Какие продукты вулканического извержения

Вулканические продукты, выбрасываемые вулканами, могут быть трех видов: жидкие, твердые и газообразные.

Жидкие продукты представлены магмой — лавой, излившейся на поверхность и утратившей часть летучих: газов и паров воды. Параметрами, определяющими свойства лавы, являются вязкость и содержание в ней газов. Вязкость лавы, по Е.К. Мархинину, является функцией ее температуры, силикатного состава и количества растворенных в ней летучих компонентов. Вязкость уменьшается с увеличением температуры, относительного количества щелочей и летучих компонентов и уменьшением содержания SiO2 и Al2O3.

Базальтовые лавы обладают наибольшей подвижностью, растекаясь со скоростью до 60 км/ч, температура их при выходе на поверхность составляет 1100—1200 °С. Растекающиеся потоки базальтовых лав имеют самую разнообразную поверхность: канатные волнистые лавы (рис. 11.11), подушечные (при излиянии в подводных условиях), глыбовые. При излиянии лавового потока на дне океана или моря в результате быстрого охлаждения поверхность превращается в вулканическое стекло, которое при растрескивании дает большое количество осколков стекла. Такие потоки называются гиалокластитами. Кислые низкотемпературные вязкие лавы отличаются меньшей подвижностью и образуют короткие и мощные лавовые потоки, которые быстро остывая с поверхности, покрываются глыбовой коркой.

Твердые продукты — это обломочный (пирокластический материал), составляющий основную массу всех вулканических продуктов наземных извержений. Образуются твердые и частично первоначально жидкие вулканические продукты при эксплозивных (взрывных) извержениях, главными их которых являются бомбы, шлаки, пемзы, пеплы и др.

Вулканические бомбы отличаются большим разнообразием и специфичностью форм при образовании из жидкой магмы. Важной особенностью их строения являются формы вращения — круглые, веретеновидные, лимоновидные и др., а размеры их варьируют от нескольких метров при массе в сотни и тысячи килограммов до нескольких миллиметров при массе в миллиграммы. Чем более вязкая лава, тем более крупные размеры и изометричные формы имеют бомбы. Скопления вулканических бомб называют агломератом.

Вулканические шлаки — это сильно пористые обломки, образующиеся при застывании лавы основного состава, насыщенной газами. Размеры их варьируют от первых до нескольких десятков сантиметров. Эти легкие, пористые, хрупкие образования подвержены быстрому разрушению.

Вулканические пемзы — пузыристые породы кислого состава, образующиеся при застывании лавы, насыщенной газами при подводных излияниях. Размеры их обломков варьируют от долей сантиметра до десятков сантиметров. Пемзы не тонут в воде и переносятся морскими течениями на большие расстояния, как и шлаки легко разрушаются.

«Волосы Пеле» — своеобразные тончайшие нити, образующиеся при разбрызгивании жидкой лавы или связаны с вытягиванием нитей при разрыве газами кусков шлака.

Вулканические пеплы — мельчайшие частицы размерами от сотых долей миллиметра часто являются основным продуктом извержения. Сложены они остроугольными обломками пемзы, стекла, различных минералов. Пепел распространяется на большие расстояния с уменьшением размерности его частиц по мере удаления от центра извержения и покрывает огромную площадь. Пепел Кракатау, поднятый взрывом на высоту 80 км, осаждался в разных частях суши и океана всего земного шара. При осаждении, уплотнении и цементации пирокластического материала в наземных условиях образуются туфы, в водной среде — туффиты.

Газообразные, или летучие продукты играют большую роль при вулканических извержениях, а состав их зависит от состава силикатной магмы и ее температуры. Информацию о составе летучих исследователи получают из нескольких источников: анализ проб газов, отобранных из жидкой лавы; анализ газов, сохранившихся в твердой лаве; анализ газа фумарол. Главными среди летучих являются пары воды (H2O), водород (H2), метан (CH4) и другие углеводороды, оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), азот (N2), аммиак (NH3), хлористый водород (НС1), сероводород (H2S), мышьяковистая и борная кислота, хлориды, фториды металлов, а также гелий, аргон, ксенон. H2O составляет иногда до 95 % молекулярного состава газов. Состав газов, их концентрация в значительной мере зависят от приуроченности вулканов к главным типам земной коры, т. е. от состава и степени дегазации мантии.

