Магматизм. Магматические горные породы

Что такое "Вулканизм"? Как правильно пишется данное слово. Понятие и трактовка.

Вулканизм вулкани?зм термин, имеющий два значения. В узком смысле обозначает процессы формирования вулканов и весь комплекс явлений вулканической деятельности. В широком смысле под вулканизмом понимаются все явления, связанные с деятельностью магмы как на глубине, так и на поверхности земли. Наиболее представительным следствием вулканизма на поверхности земли являются вулканы, на глубине – формирование интрузий и изменение вмещающих пород под воздействием высоких тем-р и давлений. Наиболее общее определение вулканизма – совокупность явлений, связанных с образованием и перемещением магмы в глубинах Земли и её извержением на поверхность суши, дна морей и океанов в виде лав, пирокластического материала и вулканических газов. В процессе вулканической деятельности в земных глубинах образуются магматические очаги и каналы, горные породы вокруг которых могут изменяться как под влиянием высокой тем-ры, так и в результате химических воздействий лав. На земной поверхности возникают вулканические конусы, купола, плато, кальдеры, лавовые потоки, пемзовые покровы, гейзеры, горячие источники и др. Горные породы, излившиеся на поверхность в результате вулканической деятельности, называются вулканическими. Породы из магмы на глубине – магматическими. За счёт всех форм проявления вулканизма объём пород земной коры увеличивается более чем на 5 км? в год. Вулканизм выделяет в атмосферу огромное количество газов, формирующих в значительной степени газовую оболочку Земли и участвующих в формировании гидросферы. Наиболее интенсивно вулканизм проявляется в срединно-океанических хребтах, островных дугах, рифтовых долинах, молодых орогенах. С вулканизмом связаны целые группы полезных ископаемых: золото, серебро, медь, сурьма, мышьяк, сера, алунит, бораты, драгоценные камни, строительные материалы. Вулканизм – могучий планетарный процесс. Вулканы, кальдеры, лавовые потоки и поля характерны для Луны, Марса, Меркурия и Ио – его спутника.

Вулканизм - Все изменения земной коры, совершающиеся на наших глазах и ознаменовавшие собой минувшие геологичес... Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Вулканизм - (геологический) совокупность явлений, связанных с перемещением магмы в земной коре и на её ... Большая Советская энциклопедия

Вулканизм - ВУЛКАНИЗМ, вулканизма, мн. нет, м. (геол.). Деятельность внутренних сил земного шара, ведущая к изме... Толковый словарь Ушакова

Вулканизм - м. 1. Совокупность явлений, связанных с перемещением расплавленной жидкой массы (магмы) в земной ко... Толковый словарь Ефремовой

Вулканизм - совокупность процессов и явлений, связанных с перемещением магмы (вместе с газами и паром) в верхне... Энциклопедия Кольера

Вулканизм - ВУЛКАНИЗМ - совокупность явлений, обусловленных проникновением магмы из глубин Земли на ее поверхнос...

ВУЛКАНИЗМ
совокупность процессов и явлений, связанных с перемещением магмы (вместе с газами и паром) в верхней мантии и земной коре, излиянием ее в виде лавы или выбросом на поверхность при вулканических извержениях (см. также ВУЛКАНЫ). Иногда большие объемы магмы остывают и затвердевают прежде, чем выйдут на поверхность Земли; в этом случае они образуют магматические интрузии.

МАГМАТИЧЕСКИЕ ИНТРУЗИИ
О размерах и формах интрузивных тел можно судить, когда они хотя бы частично вскрыты эрозией. Большинство интрузий сформировалось на значительных глубинах (сотни и тысячи метров) и находятся под мощной толщей горных пород, и только некоторые в процессе формирования достигли поверхности. Относительно небольшие интрузивные тела были полностью вскрыты в результате последующей эрозии. Теоретически интрузивные тела бывают любых размеров и любой формы, однако обычно их можно отнести к одной из разновидностей, характеризующихся определенными размерами и формой. Дайки - пластинообразные четко ограниченные параллельными стенками тела интрузивных магматических пород, которые пронизывают вмещающие их породы (или залегают несогласно с ними). В поперечнике дайки бывают от нескольких десятков сантиметров до десятков и сотен метров, однако, как правило, не превышают 6 м, а их протяженность может достигать нескольких километров. Обычно в одном районе встречаются многочисленные дайки, близкие по возрасту и составу. Одним из механизмов образования даек является заполнение магматическим расплавом трещин во вмещающих породах. Магма расширяет трещины и частично расплавляет и поглощает окружающие породы, формируя и заполняя камеру. Вблизи контакта с вмещающей породой из-за относительно быстрого охлаждения дайки обычно имеют мелкозернистую структуру. Вмещающая порода может быть изменена в результате термического воздействия магмы. Часто дайки более устойчивы к эрозии, чем вмещающие породы, и их выходы на поверхность образуют узкие гребни или стены. Силлы - пластовые интрузии, имеющие сходство с дайками, но залегающие согласно пластам вмещающей породы (обычно горизонтальным). По мощности и протяженности силлы близки дайкам, причем силлы большой толщины встречаются чаще. Палисайдский силл в районе знаменитых береговых уступов реки Гудзон напротив Нью-Йорка первоначально имел толщину более 100 м и длину ок. 160 км. Толщина Уинского силла на севере Англии превышает 27 м. Лакколиты - линзовидные интрузивные тела с выпуклыми или куполообразными верхними и относительно плоскими нижними поверхностями. Как и силлы, они залегают согласно с пластами вмещающих отложений. Лакколиты образуются из магмы, поступающей либо по дайкообразным подводящим каналам снизу, либо из силла, как, например, известные лакколиты в горах Генри в штате Юта, имеющие несколько километров в поперечнике. Однако встречаются и более крупные лакколиты. Особую разновидность лакколитов представляют бисмалиты - интрузии цилиндрической формы, разбитые трещинами или разломами, с приподнятой центральной частью. Лополиты - очень крупные линзовидные интрузивные тела, вогнутые в центральной части (блюдцеобразные), залегающие более или менее согласно структурам вмещающих пород. Один из крупнейших лополитов (в поперечнике ок. 500 км) обнаружен в Трансваале (ЮАР). Другой довольно крупный лополит находится в районе никелевого месторождения Садбери (провинция Онтарио, Канада). Батолиты - крупные расширяющиеся книзу интрузивные тела неправильной формы, уходящие на значительную глубину (как правило, их подошва не вскрывается эрозией). Площадь батолитов может достигать нескольких тысяч квадратных километров. Они часто встречаются в центральных частях складчатых гор, где их простирание в целом соответствует простиранию горной системы. Однако обычно батолиты секут основные структуры. Батолиты сложены крупнозернистыми гранитами. Поверхность батолита может быть очень неровной с наростами, выступами и отростками. К тому же в верхней части батолита могут располагаться большие призмы материнских пород, которые называются останцами кровли. Как и многие другие интрузивные тела, батолиты окружены зоной (ореолом) пород, измененных (метаморфизованных) в результате термического воздействия магмы. Размеры батолитов настолько велики, что до сих пор не вполне ясно, как происходит их внедрение. Высказывалось предположение, что образование камеры батолитов происходит в результате обрушения крупных блоков коренных пород в расплавленную магму, а затем поглощения, плавления и ассимиляции их магмой (т.н. гипотеза магматического обрушения). Менее распространенная гипотеза заключается в том, что гранитные породы батолита представляют собой переплавленные и перекристаллизованные вмещающие породы с небольшой добавкой нового магматического материала (гипотеза гранитизации). Штоки - сходны с батолитами, но имеют меньшие размеры. Условно штоки определяются как батолитовидные интрузивные тела площадью менее 100 км2. Некоторые из них представляют собой куполообразные выступы на поверхности батолита. Некки - цилиндрические интрузивные тела, заполняющие жерла вулканов, обычно имеющие диаметр не более 1,5 км. Вулканические некки прочнее вмещающих пород, благодаря чему после разрушения эрозией вулканических построек они сохраняются в рельефе в виде шпилей или крутосклонных холмов.
Другие магматические интрузии. Существует большое количество разновидностей небольших интрузивных тел, которые встречаются реже, чем рассмотренные выше. Среди них выделяются факолиты - согласно залегающие, двояковыпуклые, линзовидные тела, образующиеся обычно в гребнях антиклиналей или во впадинах (шарнирах) синклиналей; апофизы - ответвления от более крупных интрузивных тел, имеющие неправильную форму; конические дайки, или конические слои, - дугообразные дайки, полого погружающиеся к центру дуги, предположительно образующиеся в результате заполнения концентрических трещин над магматическими очагами; кольцевые дайки - вертикальные дайки, имеющие в плане круглую или овальную форму и образующиеся при заполнении кольцевых разломов, возникающих при оседании расположенной внизу магматической массы.

