Продукты извержения вулканов

Газообразные продукты или летучие, как было показано выше, играют решающую роль при вулканических извержениях и состав их весьма сложен и изучен далеко не полностью из-за трудностей с определением состава газовой фазы в магме, находящейся глубоко под поверхностью Земли. По данным прямых измерений, в различных действующих вулканах среди летучих содержатся водяной пар, диоксид углерода (СО₂), оксид углерода (СО), азот (N₂), диоксид серы (SO₂), оксид серы (III) (SO₃), газообразная сера (S), водород (H₂), аммиак (NH₃), хлористый водород (HCL), фтористый водород (HF), сероводород (H₂S), метан (CH₄), борная кислота (Н₃ВО₂), хлор (Cl), аргон и другие, хотя преобладают Н₂О и СО₂. Присутствуют хлориды щелочных металлов, а также железа. Состав газов и их концентрация очень сильно меняются в пределах одного вулкана от места к месту и во времени, зависят они и от температуры и в самом общем виде от степени дегазации мантии, т.е. от типа земной коры. По данным японских ученых, зависимость состава вулканических газов от температуры выглядит следующим образом:

Данные таблицы показывают, что наиболее высокотемпературные газы являются, скорее всего, ювенильными, т.е. первичными магматическими эманациями, тогда как при более низких температурах они явно смешиваются с атмосферным воздухом и водой. Ниже +100^o С пары воды превращаются в жидкость, которая реагирует с малорастворимыми соединениями типа HC1, образуя агрессивные кислоты. В газах Ключевского вулкана на Камчатке при 800 - 300^o С преобладали H₂, HF, СО, CO₂, SO₂; при 200 - 150^o С - H₂, HC1, СО, CO₂, SO₂; при 100 - 56^o С - CO₂, SO₂; при 81-50^o С - CO₂. Газы континентальных вулканов резко отличаются от газов вулканов, расположенных на островах в океанах.

Жидкие вулканические продукты представлены лавой - магмой, вышедшей на поверхность и уже сильно дегазированной. Термин "лава" произошел от латинского слова "лавер" (мыть, стирать) и раньше лавой называли грязевые потоки. Главные свойства лавы -химический состав, вязкость, температура, содержание летучих - определяют характер эффузивных извержений, форму и протяженность лавовых потоков. Шире всего распространены основные - базальтовые лавы и в настоящее время наиболее крупные объемы единовременно излившихся лав также принадлежат базальтам. Так, при извержении вулкана Лаки в Исландии в 1783 г. объем базальтов составил 12 км³, что привело к гибели 10000 человек. Базальтовые лавы при выходе на поверхность имеют высокую до 1100-1200^o С температуру и малую 1^.10⁴ Па^.с вязкость, что связано с деполимеризацией алюмосиликатного расплава. Такие жидкие, подвижные лавы текут со скоростью до 60 км/ч при небольших уклонах, образуя лавовые "реки". Если рельеф слабо расчлененный, то жидкие базальты образуют обширные покровы.

Остывающие базальтовые лавы, первоначально нагретые до +1100 ^oС, еще могут течь даже при температуре +700^o С. На таких подвижных базальтовых лавах быстро образуется корка мощностью в десятки сантиметров, под которой еще долгое время лава остается раскаленной. Поверхность базальтовых лавовых потоков нередко имеет вид толстых канатов, причудливо изгибающихся. Такие лавы называются канатными или пахоэхоэ. Ниже сморщенной в "канаты" поверхности потока часто возникают полости, трубы и туннели, с потолков которых свисают лавовые "сосульки". Для более вязких лав характерна глыбовая поверхность, называемая "аа"-лавой, которая состоит из остроугольных, часто с шипами и отростками обломков, являющихся раздробленной остывшей коркой. Базальты, изливающиеся в подводных условиях, образуют подушечные, или пиллоу-лавы, размер "подушек" которых достигает первых метров. В разрезе "подушек" отчетливо видны внешняя быстро застывшая стекловатая корка и более раскристаллизованное внутреннее ядро, нередко имеющее радиальную отдельность. Промежутки между лавовыми "подушками" заполнены либо осадочным материалом, либо продуктами разрушения лав - мелкими стекловатыми обломками. Пиллоу-лавы изливаются сейчас в рифтовых зонах срединно-океанских хребтов. Важное геологическое значение, как индикатор морских обстановок, имеют спилиты - подушечные лавы с большим содержанием натрия, т.е. альбитизированные.

