вулканической деятельности.
На подземной теплоте горячих вулканических вод работают геотермальные
электростанции, и их значение возрастет в связи с нехваткой энергии.
Вот почему в этой книге рассказано также и о том, что происходит с
вулканами после того, как прекращается их активная деятельность, когда
основную роль играют химические процессы.
Извержения вулканов происходят и в наши дни. В 1979 г. газеты принесли
известие о том, что начались извержения на самом активном вулкане
Камчатки — Карымском. Извержения повторялись через 2—3 мин и столб
пепла над вулканом достигал в высоту 1, 5 км.
С другой стороны нашей планеты, из Италии, дошли известия о том, что пробудился самый высокий европейский вулкан
— Этна. В результате извержения на восточном склоне вулкана на высоте
более 3 км образовался новый кратер, из которого вылился поток лавы.
Этот поток спустился вниз по склону и остановился в 100 м от деревни
Формаццо, население которой эвакуировано.
27 апреля 1981 г. пробудился вулкан Алаид — самый высокий и самый активный среди вулканов Курильских островов. Произошел взрыв, и началось сильное извержение.
Оно достигло наибольшей силы 1 мая. Высоко в воздух поднялась огромная
пепловая туча, которая понеслась в восточном направлении. Город
Северо-Курильск, расположенный в 45 км от вулкана, был засыпан слоем
пепла толщиной до 20 см. Пепел выпал на Камчатке.
Роль вулканизма в строении и развитии Земли огромна. Многие горные
породы, покрывающие поверхность Земли или дно морей и океанов,
образовались в результате вулканической деятельности или при размывании
вулканических пород .
По подсчетам А. Б. Ропова и А. А. Ярошевского, объем вулканических
пород в верхней оболочке Земли (до глубины 2 км) превышает 150 млн. км
3 , что составляет почти 20% объема этой оболочки.
Вулканизм
является частью еще более грандиозно процесса, происходящего в недрах
Земли, — магматизма. В земных глубинах на всех этапах развития нашей
планеты образовывались расплавленные вещества.
Эта расплавленная масса, называемая магмой, проникала из
глубоких недр Земли на разные уровни земной коры и на поверхность.
Застывая, она образовывала магматические горные породы. Все глубинные и
поверхностные процессы, связанные с действием магмы, носят название
магматизма.
Обычно различают интрузивный магматизм и вулканизм.
Первый процесс связан с застыванием магмы на глубине, второй — с
поверхностными и приповерхностными магматическими явлениями. Последние
и рассматриваются в этом сайте.
Обычно большинство вулканических гор имеет конусообразную форму (рис. 1). Конус имеет большое сходство с терриконами шахт, потому что образуется аналогичным образом.
Рис. 1. Самый правильный вулканический конус на Земле — вулкан Майон на Филиппинах.
Чаще всего он сложен насыпными продуктами, которые выбрасываются из
центра. При вулканических взрывах обломки разлетаются в разные стороны,
но большая их часть падает поблизости и, постепенно накапливаясь,
образует гору.
Эта гора слагается из различных слоев (рис. 2), представленных
лавовыми потоками и слоями туфов, и в разрезе напоминает слоеный пирог.
Рис. 2. Схема строения стратовулкана (в разрезе) со слоями лав, туфов и других пород.
Еще одной интересной формой вулканов являются вулканические купола (рис. 3). Они появляются тогда, когда из жерла, как из тюбика зубной пасты, выдавливается очень вязкая лава,
которая почти не способна течь. Поэтому непосредственно над жерлом или
вокруг него слагаются холмы, часто имеющие очень крутые склоны.
Рис. 3. Небольшой вулканический купол на Гавайских островах.
А вот в Исландии, которая также является страной современного
вулканизма, строение вулканов совершенно иное. Здесь преимущественно
распространены вулканы трещинного типа.
Излияние лавы происходит в этой стране не из единого центра, а вдоль крупной трещины
— раскола в земной коре. Длина трещин может достигать 30 км. Они
протягиваются почти прямолинейно, пересекая горы и речные долины. Лишь
изредка встречаются изгибы и коленчатые смещения трещин.
При извержениях лава изливается почти на всем протяжении трещины. Она как бы переливается через край и затем течет в обе стороны от трещины, заливая и выравнивая все соседние участки.
После ее застывания образуется ровная поверхность лавового плато. Иногда вдоль трещины формируются небольшие вулканические конусы, состоящие из обломков той же лавы.
Такая необычная текучесть лавы связана с ее химическим составом. Для трещинных вулканов Исландии характерны базальтовые лавы,
содержащие относительно немного кремнезема, менее 55%. Такие лавы
характеризуются очень низкой вязкостью и легко растекаются по
поверхности. Это и определило простое геологическое строение острова
Исландия.
И еще об одной форме вулканов следует рассказать. Это так называемые
лавовые озера. В таком озере в большом плоском кратере диаметром до 5
км располагается почти незастывающая масса расплавленной базальтовой
лавы с содержанием оксида кремния (IV) до 50%.
