Географическое распространение современных вулканов и проблема магматических очагов

    В настоящее время известно около 500 действующих вулканов, большая часть которых располагается на континентах и островах. Зарегистрированные подводные извержения составляют лишь первые проценты от общего числа активных вулканов. Когда мы говорим о современных активных вулканах, следует помнить, что не всегда можно точно сказать, окончательно ли потух данный вулкан. Известны случаи, когда тысячелетиями молчавший вулкан вдруг оживал. Как же распределяются действующие вулканы?

    Самое большое их количество находится по периферии Тихого океана, образуя так называемое "огненное" кольцо, которое приурочено к активным континентальным окраинам. Это, прежде всего, островные дуги и Севере- и Южно-Американские Кордильеры, структуры, отделенные от океана глубоководными желобами. Во всех этих местах от желобов в сторону континентов прослеживаются наклонные зоны, в пределах которых расположены очаги многочисленных землетрясений, достигающие глубин в 600–700 км. Такие зоны называются сейсмофокальными и носят имя Беньофа, внесшего большой вклад в их выделение, хотя открыты они были еще в 20-х годах нашего века японским ученым Вадати. Несомненна причинная связь активных сейсмофокальных зон и действующих вулканов. Согласно наиболее распространенным в настоящее время тектоническим представлениям, воплощенным в теории литосферных плит, активные континентальные окраины, включающие островные дуги - это места погружения океанской литосферы под континентальную -зоны субдукции. В них происходит взаимодействие литосферных плит и, как следствие, землетрясения и вулканизм. Во всем Тихоокеанском "огненном" кольце насчитывается около 370 действующих вулканов, извергающих магму известково-щелочной серии, среди которой широко распространены андезиты.

    Второй тип областей, в которых известны активные вулканы, – это океанические пространства, где вулканизм проявляется внутри плит, например, в Атлантическом океане – четыре вулкана на Канарских о-вах и о-вах Зелёного Мыса; в Индийском – о-ва Реюньон, Кергелен, Коморские; Тихом–- Гавайские о-ва, Галапагос, Хуан-Фернандес и др. Некоторые из этих вулканов связаны с так называемыми "горячими точками", т.е. узкими пучками интенсивного теплового потока и магмогенерации.

    Литосферная плита, проходя над такой "точкой", как бы "проплавляется" и возникает цепочка вулканических островов, все более древних по мере удаления от "горячей точки". Магма внутриплитных вулканов преимущественно базальтовая с повышенной щелочностью.

    Третий тип областей современного активного вулканизма – это океанические рифтовые зоны, располагающиеся в осевой части срединно-океанских хребтов, например, в Атлантическом океане это вулканы Исландии, Азорских о-вов, Тристан-да-Кунья, о-в Ян-Майен. Четвертый тип связан с континентальными рифтами в пределах Восточной, Центральной и Западной Африки. Среди них такие известные вулканы, как Килиманджаро, Ол-Донью-Ленгаи, Нирагонго, Ньямлагиро, Камерун и другие, извергающие высокощелочную магму. Следует отметить также действующие вулканы Средиземноморья: Этна в Сицилии, вулканы Липарских о-вов, Везувий на Аппенинском полуострове, вулканы Кикладской дуги в Эгейском море; ряд совсем молодых, возможно, еще не потухших окончательно вулканов Малой Азии, Кавказа, Ирана. Их магмы гораздо более разнообразные, кислые, щелочные, но тектонический контроль не везде ясен, хотя местами фиксируются глубокофокусные землетрясения.

    На территории РФ действующие вулканы – 51 – расположены в пределах активной континентальной окраины на Камчатке, Курильских островах. В наши дни извергается Ключевской вулкан, а совсем недавно          в 1975 г. советские еще вулканологи очень точно предсказали начало базальтовых извержений в районе вулкана Плоский Толбачик, когда возникло четыре новых шлаковых конуса, а объем вулканических продуктов превысил 2 км .

    Магматические горные породы образуются из алюмосиликатного расплава - магмы. Разнообразие магматических пород определяется дифференциацией магмы и ее взаимодействием с вмещающими образованиями. Флюидное давление играет большую роль в кристаллизации магмы. Способ и скорость отделения летучих определяют эффузивные, эксплозивные и экструзивные извержения. Типы вулканических построек и разнообразие типов извержений зависят от состава магмы, формы подводящего канала и концентрации летучих. Распространение вулканов связано с активными границами литосферных плит.

- ? –

1. Какие существуют типы магматизма?

2. Что такое магма и каковы ее свойства?