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Синонимы :

Смотреть что такое "ВУЛКАНИЗМ" в других словарях:

1) геологическое учение, приписывающее образование земной коры и перевороты на земном шаре действию огня. 2) то же, что плутонизм. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ВУЛКАНИЗМ Система геологов,… … Словарь иностранных слов русского языка

Совокупность процессов и явлений, связанных с перемещением магм. масс и часто сопровождающих их газо водных продуктов из глубинных частей земной коры на поверхность. В узком смысле, В. совокупность явлений, связанных с вулк. и сопровождающей ее… … Геологическая энциклопедия

Совокупность явлений, обусловленных проникновением магмы из глубин Земли на ее поверхность … Большой Энциклопедический словарь

Геологический процесс, обусловленный деятельностью магмы на глубиной поверхности Земли … Геологические термины

ВУЛКАНИЗМ, вулканическая активность. Термин является общим для всех аспектов процесса: извержения расплавленных и газообразных масс, образования гор и кратеров, возникновения потоков лавы, гейзеров и горячих источников … Научно-технический энциклопедический словарь

ВУЛКАНИЗМ, вулканизма, мн. нет, муж. (геол.). Деятельность внутренних сил земного шара, ведущая к изменению геологического строения земной коры и сопровождающаяся извержениями вулканов, землетрясениями. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 … Толковый словарь Ушакова

Сущ., кол во синонимов: 1 криовулканизм (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

вулканизм - а, м. volcanisme m.> нем. Совокупность явлений, связанных с перемещением расплавленной жидкой массы (магмы) в земной коре и излиянием ее на поверхность Земли. БАС 2.Тут.. на протяжении, приблизительно равняющемся всей площади Бельгии… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

вулканизм - Эндогенный процесс, связанный с перемещением магм и сопутствующих им газо водных продуктов из глубинных зон на поверхность. [Словарь геологических терминов и понятий. Томский Государственный Университет] Тематики геология, геофизика Обобщающие… … Справочник технического переводчика

вулканизм - Совокупность процессов и явлений, связанных с излиянием магмы на поверхности Земли. Syn.: вулканическая деятельность … Словарь по географии

Извержение вулкана на Ио … Википедия

Книги

Вулканизм и сульфидные холмы палеоокеанических окраин. На примере колчеданоносных зон Урала и Сибири , Зайков В.В.. В монографии охарактеризованы вулканизм и рудоносность палеозойских рифтов окраинных морей, энсиматических островных дуг, междуговых бассейнов. На примере Уралаи Сибири показано, что…

ВУЛКАНИЗМ, совокупность эндогенных процессов, связанных с образованием и перемещением магмы в недрах Земли и её извержением на поверхность суши, дно морей и океанов. Является составной частью магматизма. В процессе вулканизма в земных глубинах образуются магматические очаги, горные породы вокруг которых могут изменяться под влиянием высокой температуры и химического воздействия магмы. При достижении магматическим расплавом поверхности Земли наблюдается самое эффектное проявление вулканизма - вулканическое извержение, заключающееся в излиянии или фонтанировании жидкой лавы (эффузии), выжимании вязкой лавы (экструзии), разрушении вулканической постройки взрывом и выбросе твёрдых продуктов вулканической деятельности (эксплозии). В результате извержений разных типов и силы образуются разнообразные по форме и размерам вулканы, формируются вулканические горные породы. С вулканизмом связаны явления, которые предваряют (предвестники), сопровождают и завершают (поствулканические явления) вулканические извержения. К предвестникам, наблюдаемым в срок от нескольких часов до нескольких столетий до извержения, относятся некоторые вулканические землетрясения, деформации земной поверхности и вулканических построек, акустические явления, изменения геофизических полей, состава и интенсивности выделения фумарольных газов (у действующих вулканов) и др.

Явления, наблюдающиеся в ходе извержений: вулканические взрывы, связанные с ними ударные волны, резкие скачки атмосферного давления, наэлектризованные эруптивные (изверженные) тучи с огнями Эльма, молниями, вулканическими пеплопадами и кислотными дождями, возникновение лахаров (грязекаменных потоков), формирование цунами - при падении в воду громадных объёмов обвальных и взрывных отложений. К вулканическим явлениям также относят снижение уровня солнечной радиации и температуры, появление пурпурных закатов, вызванные помутнением атмосферы вулканической пылью и аэрозолями при катастрофических взрывных извержениях. После извержений наблюдаются поствулканические явления, связанные с остыванием магматического очага, - выходы вулканических газов (фумаролы) и термальных вод (термальные источники, гейзеры и др.).

По месту проявления различают вулканизм наземный, подводный и субаэральный (подводно-надводный); по составу продуктов извержения - последовательно-дифференцированный базальт-андезит-риолитовый, контрастно-дифференцированный базальт-риолитовый (бимодальный), щелочной, щёлочно-ультраосновной, основной, кислый и другой вулканизм наиболее характерен для конвергентных границ литосферных плит, где в процессе их встречного взаимодействия формируются вулканические пояса (островодужные и окраинно-континентальные) над зоной погружения (субдукции) одной плиты под другую или в области столкновения (коллизии) их континентальных частей. Вулканизм широко проявлен также на дивергентных границах литосферных плит, приуроченных к срединно-океаническим хребтам, где при раздвиге плит в ходе подводной вулканической деятельности происходит новообразование океанической земной коры. Вулканизм характерен и для внутренних частей литосферных плит - структур горячих точек, континентальных рифтовых систем, трапповых провинций континентов, внутриокеанических базальтовых плато.

Вулканизм начался на ранних стадиях развития Земли и стал одним из главных факторов формирования литосферы, гидросферы и атмосферы. Развитие всех трёх оболочек за счёт вулканизма продолжается: объём пород литосферы ежегодно увеличивается более чем на 5-10 км 3 , а в атмосферу в среднем поступает 50-100 миллионов тонн вулканических газов в год, часть которых расходуется и на преобразование гидросферы. С вулканизмом генетически связаны многие месторождения металлических (золота, серебра, цветных металлов, мышьяка и др.) и неметаллических (серы, боратов, природных строительных материалов и др.) полезных ископаемых, а также геотермальные ресурсы.

Проявления вулканизма выявлены на всех планетах земной группы. На Меркурии, Марсе и Луне вулканизм, вероятно, уже завершился (или почти завершился), интенсивно продолжается только на Венере. В конце 20 - начале 21 века вулканические формы и протекающая вулканическая деятельность обнаружены на спутниках Юпитера и Сатурна - Европе, Ио, Каллисто, Ганимеде, Титане. На Европе и Ио отмечен специфический тип вулканизма - криовулканизм (извержение льда и газа).

Лит.: Мелекесцев И. В. Вулканизм и рельефообразование. М., 1980; Раст Х. Вулканы и вулканизм. М., 1982; Влодавец В. И. Справочник по вулканологии. М., 1984; Мархинин Е. К. Вулканизм. М., 1985.

Т.И.ФРОЛОВА
Вулканические породы являются продуктами глубинного процесса - вулканизма. По определению известного вулканолога А. Джаггара, вулканизм - это совокупность явлений, протекающих в земной коре и под нею, приводящих к прорыву расплавленных масс через твердую кору. Вулканизм связан с потоком горячих глубинных газов - флюидов из недр Земли. Флюиды способствуют разуплотнению и локальному подъему глубинного вещества, которое в результате понижения давления (декомпрессии) начинает частично плавиться, образуя глубинные диапиры - источники магматических расплавов. В зависимости от интенсивности прогрева образование расплавов происходит на разных уровнях мантии и земной коры, начиная с глубин 300 - 400 км.

Вулканология - это наука о вулканах и их продуктах (вулканических породах), о причинах вулканизма, обусловленных геодинамическими, тектоническими и физико-химическими процессами, совершающимися в недрах Земли. Помимо собственно геологических наук: исторической геологии, геотектоники, петрографии, минералогии, литологии, геохимии и геофизики, вулканология использует данные географии, геоморфологии, физической химии, а отчасти и астрономии, поскольку вулканизм представляет собою общепланетарное явление. Будучи продуктами глубинных (эндогенных) процессов, вулканы, образующиеся на поверхности Земли, оказывают влияние на окружающую среду, атмосферу и гидросферу, образование осадков. Вулканология как бы фокусирует проблемы, связывающие процессы внутренней и внешней энергетики Земли.

Общая классификация всех магматических пород, в том числе и вулканических, основана на их химическом составе и в первую очередь на содержании и соотношении в породах кремнезема и щелочей (рис. 1). По содержанию кремнезема, самого распространенного оксида в магматических породах, последние разделяются на четыре группы: ультраосновные (30 - 44% SiO2), основные (44 - 53%), средние (53 - 64%), кислые (64 - 78%). Другой важный признак классификации - щелочность пород, оценивается суммой содержаний Na2O + K2O. По этому признаку выделяются горные породы нормальной щелочности и щелочные.