Продукты извержений состоят главным образом из вещества самой магмы и в меньшей степени из захваченных взрывом боковых пород, в которых проходит жерло вулкана. Продукты эти представлены газообразными, твердыми и жидкими веществами, количественные соотношения и состав которых различны для разных типов вулканов и даже для различных извержений одного и того же вулкана. При этом извержения вулканов редко сопровождаются спокойным выходом на поверхность жидкой лавы и газов, чаще же они начинаются взрывами с выбросами больших масс газообразных и твердых продуктов.

Газообразные продукты содержатся в магматическом расплаве в значительных количествах и частично могут поступать во время извержения из боковых пород. Газы, поступающие из боковых пород, играют столь незначительную роль при извержениях вулканов, что при дальнейшем изложении их можно не принимать в расчет. Выделение газообразных продуктов из магмы происходит при ее кристаллизации или при уменьшении давления в магматическом очаге и главным образом в жерле вулкана. В глубинных магматических очагах выделившиеся газы в качестве летучих компонентов магмы проникают во вмещающие породы, оказывая на них мета-морфизующее действие. Если же магма в результате тектонических движений поднимается близко к земной поверхности, то выделившиеся газы усиливают давление и прокладывают себе выход на поверхность, превращая магматический очаг в вулканический.

Когда жидкая магма достигает поверхности и спокойно изливается, как, например, в кратере вулкана Килауэа на Гавайских островах, то происходит также спокойное выделение газов в виде лопающихся пузырьков, создающих картину спокойного кипения лавы. Чаще же выход газообразных продуктов сопровождается взрывами большой силы во время извержений вулканов, с выбросом огромных масс газов и паров воды в атмосферу в виде гигантских столбов на тысячи метров над вулканами. Такие столбы (например, у вулкана Стромболи) содержат раскаленные частицы пепла, светящиеся и видимые ночью. У других вулканов количество извергаемых вместе с газами пепловых частиц гораздо больше, что придает газовому столбу вид дымового. Расплываясь в стороны в верхних слоях атмосферы, такой пепло-газовый столб принимает пиниеобразный характер, т. е. приобретает сходство с итальянской сосной пинией, у которой высокий ствол увенчан раскидистой кроной в виде зонтика. Третий тип извергаемых газовых масс, называемый палящими или жгучими тучами, появился при извержении вулкана Мон-Пеле в виде раскаленного облака горячих газов с температурой в сотни градусов, уничтожившего г. Сен-Пьер.

Взрывные выбросы газовых масс происходят, как правило, из центральных каналов и кратеров действующих вулканов во время пароксизмов извержений. В заключительных фазах эруптивного цикла и в затухающих вулканах, когда вулкан только курится, выделение газов происходит более спокойно как из центрального кратера, так и из мелких паразитных, а также из многочисленных трещин и расщелин на склонах вулкана. Состав газообразных продуктов, выделяющихся из кратера во время взрыва при извержении, почти совсем не изучен вследствие недоступности в момент извержения. Уверенно можно только сказать о присутствии сернистых газов, распространяющих при извержении удушливый запах. Более изучен состав газов, выделяющихся из лавы при спокойном излиянии или при застывании излившейся лавы. Изучение лавы и газов вулканов Килауэа, Везувия, Этны, Ключевской Сопки и других производится систематически научными сотрудниками специальных вулканологических станций, построенных у подножий вулканов. Однако взятие газовых проб даже из лавы не всегда является легким и безопасным делом. Замечателен первый и единственный в мире дрейф на лавовой корке движущегося лавового потока, сделанный сотрудниками Камчатской вулканологической станции — геологом В. Ф. Попковым и химиком И. 3. Ивановым — при извержении Ключевской Сопки в 1938 г. Для измерения температуры жидкой лавы и сбора газовых проб эти два советских научных работника в асбестовых сапогах перескочили на корку раскаленной, но уже твердой лавы, двигавшейся на поверхности лавового потока, и, плывя на ней, произвели свои научные наблюдения. Температура корки у подошвы сапог равнялась 270—300° С, а сама корка была еще такой толщины, что в некоторых местах ее легко протыкали жезлом для улавливания газов. Взяв нужное количество газовых проб и измерив несколько раз температуру лавы (на глубине 40 см она равнялась 840* С), исследователи благополучно перескочили на холодный борт потока.