3. Какова роль летучих компонентов в магме?

4. Каким образом магма превращается в горную породу?

5. Какие существуют типы интрузивов и их контактов?

6. Какие продукты извержения вулканов известны?

7. Типы вулканических построек и их связь с составом магмы.

8. Какие типы вулканических извержений известны и в чем причина их разнообразия?

9. Каков механизм перемещения пепловых потоков?

10. Что такое поствулканическая деятельность?

11. Что такое пегматиты и как они образуются?

12. Каков механизм действия гейзера?

Литература

· Апродов В.А. Вулканы, М., 1982.

· Емельяненко П.Ф., Яковлева Е.Б. Петрография магматических и метаморфических пород. М.,1985.

· Макдональд Г. Вулканы.- М., Мир, 1975.

· Маракушев А.А. Вулканизм Земли// Природа. 1984. N 9. С. 64-74.

Глава 11.

МЕТАМОРФИЗМ

    Горные породы после формирования могут попасть в такую геологическую обстановку, которая будет существенно отличаться от обстановки образования породы и на нее будут оказывать влияние различные эндогенные силы: тепло, давление (нагрузка) вышележащих толщ, глубинные флюиды, растворы и газы, воды, водород, углекислота и др. Изменение магматических и осадочных пород в твердом состоянии под воздействием эндогенных факторов и называется метаморфизмом (греч. <метаморфо> – преобразуюсь, превращаюсь).

    Все метаморфические процессы можно разделить на две группы. В одной из них химический состав метаморфизуемых пород не изменяется, т.е. преобразование происходит изохимически. Во второй группе наблюдается изменение состава пород за счет привноса или выноса компонентов. Такой процесс называется аллохимическим. Под воздействием процессов метаморфизма происходят перекристаллизация исходных пород, изменение минерального, а нередко и химического состава. Метаморфические процессы могут быть разной интенсивности, поэтому в природе наблюдаются все постепенные переходы от практически неизмененных или слабо измененных пород, первичная текстура, структура и состав которых сохранились, до пород, измененных настолько сильно, что восстановить их первичную природу невозможно. Усиление степени метаморфизма, т.е. увеличение температуры (Т), давления (Р) и концентрации флюидов, приводит к изменению или распаду неустойчивых минералов на более устойчивые ассоциации. При изучении метаморфических пород необходимо восстановить их первичную природу и условия образования, а также дать реконструкцию обстановки метаморфизма – давление, температуру и роль летучих компонентов. Это позволяет разобраться в мощнейших толщах архейских и протерозойских пород, слагающих главным образом фундамент древних платформ и отвечающих по возрастному интервалу большей части истории Земли – более 2,5–4,0 млрд. лет. С этими же породами связаны очень важные в практическом отношении метаморфогенные месторождения, содержащие железные руды, графит, золото, уран, медь, кварциты, мраморы и др.

Факторы метаморфизма

    Выше говорилось о том, что решающее влияние на метаморфизм горных пород оказывают давление, температура и флюиды.

    Температура. Источниками тепла в земной коре являются распад радиоактивных элементов; магматические расплавы, которые, остывая, отдают тепло окружающим горным породам; нагретые глубинные флюиды; тектонические процессы и ряд других факторов. Геотермический градиент, т.е. количество градусов на 1 км глубины, меняется от места к месту на земном шаре и разница может составлять почти 100^oС. В пределах устойчивых, жестких блоков земной коры, например на щитах древних платформ, геотермический градиент не превышает 6–10^oС, в то время как в молодых растущих горных сооружениях может достигать почти 100^oС. Температура резко ускоряет протекание химических реакций, способствует перекристаллизации вещества, сильно влияет на процессы минералообразования. Возрастание температуры приводит к обезвоживанию (дегидратации) минералов, формированию более высокотемпературных минеральных ассоциаций, лишенных воды, декарбонатизации известняков и т. д. Обычно метаморфические преобразования начинаются при Т выше 300^oС, а прекращаются, когда Т достигает точки плавления развитых в данном месте горных пород.

    Давление подразделяется на всестороннее (литостатическое), обусловленное массой вышележащих горных пород, и стрессовое, или одностороннее, связанное с тектоническими направленными движениями. Всестороннее литостатическое давление связано не только с глубиной, но также и с плотностью пород, и на глубине 10 км может превышать 200 мПа, а на глубине 30 км – 600–700 мПа. При геотермическом градиенте в 25 град/км плавление горных пород может начаться на глубине около 20 км. При высоких давлениях породы переходят в пластичное состояние, Одностороннее стрессовое давление лучше всего проявляется в верхней части земной коры складчатых зон и выражается в образовании определенных структурно-текстурных особенностей породы и специфических стресс-минералов, таких, как глаукофан, дистен и др. Стрессовое давление вызывает механические деформации горных пород, их дробление, рассланцевание, увеличение растворимости минералов в направлении давления. В подобные милонитизированные зоны проникают флюиды, под воздействием которых породы испытывают перекристаллизацию.