Наиболее широко среди вулканических пород Земли распространены основные породы - базальты, которые являются производными вещества мантии и встречаются как в океанах, так и на континентах. Их можно сравнить с "кровью" нашей планеты, которая появляется при любом нарушении земной коры. В зависимости от геологического положения базальты различаются по составу. Большая их часть относится к породам нормальной щелочности. Это богатые известью низкощелочные (толеитовые) и известково-щелочные базальты. Реже встречаются щелочные базальты, недонасыщенные кремнеземом. Базальтовые магмы при дифференциации дают серии пород (толеитовые, известково-щелочные и щелочные), объединенные происхождением из единой магмы, сохраняющие общие признаки с родоначальными базальтовыми магмами, вплоть до крайне кислых. Среди интрузивных пород наиболее распространены граниты. Они относятся к группе кремнекислых пород, в образовании которых существенную роль играет вещество земной коры. Средние по составу породы, которые представлены преимущественно вулканическими андезитами, встречаются реже и лишь в подвижных поясах Земли. В то же время средний состав земной коры отвечает андезитам, а не базальтам или гранитам, соответствуя смеси этих последних в отношении 2: 1.

КАК ЭВОЛЮЦИОНИРОВАЛ ВУЛКАНИЗМ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

Самые ранние процессы вулканизма синхронны со временем становления Земли как планеты. По всей вероятности, уже на стадии аккреции (концентрации планетного вещества за счет газово-пылевых туманностей и соударения твердых космических обломков - планетозималей) происходил ее разогрев. Выделение энергии за счет аккреции и гравитационного сжатия оказалось достаточным для ее начального, частичного или полного плавления, с последующей дифференциацией Земли на оболочки. Несколько позднее к этим источникам разогрева присоединилось выделение тепла радиоактивными элементами. Концентрация железокаменной массы Земли, как и на других планетах Солнечной системы, сопровождалась обособлением газовой, преимущественно водородной оболочки, которую она в дальнейшем потеряла в период максимальной активности Солнца, в отличие от крупных, удаленных от Солнца планет группы Юпитера. Об этом говорит обеднение современной земной атмосферы редкими инертными газами - неоном и ксеноном по сравнению с космическим веществом.

Согласно представлениям А.А. Маракушева, дифференциация железокаменной массы Земли, близкой по составу метеоритам - хондритам и полностью расплавленной под большим давлением водородной газовой оболочки, привела к высокой концентрации существенно водородных флюидов (летучих компонентов в надкритическом состоянии) в начавшем обособляться металлическом (железо-никелевом) ядре. Таким образом, Земля приобрела большой флюидный запас в своих недрах, определивший ее последующую, уникальную по своей длительности, по сравнению с другими планетами, эндогенную активность. По мере консолидации Земли в направлении от ее внешних оболочек к центру возрастало внутреннее флюидное давление и наступала периодическая дегазация, сопровождаемая образованием магматических расплавов, поступающих на поверхность при растрескивании застывшей земной коры. Таким образом, самый ранний вулканизм, который характеризовался взрывным, высокоэксплозивным характером, был связан с началом остывания Земли и сопровождался образованием атмосферы. Согласно другим представлениям, первичная атмосфера, образовавшаяся на стадии аккреции, в дальнейшем сохранилась, постепенно эволюционируя в своем составе. Так или иначе, примерно 3,8 - 3,9 млрд. лет назад, когда температура на поверхности Земли и в прилегающих частях атмосферы опустилась ниже точки кипения воды, образовалась гидросфера. Наличие атмосферы и гидросферы сделало возможным в дальнейшем развитие жизни на Земле. Сначала атмосфера была бедна кислородом, пока не появились продуцирующие ее простейшие формы жизни, что произошло около 3 млрд. лет назад (рис. 2).

О составе самых ранних вулканических пород Земли, в настоящее время полностью переработанных последующими процессами, можно судить при сравнении ее с другими планетами земной группы, в частности с относительно хорошо изученным нашим спутником - Луной. Луна - планета более примитивного развития, рано израсходовавшая свой флюидный запас и потерявшая вследствие этого эндогенную активность. В настоящее время это "мертвая" планета. Отсутствие в ней металлического ядра говорит о рано прекратившихся процессах ее дифференциации на оболочки, а пренебрежимо слабое магнитное поле - о полном застывании ее недр. В то же время о наличии флюидов на ранних этапах развития Луны свидетельствуют пузырьки газа в лунных вулканических породах, которые состоят в основном из водорода, что говорит об их высокой восстановленности.

Наиболее древние, известные в настоящее время породы Луны, развитые на поверхности лунной коры на так называемых лунных материках, имеют возраст 4,4 - 4,6 млрд. лет, что близко к предполагаемому возрасту образования Земли. Они представляют собою кристаллизовавшиеся на малых глубинах или на поверхности богатые высококальциевым полевым шпатом - анортитом - светлоцветные основные породы, которые принято называть анортозитами. Породы лунных материков подвергались интенсивной метеоритной бомбардировке с образованием обломков, частично переплавленных и смешанных с метеоритным веществом. В результате образовались многочисленные ударные кратеры, сосуществующие с кратерами вулканического происхождения. Предполагается, что нижние части лунной коры сложены породами более основного, низкокремнеземистого состава, близкими к каменным метеоритам, а непосредственно подстилают анортозиты анортитовые габбро (эвкриты). На Земле ассоциация анортозитов и эвкритов известна в так называемых расслоенных интрузивах основного состава и является результатом дифференциации базальтовой магмы. Поскольку физико-химические законы, определяющие дифференциацию, одинаковы во всей Вселенной, логично предположить, что и на Луне древнейшая кора лунных метеоритов образовалась в результате раннего плавления и последующей дифференциации магматического расплава, слагавшего верхнюю оболочку Луны в виде так называемого "лунного океана магмы". Отличия в процессах дифференциации лунных магм от земных заключаются в том, что на Луне она чрезвычайно редко доходит до образования высококремнеземистых кислых пород.

Позднее на Луне образовались крупные депрессии, названные лунными морями, выполненные более молодыми (3,2 - 4 млрд. лет) базальтами. По составу эти базальты в целом близки к базальтам Земли. Они отличаются низким содержанием щелочей, особенно натрия, и отсутствием оксидов же леза и минералов, содержащих гидроксильную группу ОН, что подтверждает потерю расплавом летучих компонентов и восстановительную обстановку вулканизма. Бесполевошпатовые породы, известные на Луне, - пироксениты и дуниты, вероятно, слагают лунную мантию, являясь либо остатком от выплавления базальтовых пород (так называемым реститом), или же их тяжелым дифференциатом (кумулатом). Ранняя кора Марса и Меркурия аналогична кратерированной коре лунных материков. На Марсе, кроме того, широко развит более поздний базальтовый вулканизм. Базальтовая кора есть и на Венере, однако данные по этой планете пока очень ограниченны.

Привлечение данных сравнительной планетологии позволяет утверждать, что формирование ранней коры планет земной группы происходило в результате кристаллизации магматических расплавов, претерпевших большую или меньшую дифференциацию. Растрескивание этой застывшей протокоры с образованием депрессий сопровождалось позднее базальтовым вулканизмом.

В отличие от других планет, на Земле не сохранилось самой ранней коры. Более или менее достоверно историю вулканизма Земли можно проследить лишь с раннего архея. Самые древние из известных возрастных датировок принадлежат архейским гнейсам (3,8 - 4 млрд. лет) и зернам минерала циркона (4,2 - 4,3 млрд. лет) в метаморфизованных кварцитах. Эти датировки на 0,5 млрд. лет моложе, чем образование Земли. Можно предположить, что все это время Земля развивалась аналогично другим планетам земной группы. Примерно с 4 млрд. лет на Земле формировалась континентальная протокора, состоящая из гнейсов, преимущественно магматического происхождения, отличающихся от гранитов меньшими содержаниями кремнезема и калия и получивших название "серых гнейсов" или ассоциации ТТГ, по названию трех главных магматических пород, соответствующих составу этих гнейсов: тоналитов, трондьемитов и гранодиоритов, подвергнутых впоследствии интенсивному метаморфизму. Однако "серые гнейсы" вряд ли представляли первичную кору Земли. Неизвестно также, насколько широко они были распространены. В отличие от значительно менее кремнеземистых пород лунных материков (анортозитов), такие большие объемы кислых пород не могут получиться при дифференциации базальтов. Образование "серых гнейсов" магматического происхождения теоретически возможно лишь при переплавлении пород базальтового или коматит-базальтового состава, вследствие своей тяжести опустившихся на глубокие уровни планеты. Таким образом, мы приходим к выводу о базальтовом составе коры, более ранней, чем известная нам "серогнейсовая". Наличие ранней базальтовой коры подтверждается находками в архейских "серых" гнейсах более древних метаморфизованных блоков основного состава. Неизвестно, претерпела ли родоначальная магма базальтов, слагавших раннюю кору Земли, дифференциацию с образованием анортозитов, подобных лунным, хотя теоретически это вполне возможно. Интенсивная многостадийная дифференциация планетного вещества, которая привела к образованию кислых гранитоидных пород, стала возможной благодаря водному режиму, установившемуся на Земле в связи с большим флюидным запасом в ее недрах. Вода способствует дифференциации и очень важна для образования кислых пород.