Размеры озера сокращаются в периоды между извержениями и резко
увеличиваются во время извержений. Происходят своеобразные наводнения:
лавы выходят из берегов и затапливают значительные площади в пределах
кратера, иногда выливаются за его пределы.
Наиболее известные лавовые озера существовали на Гавайских
островах. В результате последних извержений вулкана Килауэа, в 1959,
1963 и 1965 гг., образовалось три лавовых озера глубиной от 15 до 120
м. Эти озера уже застыли, хотя температура при излиянии лав составляла
1140—1285 С С.
Застывание продолжалось от 10 месяцев до 25 лет как с поверхности
под воздействием воздуха и дождя, так и снизу под воздействием холодных
горных пород. В этих застывших озерах еще есть линзы расплавленного
материала на глубине 30—40 м. В настоящее время лавовое озеро имеется лишь в Африке на вулкане Нир агонго.
Прежде чем перейти к объяснению этих явлений, необходимо, хотя бы
кратко, рассмотреть химические составы природных соединений— минералов
и горных пород, которые участвуют в вулканических процессах.
Это тем более необходимо, что мы неоднократно будем возвращаться к
этим образованиям в нашей книге при оценке химических и
физико-химических процессов, сопровождающих вулканизм.
Земная кора
состоит на 47% из кислорода, 28%’ кремния, 9% алюминия. Таких
элементов, как Fe , Са, Na , К и Mg , содержится в земной коре 2—5%,
остальных — несколько долей процента.
Горные породы, входящие в состав земной коры, слагают горы, долины
рек, низины, потому что песок и глина также относятся к горным породам.
В природе горные породы находятся в естественных или искусственных
обнажениях, их обломки можно найти на вспаханном поле.
В городах выходов горных пород меньше, но из них, собственно,
построен весь город. Из глины были сделаны кирпичи, из известняков и
доломитов получены известь, цемент и т. д.
Все горные породы по способу образования подразделяются на изверженные
(среди которых выделяются и интересующие нас вулканические породы),
осадочные и метаморфические. Они состоят из минералов.
К минералам принадлежат природные химические соединения,
представляющие собой оксиды, галогениды, карбонаты, силикаты, сульфиды
о сульфаты, соли других кислот, а также самородные металлы.
Для нас наиболее интересны так называемые породообразующие
минералы, т. е. минералы, которые слагают горные породы, и прежде всего
вулканические горные породы.
Наиболее распространены среди этих минералов алюмосиликаты — соли поликремниевых кислот, имеющие сложное строение. Простейшая из них — ортокремниевая кислота H 4 SiO 4 :
Соли этой кислоты ( Mg 2 SiO 4 или Fe 2 SiO 4 ) образуют минерал
оливин. Это одни из самых простых химических соединений в ряду сложных
алюмосиликатов.
По своему химическому составу вулканические породы
подразделяются на несколько групп. Как правило, содержание различных
компонентов в этих породах выражают в процентах, беря за основу
содержание оксидов различных элементов: SiO 2 , Al 2 O 3 , FeO , MgO ,
CaO и т. д.
С помощью такого деления пород на группы производится так называемая петрохимическая классификация вулканических пород (от греч. «петро» — камень, в буквальном переводе — химическая классификация камней).
Высокое содержание оксида кремния (IV) характерно для кислых вулканических пород. К ним принадлежат риолиты, липариты, кератофиты.
Они, как правило, состоят из вулканического стекла и минералов: кварца
SiO 2 , полевых пшатов Na 2 O • Al 2 O 3 •6 SiO 2 и К 2 О• Al 2 O 3 •6
SiO 2 и незначительного количества слюды.
Содержание кремнезема SiO 2 в них составляет от 70 до 78%, а
оксидов MgO , FeO , CaO — самое низкое среди всех вулканических пород,
оно не превышает 1—2%. Для них характерно довольно высокое содержание
основных оксидов K 2 O и Na 2 O , которое в сумме достигает 6—9%.
В этой главе кратко изложено о главных разновидностях вулканических пород. В действительности их число во много раз больше.
Кроме вулканических пород, которые содержат стекло, при
вулканической деятельности образуются и другие горные породы. Они имеют
тот же химический состав, но стекло в них полностью превращено в другие
минералы, или, как говорят геологи, раскристаллизовано.
Эти породы обычно образуются на большой глубине под вулканами, их
застывание происходит в течение длительного времени в условиях более
высоких давлений и температур.
За это время расплавленная масса успевает образовать кристаллы. Эти
породы называются субвулканическими, т. е. почти вулканическими.
Но есть еще одна группа магматических горных пород, которые но
связаны непосредственно с вулканической деятельностью. Это так
называемые интрузивные горные породы.
Они образуются в результате кристаллизации магмы на большой глубине
при высоком давлении. По своему химическому составу они почти полностью
соответствуют охарактеризованным ранее вулканическим породам, но имеют
иное кристаллическое строение. К числу интрузивных горных пород
принадлежат известный всем гранит, габбро, диорит и многие другие.
Источник: http://gizn-vulkana.ru/page/ |