    Флюиды, к которым относятся H₂O, CO₂, CO, CH₄, H₂, H₂S, SO₂ и другие переносят тепло, растворяют минералы горных пород, переносят химические элементы, активно участвуют в химических реакциях и играют роль катализаторов. Значение флюидов иллюстрируется тем, что в "сухих системах", т. с. лишенных флюидов, даже при наличии высоких давлений и температур метаморфические изменения почти не происходят.

Основные типы метаморфизма

    В общем виде метаморфизм подразделяется на региональный и локальный. В первом случае метаморфизму подвергаются огромные объемы горных пород, развитые, например, в горно-складчатых поясах, где на большой глубине достигаются высокие температуры и давления при участии глубинных флюидов, обеспечивающих протекание химических реакций. В результате образуются обширные площади, сложенные метаморфическими породами одного типа. Первичная порода может сильно изменить свой химический состав, особенно под действием летучих веществ. Одни элементы выносятся и, наоборот, происходит привнос других элементов. Такие процессы называются метасоматозом, а образовавшиеся породы – метасоматическими.

    В зависимости от температурных условий региональный метаморфизм и породы подразделяются на три группы, каждая из которых характеризуется вполне определенным набором минералов: I – низкотемпературная                   (300–500^oС); II – среднетемпературная (500–650^oС); III-высокотемператур-ная (более 650^oС). В глубинных зонах подвижных областей нередко создаются экстремальные условия по давлению, температуре и концентрации летучих, при которых важную и активную роль начинают приобретать расплавы. Такие процессы называются ультраметаморфическими. Метаморфизм, идущий с возрастанием температуры и приводящий к появлению все более высокотемпературных минеральных ассоциаций, называется прогрессивным, а с понижением – регрессивным. Он часто приводит к экзотермическим реакциям, процессам гидратации и карбонатизации, с образованием низкотемпературных минеральных ассоциаций.

    Локальный метаморфизм по сравнению с региональным характеризуется проявлением на гораздо меньших площадях и связан с какими-то местными активными зонами, например благодаря тепловому и флюидному воздействию интрузивов на вмещающие породы, в которых наблюдаются метаморфические изменения. Такой тип метаморфизма называется контактовым или контактово-термальным. С интрузивами нередко связан и локальный метасоматоз, обязанный отделению от магм различных флюидов – H₂O, CO₂, H₂, HC1 и других, которые вступают в химические реакции с вмещающими породами, образуя специфические по структурам и текстурам метасоматиты. Метасоматоз такого рода происходит в условиях низких температур и давлений, и постмагматические растворы воздействуют не только на вмещающие, но и на породы самого интрузивного тела. В узких зонах разломов возникает резкое увеличение давления, происходит катаклаз (раздробление) пород, не сопровождающийся, как правило, повышением температуры, а если последняя увеличивается, то могут возникнуть новые низкотемпературные минералы – хлорит, серицит, тальк и др. Подобный метаморфизм называется динамометаморфизмом, стрессовым или дислокационным. Разная степень раздробленности пород приводит к образованию тектонических брекчий, катаклазитов, милонитов.

    Следует отметить еще один тип метаморфизма - ударный, возникающий при воздействии на горные породы мощной ударной волны, вызванной падением на землю крупных метеоритов, при котором мгновенно выделяется огромная энергия. При образовании метеоритного кратера (астроблемы) породы разрушаются, дробятся, перемещаются, плавятся и испаряются. Сейчас на поверхности Земли известно около 200 крупных астроблем, но, конечно, их гораздо больше.

    Перекристаллизация (бластез) горных пород при метаморфизме не сопровождается плавлением, и возникают структуры, называемые кристаллобластическими или порфиробластическими, когда выделяются крупные минералы на мелкозернистом фоне.

    Текстуры метаморфических пород подразделяются на две группы. В одной из них преобладают ориентированные текстуры, связанные с действием давления, при котором плоские и вытянутые минералы ориентируются в пределах какой-либо плоскости. В другой - минералы в породах распределены неравномерно и преобладают пятнистые, массивные, полосчатые и другие текстуры.