Таким образом, в течение самого раннего (катархейского) и архейского времени, преимущественно в результате процессов магматизма, к которым после образования гидросферы присоединилось осадконакопление, сформировалась земная кора. Она начала интенсивно перерабатываться продуктами активной дегазации ранней Земли с привносом кремнезема и щелочей. Дегазация была обусловлена формированием твердого внутреннего ядра Земли. Она вызывала процессы метаморфизма вплоть до плавления с общим покислением состава коры. Итак, уже в архее Земля имела все присущие ей твердые оболочки - кору, мантию и ядро.

Нарастающие различия в степени проницаемости коры и верхней мантии, которые были обусловлены различиями в их тепловом и геодинамическом режиме, привели к неоднородности состава коры и к формированию разных ее типов. В областях сжатия, где была затруднена дегазация и подъем на поверхность возникающих расплавов, последние испытывали интенсивную дифференциацию, а ранее образовавшиеся основные вулканические породы, уплотняясь, опускались на глубину и переплавлялись. Формировалась протоконтинентальная двухслойная кора, имевшая контрастный состав: верхняя ее часть была сложена преимущественно кислыми вулканическими и интрузивными породами, переработанными метаморфическими процессами в гнейсы и гранулиты, нижняя - породами основного состава, базальтами, коматитами и габброидами. Такая кора была свойственна протоконтинентам. В областях растяжения формировалась протоокеаническая кора, имевшая преимущественно базальтовый состав. По расколам в протоконтинентальной коре и в зонах ее сочленения с протоокеанической образовывались первые подвижные пояса Земли (протогеосинклинали), отличавшиеся повышенной эндогенной активностью. Уже тогда они имели сложное строение и состояли из менее мобильных приподнятых зон, претерпевших интенсивный высокотемпературный метаморфизм, и зон интенсивного растяжения и прогибания. Последние получили название зеленокаменных поясов, так как слагающие их породы приобретали зеленый цвет в результате процессов низкотемпературного метаморфизма. Обстановка растяжения ранних этапов формирования подвижных поясов сменялась по мере эволюции обстановкой преобладающего сжатия, что приводило к появлению кислых пород и первых пород известково-щелочных серий с андезитами (см. рис. 1). Подвижные пояса, закончившие свое развитие, причленялись к областям развития континентальной коры и увеличивали ее площадь. По современным представлениям, от 60 до 85% современной континентальной коры было сформировано в архее, и мощность ее была близка к современной, то есть составляла около 35 - 40 км.

На рубеже архея и протерозоя (2700 - 2500 млн. лет) в развитии вулканизма на Земле наступил новый этап. Стали возможными процессы плавления в сформированной к этому времени мощной коре, появилось больше кислых пород. Состав их существенно изменился, в первую очередь за счет увеличения содержания кремнезема и калия. Широкое распространение получили настоящие калиевые граниты, которые выплавлялись из коры. Интенсивная дифференциация мантийных базальтовых расплавов под воздействием флюидов в подвижных поясах, сопровождаемая взаимодействием с материалом коры, привела к увеличению объемов андезитов (см. рис. 1). Таким образом, помимо мантийного вулканизма, все большее значение приобретал коровый и смешанный мантийно-коровый вулканизм. В то же время в связи с ослаблением процессов дегазации Земли и связанного с ними теплового потока оказались невозможными столь высокие степени плавления в мантии, которые могли привести к образованию ультраосновных коматитовых расплавов (см. рис. 1), а если они и возникали, то редко поднимались на поверхность вследствие своей высокой плотности по сравнению с земной корой. Они претерпевали дифференциацию в промежуточных камерах и на поверхность попадали их производные - менее плотные базальты. Стали менее интенсивными также процессы высокотемпературного метаморфизма и гранитизации, которые приобрели не площадной, а локальный характер. По всей вероятности, в это время окончательно были сформированы два типа земной коры (рис. 3), соответствующие континентам и океанам. Однако время образования океанов пока окончательно не определено.

В последующий этап развития Земли, который начался 570 млн. лет назад и носит название фанерозойского, те тенденции, которые появились в протерозое, получили дальнейшее развитие. Вулканизм становится все более разнообразным, приобретая четкие различия в океанических и континентальных сегментах. В зонах растяжения в океанах (срединно-океанических рифтовых хребтах) изливаются толеитовые базальты, а в аналогичных зонах растяжения на континентах (континентальных рифтах) к ним присоединяются и часто над ними превалируют щелочные вулканические породы. Подвижные пояса Земли, получившие название геосинклинальных, являются магматически активными десятки и сотни миллионов лет, начиная с раннего толеит-базальтового вулканизма, образующего совместно с ультраосновными интрузивными породами офиолитовые ассоциации в условиях растяжения. Позднее, по мере смены растяжения сжатием, они сменяются контрастным базальт-риолитовым и известково-щелочным андезитовым вулканизмом, достигшим расцвета в фанерозое. После складчатости,образования гранитов и орогенеза (роста гор) вулканизм в подвижных поясах становится щелочным. Таким вулканизмом обычно и заканчивается их эндогенная активность.

Эволюция вулканизма в фанерозойских подвижных поясах повторяет таковую в развитии Земли: от однородных базальтовых и контрастных базальт-риолитовых ассоциаций, господствовавших в архее, к непрерывным по кремнекислотности с большими объемами андезитов и, наконец, к щелочным ассоциациям, которые практически отсутствуют в архее. Эта эволюция как в отдельных поясах, так и на Земле в целом отражает общее уменьшение проницаемости и возрастание жесткости земной коры, что определяет более высокую степень дифференциации мантийных магматических расплавов и их взаимодействия с материалом земной коры, углубление уровня образования магм и уменьшение степени плавления. Сказанное выше связано с изменением внутренних параметров планеты, в частности с общим уменьшением глобального теплового потока из ее недр, который оценивается в 3 - 4 раза меньшим, чем на ранних этапах развития Земли. Соответственно уменьшаются и локальные восходящие потоки флюидов, возникающие в результате периодической дегазации недр. Именно они вызывают разогрев отдельных областей (подвижных поясов, рифтов и др.) и их магматическую активность. Эти потоки образуются в связи с накоплением на фронте кристаллизации внешнего жидкого ядра легких компонентов в отдельных выступах-ловушках, которые всплывают, образуя конвективные струи.

Эндогенная активность периодична. Она обусловила наличие крупных пульсаций Земли с попеременным преобладанием основного и ультраосновного магматизма, фиксирующего растяжение, и известково-щелочного вулканизма, гранитообразования и метаморфизма, фиксирующих преобладание сжатия. Эта периодичность определяет наличие магматических и тектонических циклов, которые как бы наложены на необратимое развитие Земли.

ГДЕ ПРОИСХОДЯТ ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В КАЙНОЗОЕ?

Геологические структуры, где образуются вулканические породы в самый молодой, кайнозойский, этап развития Земли, начавшийся 67 млн. лет назад, находятся как в пределах океанических, так и континентальных сегментов Земли. К первым относятся срединные океанические хребты и многочисленные вулканы океанического дна, наиболее крупные из которых образуют океанические острова (Исландия, Гавайи и др.). Всем им свойственна обстановка высокой проницаемости земной коры (рис. 4). На континентах в аналогичной обстановке извергаются вулканы, связанные с крупными зонами растяжения - континентальными рифтами (Восточно-Африканский, Байкальский и др.). В обстановках преимущественного сжатия возникает вулканизм в горных сооружениях, представляющих собою в настоящее время активные внутриконтинентальные подвижные пояса (Кавказ, Карпаты и др.). Своеобразны подвижные пояса на окраинах континентов (так называемые активные окраины). Они развиты преимущественно по периферии Тихого океана, причем в западной его окраине в них, как и в древних подвижных поясах, сочетаются зоны преимущественного сжатия - островные дуги (Курило-Камчатская, Тонга, Алеутская и др.) и зоны интенсивного растяжения - тыловые окраинные моря (Японское, Филиппинское, Коралловое и др.). В подвижных поясах восточной окраины Тихого океана растяжение менее значительно. На краю Американского континента находятся горные цепи (Анды, Кордильеры), являющиеся аналогами островных дуг, в тылу которых расположены континентальные депрессии - аналоги окраинных морей, где господствует обстановка растяжения. В условиях высокой проницаемости, как всегда в истории Земли, изливаются мантийные расплавы, причем в океанических структурах они обладают преимущественно нормальной щелочностью, а в континентальных - повышенной и высокой. В обстановках преобладающего сжатия на континентальной коре, помимо мантийных, широко распространены породы смешанного мантийно-корового (андезиты) и корового (некоторые кислые эффузивы и граниты) происхождения (рис. 5).