Химические анализы многочисленных газовых проб из разных вулканов и в различные стадии их деятельности показывают, что в составе вулканических газов, как правило, преобладают пары воды, находящиеся при очень высоких температурах частично в диссоциированном состоянии. Так, в свободно выходящих газах лавового озера в кратере Килауэа среднее количество водяного пара в 24 пробах составляло 68,2% объема газы из лав других вулканов Гавайских островов и вулканов Мон-Пеле (о. Мартиника), Лассен-Пик (Калифорния) и других содержат около 80% водяного пара, а в фумаролах «Долины десяти тысяч дымов» (Северная Америка) пары воды достигают 99% объема. Некоторые вулканы извергают газы с незначительным содержанием водяного пара. Кроме паров воды в вулканических газах присутствуют в более или менее значительных количествах (в убывающем порядке) углекислота, окись углерода, азот, водород, метан, хлор, фтор, газообразные соединения серы и бора, аргон и некоторые другие газы.

Замечено, что в разные стадии деятельности вулкана, по мере его угасания, падает температура и изменяется состав газов. Принято называть газы с температурой выше 180° фумаролами (от лат. fumus — дым) по месту их выхода обычно из паразитических кратеров; выделяющиеся фумароль-ные газы имеют вид густых облаков из паров воды и газов. Газы с температурой от 100 до 180° С и места их выхода называют сольфатарами (от итал. solfatara — серная копь). Состав их характеризуется значительным содержанием сернистых соединений. Выходы газов с температурой ниже 100° С называются мофеттами (углекислые фумаролы); в их составе преобладает, не считая паров воды, углекислый газ.

В связи с выделением газообразных продуктов из вулканов и фумарол часто образуются повышенные концентрации серы, хлоридов натрия, железа, меди, цинка, окислов железа и меди, борной кислоты, сернистого мышьяка (реальгара, аурипигмента), киновари и различных солей щелочных металлов и аммония. Большинство этих продуктов обычно быстро развеивается или смывается, и лишь немногие из них образуют минеральные месторождения. Из числа последних наиболее крупными и ценными являются месторождения самородной серы на Курильских островах, Камчатке, в Японии, Чили и небольшими — в Италии. Однако этот процесс имеет большое принципиальное значение для познания процессов образования связанных с магматической деятельностью месторождений полезных ископаемых. В местах выходов газов в некоторых случаях выпадают естественным путем (или осаждают искусственно) следующие полезные ископаемые: каменная соль, кристаллическая сера, борная кислота и нашатырь.

Газообразные продукты играют во взрывной деятельности вулканов главнейшую роль. Выделяющиеся из магмы газы накапливаются в верхних частях вулканических очагов и создают колоссальное давление снизу на перекрывающие твердые породы. При появлении в кровле тектонических трещин, иногда в результате этого же давления, газы устремляются по ним, как по направлениям наименьшего сопротивления, особенно в местах пересечения трещин, и мощными взрывами прокладывают себе путь выхода на поверхность. Взрывы достигают иногда такой силы, что не только образуют широкий трубообразный канал-жерло, но даже разрушают частично или полностью сам вулкан, как это было при извержениях вулканов Кракатау в Зундском проливе, Бандай-Сан в Японии и Катмай на Аляске.

Жидким продуктом вулканических извержений является лава, т. е. магматический расплав, потерявший при достижении поверхности значительную часть летучих компонентов. По химическому составу лава состоит почти из тех же элементов, что и магма, и также разделяется на кислую (риолитовую) и основную (базальтовую). От химического состава магматического расплава в значительной степени зависят физические свойства жидкой лавы при вулканических извержениях, а следовательно, и скорость движения лавового потока, пройденное им расстояние, структура и форма поверхности застывших лавовых масс. Кислые лавы обычно бывают очень вязкими и труднотекучими, в то время как основные — очень жидки, текучи и подвижны. При температурах, господствующих при извержениях, базальтовая лава течет так же свободно, как шлак в доменных печах, но кислые лавы движутся гораздо медленнее. Кроме химического состава на консистенцию лавы, а следовательно, и на ее подвижность влияет содержание летучих компонентов — растворенных газов.

Вернуться назад к оглавлению “Общая Геология. Основы Геологии.”