Нередко поверхность лавового потока, изливающегося в океане, море, озере или во льдах, очень быстро охлаждается, превращаясь в вулканическое стекло, которое, растрескиваясь в воде, образует массу пластинчатых осколков стекла. Подобные потоки называются гиалокластитами. В Исландии лавы, проходя подо льдом, формировали потоки гиалокластитов в десятки километров длиной.

Рис. 11.5. Строение лавового потока

Более кислые, вязкие и низкотемпературные лавы - андезиты, дациты, риолиты - образуют сравнительно короткие и мощные потоки, обладающие вполне закономерным строением. Лавовый поток, быстро остывая с поверхности, покрывается коркой с глыбами. Эта корка, достигая фронтальной части потока, обрушивается вниз, формируя раскаленную осыпь, на которую лавовый поток накатывается, как гусеница танка. Так образуется лавобрекчия в подошве и в кровле потока (рис. 11.5). Средняя часть лавового потока остывает гораздо медленнее, и в ней, благодаря сокращению объема, возникают трещины растяжения, растущие как от подошвы вверх, так и от кровли вниз. Ведущей силой здесь является термонапряжение. Как только температура упадет настолько, что возникающие термонапряжения превысят прочность породы, она разорвется на некотором расстоянии, так как далее температура еще будет слишком высока. Так трещины продвигаются прерывисто снизу вверх и сверху вниз, встречаясь ниже середины потока, потому что остывание сверху идет быстрее. Образуется столбчатая отдельность, всегда располагающаяся перпендикулярно поверхности охлаждения, т.е. рельефу подошвы потока или стенкам дайки. Расположение столбов позволяет реконструировать древний рельеф, на который изливались лавы.

Твердые и частично первоначально жидкие вулканические продукты, имеющие различную форму и размеры, образуются во время эксплозивных - взрывных извержений. В зависимости от силы газовых взрывов и состояния вулканического материала - жидкого или твердого - происходит либо разбрызгивание расплава, либо его разрыв и распыление на значительном пространстве.

При слабых взрывах расплескиваемая лава образует по краям кратера скопления спекшихся "лепешек" и "капель" лавы и такие конусы называются капельными, а породы - агглютинатами. При сильных взрывах раскаленные, еще жидкие лавы выбрасываются в воздух по параболическим траекториям на десятки и сотни метров. Закручиваясь в воздухе и остывая, они падают на склоны вулкана, обладая грушевидной или крученой формой, и при размерах в первые сантиметры и больше называются вулканическими бомбами. Часто куски лавы, застывая в воздухе, превращаются в стекловатые шлаки, которые, падая на землю, также спекаются в плотную массу. Во время взрывов газовой струей захватываются уже ранее затвердевшие вулканические породы, образуя бомбы, несущие на поверхности следы растрескивания и оплавления. Иногда жидкая центральная часть бомбы раздувается, и тогда на ее поверхности появляются трещины, напоминающие "хлебную корку". Крупные угловатые бомбы такого материала достигают первых десятков сантиметров в диаметре. Скопление вулканических бомб обычно называют агломератом.

Если выброшенный вулканический материал имеет размерность 5,0-1,0 см, то он называется лапиллями (от итал. "лапилли"- шарик), а более мелкий - вулканическим песком, пеплом и пылью. Последняя обладает микронной размерностью и разносится на тысячи километров. Так, при грандиозном взрыве вулкана Кракатау в 1883 г. тончайшая пыль обошла в верхних слоях атмосферы весь земной шар, вызвав образование серебристых облаков. Мощные взрывы, дробящие уже отвердевшие вулканические породы и распыляющие жидкую лаву, выбрасывают в воздух не только бомбы, и обломочки стекла, но и кристаллы минералов, их обломки. Такие мелкообломочные вулканические породы, состоящие из ювенильного (т.е. принадлежащего магме данного извержения) и резургентного (раздробленные породы вулкана) материала, называются туфами, размер обломков, в которых колеблется от 1 - 2 до долей мм. В настоящее время для всех рыхлых продуктов вулканических извержений используется термин тефра.