Если учесть особенности современного этапа развития Земли, к которым относятся высокая интенсивность процесса формирования океанов и широкое развитие рифтовых зон на континентах, то становится ясным, что в кайнозойский этап развития преобладает растяжение и, как следствие, широко распространен связанный с ним мантийный, преимущественно базальтовый вулканизм, особенно интенсивный в океанах.

КАК ПРОЦЕССЫ ВУЛКАНИЗМА ПРЕОБРАЗУЮТ ЗЕМНУЮ КОРУ

Еще в начале прошлого столетия было замечено, что горные породы образуют закономерно повторяющиеся ассоциации, получившие название геологических формаций, более тесно связанных с геологическими структурами, чем отдельные породы. Ряды формаций, сменяющие друг друга во времени, получили название временных, а сменяющие друг друга в пространстве - латеральных формационных рядов. Совместно они дают возможность расшифровать основные этапы развития геологических структур и являются важными индикаторами при восстановлении геологических обстановок прошлого. Вулканогенные формации, включающие в себя вулканические породы, продукты их перемыва и переотложения, а нередко и осадочные породы, удобнее использовать для указанных целей, чем интрузивные, поскольку они являются членами слоистых разрезов, что позволяет точно определить время их формирования.

Существует два типа рядов вулканогенных формаций. Первый, называемый гомодромным, начинается основными породами - базальтами, сменяясь формациями с постепенно возрастающими объемами средних и кислых пород. Второй ряд - антидромный, начинается с формаций преимущественно кислого состава с возрастанием роли основного вулканизма к концу ряда . Первый, таким образом, связан с мантийным вулканизмом и с высокой проницаемостью коры, и лишь по мере уменьшения проницаемости и прогрева коры глубинным теплом последняя начинает участвовать в магмообразовании. Антидромный ряд свойствен геологическим структурам с мощной, слабо проницаемой континентальной корой, когда затруднено непосредственное проникновение на поверхность мантийных расплавов. Они взаимодействуют с материалом земной коры тем более интенсивно, чем она больше прогревается. Базальтовые формации появляются лишь впоследствии, когда кора растрескивается под напором мантийных магм.

Гомодромные ряды вулканических формаций свойствены океанам и геосинклинальным подвижным поясам и отражают соответственно формирование океанической и континентальной земной коры. Антидромные ряды характерны для структур, закладывающихся на прогретой после предшествующего цикла магматизма континентальной коре. Характерными примерами являются окраинные моря и континентальные рифты, возникающие непосредственно после орогенеза (эпиорогенные рифты). В них с начала магматических циклов возникают мантийно-коровые и коровые породы среднего и кислого состава, сменяясь основными по мере разрушения (деструкции) континентальной коры. В случае если этот процесс заходит достаточно далеко, как, например, в окраинных морях, то континентальная кора в результате сложного комплекса процессов, включающих растяжение, сменяется океанической.

Наиболее разнообразными и разнонаправленными являются процессы преобразования коры в длительно развивающихся подвижных поясах геосинклинального типа, весьма разнородных по входящим в них структурам. В них присутствуют структуры и с режимом растяжения, и с режимом сжатия, и тип преобразования коры зависит от преобладания тех или иных процессов. Однако господствуют, как правило, процессы формирования новой континентальной коры, которая причленяется к ранее образованной, увеличивая ее площадь. Но это происходит отнюдь не всегда, так как, несмотря на огромные площади, занимаемые подвижными поясами разного возраста, подавляющая часть континентальной коры имеет архейский возраст. Следовательно, и в пределах подвижных поясов происходило разрушение уже сформированной континентальной коры. Об этом свидетельствует и срезание структур окраин континентов океанической корой.

Вулканизм отражает эволюцию Земли в течение ее геологической истории. Необратимость развития Земли выражается в исчезновении или резком уменьшении объемов одних типов пород (например, коматитов) наряду с появлением или увеличением объемов других (например, щелочных пород). Общая тенденция эволюции свидетельствует о постепенном затухании глубинной (эндогенной) активности Земли и увеличении процессов переработки континентальной коры при магмообразовании.

Вулканизм - индикатор геодинамических обстановок растяжения и преобладающего сжатия, существующих на Земле. Типоморфным для первых является мантийный вулканизм, для вторых - мантийно-коровый и коровый.

Вулканизм отражает наличие цикличности на фоне общего необратимого развития Земли. Цикличность определяет повторяемость формационных рядов в одной отдельно взятой и в разновременных, но однотипных геологических структурах.

Эволюция вулканизма в геоструктурах Земли является индикатором формирования земной коры и ее разрушения (деструкции). Эти два процесса непрерывно преобразуют земную кору, осуществляя обмен веществом между твердыми оболочками Земли - корой и мантией.

* * *
Татьяна Ивановна Фролова - профессор кафедры петрологии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, заслуженный профессор МГУ, действительный член Академии естественных наук (РАЕН) и Международной Академии наук высшей школы; специалист в области вулканизма подвижных поясов Земли - древних (Урал) и современных (Западно-Тихоокеанская активная окраина); автор монографий: "Геосинклинальный вулканизм" (1977), "Происхождение вулканических серий островных дуг" (1987), "Магматизм и преобразование земной коры активных окраин" (1989) и др.

Магматизм – совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью магмы. Магма – это огненно-жидкий природный обычно силикатный расплав, обогащённый летучими компонентами (H 2 O, CO 2 , CO, H 2 S и др.). Редко встречаются низкосиликатные и несиликатные магмы. Кристаллизация магмы приводит к образованию магматических (изверженных) горных пород.

Образование магматических расплавов происходит в результате плавления локальных участков мантии или земной коры. Большинство очагов плавления располагается на относительно небольших глубинах в интервале от 15 до 250 км.

Существует несколько причин плавления. Первая причина связана с быстрым подъёмом горячего пластичного глубинного вещества из области высоких в область более низких давлений. Снижение давления (при отсутствии существенного изменения температуры) приводит к началу плавления. Вторая причина связана с повышением температуры (при отсутствии изменения давления). Причиной разогрева пород является обычно внедрение в них горячих магм и сопровождающего их потока флюидов. Третья причина связана с дегидратацией минералов в глубоких зонах земной коры. Вода, выделяясь при разложении минералов, резко (на десятки – сотни градусов) снижает температуру начала плавления пород. Таким образом, плавление начинается за счёт появления в системе свободной воды.

Три рассмотренных механизма зарождения расплава нередко сочетаются: 1) подъём астеносферного вещества в область пониженного давления приводит к началу его плавления - 2) образовавшаяся магма внедряется в литосферную мантию и нижнюю кору, приводя к частичному плавлению слагающих их пород - 3) подъём расплавов в менее глубинные зоны коры, где присутствуют гидроксилсодержащие минералы (слюды, амфиболы), приводит, в свою очередь, к плавлению пород при выделении воды.

Говоря о механизмах зарождения расплавов необходимо отметить, что в большинстве случаев происходит не полное, а лишь частичное плавление субстрата (пород, подвергающихся плавлению). Возникающий очаг плавления представляет собой твёрдую породу, пронизанную заполненными расплавом капиллярами. Дальнейшая эволюция очага связана либо с выжиманием этого расплава, либо с увеличением его объёма, приводящего к образованию «магматической каши» - магмы, насыщенной тугоплавкими кристаллами. При достижении 30-40 объёмных % расплава эта смесь приобретает свойства жидкости и выжимается в область более низких давлений.

Подвижность магмы определяется её вязкостью, зависящей от химического состава и температуры. Наиболее низкой вязкостью обладают глубинные мантийные магмы, имеющие высокую температуру (до 1600-1800 0 С в момент зарождения) и содержащие мало кремнезёма (SiO 2). Наибольшая вязкость присуща магмам, возникшим за счёт плавления вещества верхней континентальной коры при дегидратации минералов: они образуются при температуре 700-600 0 С и максимально насыщены кремнезёмом.

Выжимаемый из межзерновых пор расплав фильтруется вверх со скоростью от нескольких сантиметров до нескольких метров в год. В случае если значительные объёмы магмы внедряются по трещинам и разломам скорость их подъёма значительно выше. Согласно расчётам, скорость подъёма некоторых ультраосновных магм (излияние на поверхность которых приводило к образованию редких эффузивных ультраосновных пород – коматиитов) достигала 1-10 м/с.

Закономерности эволюции магмы и образования магматических горных пород

Состав и особенности образующихся из магмы горных пород определяются сочетанием следующих факторов: исходным составом магмы, процессами её эволюции и условиями кристаллизации. Все магматические породы по кремнекислотности делятся на 6 отрядов:

Магматические расплавы поступают из мантии или образуются в результате плавления пород земной коры. Как известно, химический состав мантии и коры различны, что в первую очередь и обуславливает различия состава магм. Магмы, возникающие за счет плавления мантийных пород, как и сами эти породы, обогащены основными оксидами – FeO, MgO, CaO, поэтому такие магмы имеют ультраосновной и основной состав. При их кристаллизации образуются, соответственно, ультраосновные и основные магматические породы. Магмы, возникающие при плавлении пород земной коры, обедненной основными окислами, но резко обогащенной кремнеземом (типичным кислотным оксидом), имеют кислый состав; при их кристаллизации образуются кислые породы.

Однако первичные магмы в ходе эволюции часто претерпевают существенные изменения состава, связанные с процессами кристаллизационной дифференциации, ликвации и гибридизма, что порождает многообразие изверженных горных пород.

Кристаллизационная дифференциация. Как известно, согласно ряду Боуэна, не все минералы кристаллизуются одновременно – первыми из расплава выделяются оливины и пироксены. Имея большую, чем остаточный расплав плотность, если вязкость магмы не слишком велика, они осаждаются на дно магматической камеры, что препятствует их дальнейшей реакции с расплавом. В таком случае остаточный расплав будет отличаться по химическому составу от исходного (т. к. часть элементов вошла в состав минералов) и обогащается летучими компонентами (они не входят в состав минералов ранней кристаллизации). Следовательно, минералы ранней кристаллизации в таком случае образуют одну горную породу, а из оставшейся магмы будут образовываться другие, иные по составу, породы. Процессы кристаллизационной дифференциации типичны для основных расплавов; осаждение фемических минералов приводит к расслоенности в магматической камере – её нижняя часть приобретает ультраосновной состав, а верхняя – основной. При благоприятных условиях дифференциация может привести к выделению небольшого объёма кислого расплава из первично основной магмы (что изучено на примере застывших лавовых озёр Алаэ на Гавайских островах и вулканов Исландии).

Ликвация представляет собой процесс разделения магмы при понижении температуры на два несмешивающихся расплава с различным химическим составом (в самом общем виде протекание этого процесса можно представить, как процесс разделения воды и масла из их смеси). Соответственно, из разделившихся магм будут кристаллизоваться различные по составу породы.

Гибридизм («hibrida» - помесь ) – процесс смешения разных по составу магм или усвоения магмой вещества вмещающих пород. Взаимодействуя с отличными по составу вмещающими породами, захватывая и перерабатывая их фрагменты, магматический расплав обогащается новыми компонентами. Процесс расплавления или полного усвоения постороннего материала магмой обозначается термином ассимиляция («assimillato» – уподобление ). Например, путем взаимодействия магм основного состава с кислыми вмещающими породами образуется гибридные породы среднего состава. Или, напротив, внедрение кислых магм в породы богатые основными оксидами, может также привести к возникновению средних пород.

Следует также принимать во внимание, что в процессе эволюции расплава отмеченные процессы могут сочетаться.

Более того, из одной и той же по химическому составу магмы могут образовываться разные породы . Это связано с различными условиями кристаллизации магмы и, прежде всего, с глубиной.

По условиям глубинности образования (или по фациальному признаку) магматические породы разделяются на интрузивные, или глубинные, и эффузивные, или излившиеся, породы. Интрузивные породы образуются при кристаллизации магматического расплава на глубине в толщах горных пород; в зависимости от глубины образования разделяются на две фации: 1) абиссальные породы , образовавшиеся на значительной глубине (несколько км), и 2) гипабиссальные , которые образовались на относительно небольшой глубине (около 1-3 км). Эффузивные породы образуются в результате застывания излившейся на поверхность или дно океанов лавы.

Таким образом, выделяются следующие основные фации: абиссальная, гипабиссальная и эффузивная. Помимо трех названных фаций выделяют также субвулканические и жильные породы. Первые из них образуются в приповерхностных условиях (до первых сотен метров) и имеют близкое сходство с эффузивными породами; вторые близки гипабиссальным. Эффузивные породы нередко сопровождаются пирокластическими образованиями, состоящими из обломков эффузивов, их минералов и вулканического стекла.

Рисунок - фации

Существенные различия в характере проявления магматических процессов в глубинных и поверхностных условиях делают необходимым различать интрузивные и эффузивные процессы.

Интрузивный магматизм

Интрузивные процессы связаны с образованием и движением магмы ниже поверхности Земли. Образовавшиеся в глубинах Земли магматические расплавы имеют более низкую, чем у окружающих твёрдых пород плотность и, обладая подвижностью, внедряются в вышележащие горизонты. Процесс внедрения магмы называют интрузией (от «intrusio» - внедрение ). Если магма застывает, не достигая поверхности (среди вмещающих горных пород), то образуются интрузивные тела. По отношению к вмещающим породам интрузивы разделяются на согласные (конкордантные) и несогласные (дискордантные). Первые залегают согласно с вмещающими породами, не пересекая границ их слоёв; вторые имеют секущие контакты. По форме выделяют ряд разновидностей интрузивных тел.

К согласным формам интрузивов относятся силл, лополит, лакколит и другие менее распространённые. Силлы представляют собой согласные пластообразные интрузивные тела, образующиеся в условиях растяжения земной коры. Их мощность составляет от десятков см до сотен м. Внедрение большого количества силлов в слоистую толщу образует подобие слоёного пирога. При этом в результате эрозии прочные магматические породы в рельефе образуют «ступени» (англ. «sill» - порог ). Такие многоярусные силлы, сложенные основными породами, широко распространены на Сибирской платформе (в составе Тунгусской синеклизы), на Индостане (Декан) и других платформах. Лополиты - это крупные согласные интрузивные тела блюдцеобразной формы. Мощность лополитов достигает сотен метров, а диаметр – десятков километров. Наиболее крупным является Бушвельдский в Южной Африке. Образуются в условиях тектонического растяжения и опускания. Лакколиты - согласное интрузивное тело грибоорбразной формы. Кровля лакколита имеет выпуклую сводообразную форму, подошва обычно горизонтальная. Классическим примером являются интрузивы гор Генри в Северной Америке. Формируются в условиях значительного давления внедряющейся магмы на слоистые вмещающие породы. Являются малоглубинными интрузиями, поскольку в глубоких горизонтах давление магмы не может преодолеть давление мощных толщ вышележащих пород.

К наиболее распространённым несогласным формам относятся дайки, жилы, штоки и батолиты. Дайка – несогласное интрузивное тело пластиннобразной формы. Образуются в гипабиссальных и субвулканических условиях при внедрении магмы по разломам и трещинам. В результате действия экзогенных процессов вмещающие осадочные разрушаются быстрее, чем залегающие в них дайки из-за чего в рельефе последние напоминают разрушенные стены (название от англ. «dike», «dyke» - преграда, стена из камня ). Жилами называют небольшие секущие тела неправильной формы. Шток (от нем. «Stock» - палка, ствол ) представляет собой несогласное интрузивное тело столбообразной формы. Наиболее крупными интрузиями являются батолиты , к ним относят интрузивные тела площадью более 200 км 2 и мощностью несколько км. Батолиты сложены кислыми абиссальными породами, образующимися при плавлении вещества земной коры в областях горообразования. Примечательно, что гранитоиды, слагающие батолиты, образуются как в результате плавления первчноосадочных «сиалических» пород (S-граниты), так и при плавлении первичномагматических, в том числе и основных «фемических», пород (I-граниты). Это способствует предварительная переработка исходных пород (субстрата) глубинным флюидами, привносящими в них щёлочи и кремнезём. Образующиеся в результате масштабного плавления магмы могут кристаллизоваться на месте своего образования, создавая автохтонные интрузивы , или внедряться во вмещающие породы – аллохтонные интрузивы .

Все крупные глубинные интрузивные тела (батолиты, штоки, лополиты и пр.) часто объединяют общим термином плутоны . Мелкие их ответвления называют апофизами .

Формы залегания интрузивных тел

При взаимодействии с вмещающими породами («рамой») магма оказывает на них термическое и химическое воздействие. Зона изменения приконтактовой части вмещающих пород назевается экзоконтактовой . Мощность таких зон может меняться от первых см до десятков км в зависимости от характера вмещающих пород и насыщенности магмы флюидами. Интенсивность изменений может также существенно меняться: от дегидратации и незначительного уплотнения пород до полной замены исходного состава новыми минеральными парагенезисами. С другой стороны, сама магма при этом изменяет свой состав. Наиболее интенсивно это происходит в краевых частях интрузива. Зона изменённых магматических пород в краевой части интрузива называется эндоконтактовой зоной. Для эндоконтактовых зон (фаций) характерно не только изменение химического (и как следствие минерального) состава пород, но также и отличие структурных и текстурных особенностей, иногда насыщенность ксенолитами (захваченными магмой включениями) вмещающих пород. При изучении и картировании территорий, в пределах которых совмещены несколько интрузивных тел, большое значение имеет правильное выделение фаз и фаций. Каждая фаза внедрения представляет собой магматические тела, образованные при внедрении одной порции магмы. Тела, принадлежащие разным фазам внедрения, разделены секущими контактами. Разнообразие фаций может быть связано не только с наличием нескольких фаз, но и с формированием эндоконтактовых зон. Для эндоконтактовых фаций характерным является наличие постепенных переходов между породами (за счёт уменьшения влияния вмещающих пород по мере удаления от контакта), а не резкие границы.

Вулканические процессы

Расплавы и газы, выделавшиеся в недрах планеты, могут достигать поверхности, приводя к вулканическому извержению – процессу поступления на поверхность раскалённых или горячих твёрдых, жидких и газообразных вулканических продуктов. Выводные отверстия, через которые на поверхность планеты поступают вулканические продукты, называют вулканами (Вулкан – бог огня в римской мифологии ). В зависимости от формы выводного отверстия вулканы подразделяются на трещинные и центральные. Вулканы трещинного , или линейного, типа имеют выводное отверстие в форме протяжённой трещины (разлома). Извержение происходит или вдоль всей трещины, или в отдельных её участках. Такие вулканы приурочены к зонам раздвижения литосферных плит, где в результате растяжения литосферы образуются глубокие разломы, по которым внедряются базальтовые расплавы. Активными зонами растяжения являются области срединно-океанических хребтов. Вулканические острова Исландии, представляющие собой выход Срединно-Атлантического хребта над поверхностью океана, являются одной из наиболее вулканически активных частей планеты, здесь расположены типичные трещинные вулканы.

У вулканов центрального типа извержение происходит через подводящий трубообразный канал – жерло – проходящий от вулканического очага к поверхности. Верхняя часть жерла, открывающаяся на поверхность, называется кратер . От главного жерла вдоль трещин могут ответвляться второстепенные выводные каналы, давая начало боковым кратерам. Поступающие из кратера вулканические продукты формирую вулканические постройки. Часто под термином «вулкан» и понимают возвышенность с кратером на вершине, образованную продуктами извержения. Форма вулканических построек зависит от характера извержений. При спокойных излияниях жидких базальтовых лав образуются плоские щитовые вулканы . В случае извержения более вязких лав и (или) выбросов твёрдых продуктов формируются вулканические конусы. Формирование вулканической постройки может произойти в результате одного извержения (такие вулканы называют моногенные ), либо в результате многократных извержений (вулканы полигенные ). Полигенные вулканы, построенные их чередующихся лавовых потоков и рыхлого вулканического материала называют стратовулканами .

Ещё одним важным критерием классификации вулканов служит уровень их активности. По этому критерию вулканы делятся на:

действующие - извергавшиеся или выделяющие горячие газы и воды в последние 3500 лет (исторический период);
потенциально действующие - голоценовые вулканы, извергавшиеся 3500-13500 лет назад;
условно-потухшие вулканы, не проявлявшие активности в голоцене, но сохранившие свои внешние формы (возрастом моложе 100 тыс. лет);
потухшие - вулканы, существенно переработанные эрозией, полуразрушенные, не проявлявшие активности в течение последних 100 тыс. лет.

Схематические изображения центрального (вверху) и щитового (внизу) вулканов (по Раст, 1982)

Продукты извержения вулканов разделяются на жидкие, твёрдые и газообразные.

Твёрдые продукты извержений представлены пирокластическими породами (от греч. «рyг» - огонь и «klao» - ломаю, разбиваю ) - обломочными горными породами, образовавшимися в результате накопления выброшенного во время извержений вулканов материала. Разделяются на эндокластиты , образующиеся при разбрызгивании и застывании лавы, и экзокластиты , образующиеся в результате дробления образовавшихся ранее прикокластических пород. По размеру обломков разделяются на вулканические бомбы, лапилли, вулканический песок и вулканическую пыль. Вулканический песок и вулканическая пыль объединяются термином вулканический пепел .

Вулканические бомбы являются наиболее крупными среди пирокластических образований, их размер может достигать нескольких метров в поперечнике. Образуются из обрывков лав, выброшенных из кратера. В зависимости от вязкости лав обладают различной формой и скульптурой поверхности. Бомбы веретенообразной, каплеобразной, ленточной и кляксообразной формы образуются при выбросах жидких (преимущественно базальтовых) лав. Веретенообразная форма возникает из-за быстрого вращения маловязкой лавы во время полёта. Кляксообразная форма возникает при выбросах жидкой лавы на небольшую высоту, не успевая отвердеть, при ударе о землю они сплющиваются. Ленточные бомбы образуются при выжимании лавы сквозь узкие трещины, встречаются в виде обломков лент. Специфичные формы образуются при фонтанировании базальтовых лав. Тонкие струйки жидкой лавы развеваются ветром изастывают в виде нитей, такие формы называют «волосы Пеле» (Пеле – богиня, по преданию, живущая в одном из лавовых озёр на Гавайских островах ). Для бомб, образовавшихся за счёт вязких лав, характерны полигональные очертания. Некоторые бомбы во время полёта покрываются охлаждённой затвердевшей коркой, которая разрывается выделяющимися из внутренней части газами. Их поверхность приобретает вид «хлебной корки». Вулканические бомбы могут быть сложены и экзокластическим материалом, особенно при взрывах, разрушающих вулканические постройки.

Лапилли (от лат. «lapillus» - камешек ) представлены округлыми или угловатыми вулканическими выбросами, состоящими из застывших в полете кусков свежей лавы, старых лав и чуждых вулкану пород. Размер обломков, соответсвующий лапиллям, составляет от 2 до 50 мм.

Наиболее мелкий пирокластический материал составляет вулканический пепел . Большая часть вулканических выбросов осаждается вблизи вулкана. В качестве иллюстрации этого достаточно вспомнить засыпанные пеплом при извержении Везувия в 79 году города Геркуланум, Помпею и Стабию. При сильных извержениях вулканическая пыль может выбрасываться в стратосферу и во взвешенном состоянии перемещаться воздушными потоками на тысячи километров.

Первоначально рыхлые вулканические продукты (называемые «тефра» ) впоследствии уплотняются и цементируются, превращаясь в вулканические туфы . Если обломки пирокластических пород (бомб и лапиллей) цементируются лавой, то образуются лавобрекчии . Специфичными, заслуживающими особого рассмотрения, образованиями являются игнимбриты (от лат. «ignis» - огонь и «imber» - ливень ). Игнимбриты представляют собой породы, состоящие из спекшегося пирокластического материала кислого состава. Их образование связано с возникновением палящих туч (или пепловых потоков) – потоков раскалённого газа, капель лавы и твёрдых вулканических выбросов, возникающих вследствие интенсивного импульсного выделения газов при извержении.

Жидкими продуктами извержений являются лавы. Лава (от итал. «lava» - затопляю ) – это жидкая или вязкая расплавленная масса, поступающая на поверхность при вулканических извержениях. Лава от магмы отличается низким содержанием летучих компонентов, что связано с дегазацией магмы по мере продвижения к поверхности. Характер поступления лавы на поверхность определяется интенсивностью выделения газов и вязкостью лавы. Существуют три механизма поступления лавы - эффузия, экструзия и эксплозия - и, соответственно, три главных типа извержений. Эффузивные извержения представляют собой спокойные излияния лавы из вулкана. Экструзия – тип извержения, сопровождающийся выдавливанием вязкой лавы. Экструзивные извержения могут сопровождаться взрывным выделением газов, приводящим к образованию палящих туч. Эксплозивные извержения – это извержения взрывного характера, обусловленные быстрым выделением газов.

Фации вулканогенных пород (Полевая геология, 1989)
1-дайки, 2-силлы, лакколиты, 3-эксплозивная субфация, 4-лавовые потоки (эффузивная субфация), 5-купола и обелиски (экструзивная субфация), 6-жерловая фация, 7-гипабиссальная интрузия

Лавы, как и их интрузивные аналоги, в первую очередь разделяются на ультраосновные, основные, средние и кислые. Ультраосновные лавы в фанерозое встречаются очень редко, хотя в докембрии (в условиях более интенсивного притока эндогенного тепла) были распространены значительно шире. Основные – базальтовые – лавы обычно жидкие, что связано с низким содержанием кремнезёма и высокой температурой при выходе на поверхность (около 1000-1100 0 С и более). Благодаря жидкому состоянию они легко отдают газы, что определяет эффузивный характер извержений, и способность разливаться на большие расстояния в виде потоков, а в районах со слабо расчленённым рельефом образовывать обширные покровы. Особенности строения поверхности лавовых потоков позволяет выделять среди них два типа, которым даны гавайские названия. Первый тип называется пахоэхоэ (или канатные лавы ) и образуется на поверхности быстро текущих лав. Текущая лава покрывается коркой, которая в условиях активного движения не успевает приобрести существенную мощность и быстро волнообразно сморщивается. Эти «волны» при дальнейшем движении лавы сбиваются и выглядят как уложенные рядом канаты.

Видеоролик, иллюстрирующий формирование канатной поверхности

Второй тип, называемый аа-лава , свойственен более вязким базальтовым (или иного состава) лавам. Из-за более медленного течения корка приобретает бoльшую толщину и разламывается на угловатые обломки, поверхность аа-лав представляет собой скопление остроугольных обломков с шиповидными или иглообразными выступами.

Формирование АА-лав (вулкан Килауэа)

По мере роста содержания кремнезема лавы становятся более вязкими и застывают при более низкой температуре. Если базальтовые лавы сохраняют подвижность при температурах порядка 600-700 0 С, то андезитовые (средние) лавы застывают уже при 750 0 С и более. Обычно наиболее вязкими являются кислые дацитовые и липаритовые лавы. Повышенная вязкость затрудняет отделение газов, что может приводить к эксплозивным извержениям. Если вязкость лав высока, а давление газов относительно низкое происходить экструзия. Спецификой отличается и строение лавовых потоков. Для вязких средних и кислых расплавов, характерно образование глыбовых лав. Глыбовые лавы внешне близки аа-лавам и отличаются от них отсутствием шиповидных и иглообразных выступов, а также тем, что глыбы на поверхности имеют более правильную форму и гладкую поверхность. Движение лавовых потоков, поверхность которых покрыта глыбовыми лавами, приводит к образованию лавобрекчиевых горизонтов.

При излиянии жидкой базальтовой лавы в воду происходит быстрое застывание поверхности потоков, что приводит к образованию своеобразных «труб», внутри которых продолжает двигаться расплав. Выдавливаясь из края такой «трубы» в воду, порция лавы приобретает каплеобразную форму. Поскольку охлаждение происходит неравномерно и внутренняя часть ещё некоторое время продолжает оставаться в расплавленном состоянии, происходит сплющивание лавовых «капель» под действием силы тяжести и веса следующих порций лавы. Нагромождения таких лав называют подушечными лавами или пиллоу-лавами (от англ. «pillow» - подушка ).

Газообразные продукты извержений представлены парами воды, углекислым газом, водородом, азотом, аргоном, окислами серы и другими соединениями (HCl, CH 4 , H 3 BO 3 , HF и др.). Температура вулканических газов изменяется от первых десятков градусов до тысячи и более градусов. В целом высокотемпературные эксгаляции (HCl, CO 2 , O 2 , H 2 S и др.) связаны с дегазацией магмы, низкотемпературные (N 2 , CO 2 , H 2 , SO 2) образуются как ювенильными флюидами, так и за счёт атмосферных газов и подземных вод, просачивающихся в вулкан.

При быстром выделении газов из магмы или превращении подземных вод в пар происходят газовые извержения . При извержениях такого рода отмечается непрерывное или ритмичное выделение газа из жерла, выбросов нет или очень незначительные количества пепла. Мощные извержения газа и пара пробивают в горных породах канал, из которого выбрасываются обломки пород, образуя на вал, окаймляющий кратер. Газовые извержения происходят и через жерло существующих полигенных вулканов (примером служит газовое извержение Везувия в 1906 г.).

Типы вулканических извержений

В зависимости от характера извержений среди них выделяют несколько типов. Основа такой классификации заложена французским геологом Лакруа ещё в 1908 г. Им были выделены 4 типа, которым автор присвоил названия вулканов: 1) гавайский, 2) стромболианский, 3) вулканский и 4) пелейский. Предложенная классификация не может включить все известные механизмы извержений (впоследствии она дополнялась новыми типами – исландский и др.), но, не смотря на это, и на сегодняшний день не утратила актуальности.

Извержения гавайского типа характеризуются спокойным эффузивным излиянием очень горячей жидкой базальтовой магмы в условиях низкого газового давления. Лава под давлением выбрасывается в воздух в виде лавовых фонтанов, высотой от нескольких десятков до нескольких сотен метров (при извержении Килауэа в 1959 г. они достигали высоты 450 м). Извержение обычно происходит из трещинных жерл, особенно на ранних стадиях. Оно сопровождается незначительным количеством слабых взрывов, разбрызгивающих лаву. Жидкие клочья лавы, падающие у основания фонтана в виде брызг и бомб кляксообразной формы, образуют конусы разбрызгивания. Лавовые фонтаны, тянущиеся вдоль трещины иногда на несколько километров, формируют вал, состоящий из застывших брызг лавы. Капли жидкой лавы могут образовать волосы Пеле. Извержения гавайского типа иногда приводят к образованию лавовых озёр.
Примерами могут служить извержения вулканов Килауэа, Хапемаумау на Гавайских островах, Нирагонго и Эрта-Але в Восточной Африке.

К описанному гавайскому типу очень близок исландский тип ; сходство отмечается и в характере извержений, и в составе лав. Отличие заключено в следующем. При извержениях гавайского типа лава формирует большие куполообразные массивы (щитовые вулканы), а при извержениях исландского типа лавовые потоки образуют плоские покровы. Излияние происходит из трещин. В 1783 г. в Исландии произошло знаменитое извержение из трещины Лаки длиной около 25 км, в результате которого базальты создали плато площадью 600 км 2 . После извержения трещинный канал заполняется застывшей лавой, а рядом при следующем извержении образуется новая трещина. В результате наслоения многих сотен покровов над меняющими свое положение в пространстве трещинами образуются протяженные лавовые плато (обширные древние базальтовые плато Сибири, Индии, Бразилии и других районов планеты).

Извержения стромболианского типа. Название по вулкану Стромболи, находящемуся в Тирренском море у побережья Италии. Характеризуются ритмичными (с перерывами от 1 до 10-12 мин) выбросами относительно жидкой лавы. Из обрывков лавы образуются вулканические бомбы (грушевидной, крученой, реже веретенообразной формы, нередко расплющивающиеся при падении) и лапилли; материал пепловый размерности почти отсутствует. Выбросы чередуются с излияниями лавы (по сравнению с излияниями вулканов гавайского типа потоки более короткие и толстые, что связано с более высокой вязкостью лав). Ещё одной типичной особенностью служит длительность и непрерывность развития: вулкан Стромболи извергается с V в. до н.э.

Извержения вулканского типа. Название дано по острову Вулькано в группе Липарских островов, расположенных у побережья Италии. Связаны с извержением вязкой обычно андезитовой или дацитовой лавы с высоким содержанием газов из вулканов центрального типа. Вязкая лава быстро отвердевает, образуя пробку, закупоривающую кратер. Давление выделяющихся из лавы газов периодически со взрывом «выбивает» пробку. При этом вверх выбрасывается черное облако пирокластического материал с бомбами типа «хлебной корки», округлые, эллипсоидальные и крученые бомбы практически отсутствуют. Иногда взрывы сопровождаются излияниями лавы в виде коротких и мощных потоков. Затем вновь образуется пробка, и цикл повторяется.
Извержения разделяются периодами полного покоя. Извержения вулканского типа характерны для вулканов Авачинского и Карымского на Камчатке. К этому типу близки и извержения Везувия.

Извержения пелейского типа. Название дано по вулкану Мон-Пеле на острове Мартиника в Карибском море. Происходят при поступлении очень вязкой лавы в вулканы центрального типа, что сближает его с извержением вулканского типа. Лава застывает ещё в жерле и образует мощную пробку, которая выжимается в виде монолитного обелиска (происходит экструзия). На вулкане Мон-Пеле обелиск имеет высоту 375 м и диаметр 100 м. Накапливающиеся в жерле раскалённые вулканические газы временами вырываются сквозь застывшую пробку, приводя к образованию палящих туч. Палящая туча, возникшая при извержении Мон-Пеле 8 мая 1902 г. имела температуру около 800°С и, двигалась вниз по склону вулкана со скоростью 150 м/с, она уничтожила город Сен-Пьер с 26 000 жителей.
Подобный тип извержения наблюдался часто у вулканов на острове Ява, в частности у вулкана Мерапи, а также на Камчатке у вулкана Безымянного.