• Общие сведения о составе магматических пород • • Различают химический и минеральный составы магматических пород. Первый определяют путем анализа порошка горной породы, а второй - при изучении шлифов под микроскопом. • Химический состав магматических пород представляют в виде перечня содержаний оксидов в массовых (весовых) процентах. Силикатные магматические породы состоят из следующих главных оксидов (цифры - интервалы содержаний в мас. %): • Si. O 2 --30 -80 Mn. O--до 0. 5 K 2 O--до 10 • Ti. O 2 --до 5 Mg. O--до 50 P 2 O 5 --до 2 • Al 2 O 3 --до 30 Ca. O--до 30 H 2 O--до 10 -15 • Fe 2 O 3+Fe. O--до 15 Na 2 O--до 15 CO 2 до 1 -2 • Твердые породы близки по составу к жидким магмам за исключением летучих компонентов (H 2 O, CO 2), значительная часть которых удаляется из расплава при затвердевании. Впоследствии магматические породы могут вновь обогащаться водой и углекислотой при образовании вторичных минералов: серпентина, хлорита, кальцита и др.
• Минеральный состав породы характеризуют содержаниями минералов в объемных процентах. На практике определяют не соотношения объемов, занятых разными минералами, а соотношения площадей в шлифах. • Первичные минералы, которые кристаллизуются из расплава, противопоставляются вторичным минералам, возникшим в процессе последующих преобразований твердой породы. Первичные минералы подразделяются на главные, второстепенные и акцессорные. Содержания главных минералов превышают 5 об. %, второстепенные минералы содержатся в меньшем количестве, а акцессорные минералы слагают единичные зерна. Они противопоставляются породообразующим минералам, составляющим основной объем пород (плагиоклаз, пироксен, кварц и др. ).
• Принципы классификации магматических пород • Известны сотни названий магматических пород разного состава. Большая часть пород названа по той местности, где они были впервые описаны. Сохранились и некоторые названия, которые употреблялись в древности рудокопами. Значение терминов раскрывается в петрографических словарях. • В настоящее время для классификации полнокристаллических интрузивных пород используется их модальный минеральный состав. Систематика же полукристаллических и стекловатых вулканических пород возможна лишь на химической основе. В связи с этим рекомендуется использовать две группы классификационных схем. Одна из них основана на модальном минеральном составе и применима преимущественно для интрузивных пород, а другая имеет в основе химический состав и используется для систематики тех вулканитов, для которых нельзя установить количества слагающих их минералов.
• Классификация магматических пород по химическому составу • Вообще говоря, в основу систематики магматических горных пород можно положить содержания любого из присутствующих в них оксидов. Самыми распространенными являются классификации в координатах: Si. O 2 -(Na 2 O + K 2 O), которые и используются для унификации номенклатуры горных пород. При дальнейшей детализации классификационных схем принимаются во внимание содержания и других оксидов.
• Диаграмма Si. O 2 -(Na 2 O + K 2 O) использована для классификации всех магматических горных пород - как вулканических, так и интрузивных.
• Классификация основана на первичных химических анализах без предварительного их пересчета на 100% сухого вещества. По содержанию Si. O 2 выделены группы ультраосновных, средних и кислых пород, а по суммарному содержанию Na 2 O + K 2 O - ряды щелочных, субщелочных (умеренно-щелочных) пород и пород нормальной щелочности. • Граница между породами нормальной и повышенной щелочности (субщелочными породами) проведена так, что в субщелочной ряд попадают вулканические и интрузивные породы, содержащие большое количество щелочных полевых шпатов и цветные минералы, богатые титаном. К щелочному ряду отнесены ультраосновные, основные и средние породы с щелочными минералами (фельдшпатоидами) – нефелином, лейцитом и др. , а также кислые породы, содержащие натриевые цветные минералы: эгирин, рибеккит и др. • Следует помнить, что между группами, рядами, семействами магматических горных пород существуют постепенные переходы.
• • Распространенность магматических пород Если нанести на любую классификационную диаграмму достаточно много точек, отвечающих составам магматических пород, то все выделенные на диаграммах поля окажутся заполненными, но плотность точек будет неравномерной вследствие неодинаковой распространенности пород разного состава. Максимальная плотность точек приурочена к полям основных и кислых пород в ряду нормальной щелочности. Название ряда как раз и отражает наибольшую распространенность изверженных пород с относительно низким суммарным содержанием Na 2 O + K 2 O. При этом среди эффузивов самыми распространенными являются базальты (группа основных пород), а среди интрузивных образований - гранодиориты и граниты (группа кислых пород)
Опасности, связанные с вулканической деятельностью
• • Если метаморфизм и метасоматизм развиваются в толще земной коры и непосредственной опасности не представляют, то ситуация с вулканизмом не такая, и он как раз может представлять серьезную опасность. Вулканизм является глобальным явлением и может проявляться как на суше, так и дне океанов и морей. И если подводные извержения, за исключением небольших цунами, практически опасности собой не представляют, то наземные извержения часто приводят к катастрофам, и с ним связан целый ряд опасностей.
• • • Современный вулканизм является грозной силой, часто приводящей к катастрофическим последствиям. Во многих случаях вулканы расположены вблизи густонаселенных районов, особенно в Средиземноморьи, и в Австралайзии: на Филиппинах, в Малайзии и Индонезии, а также на Карибах, на Камчатке и др. При этом характер опасностей различен для вулканов внутриплитного происхождения и для вулканов, связанных с конвергентными границами плит, с зонами субдукции. Опасности, связанные с вулканами: 1. Истечение лавы; 2. Катастрофические взрывы вулканов; 3. Пирокластические потоки; 4. Палящие тучи; 5. Подледные извержения; 6. Истечения горячих и холодных газов; 7. Аэрозоли
Опасности, связанные с истечением лав Текучие базальтовые лавы, связанные с внутриплитным вулканизмом, могут довольно быстро перемещаться в пространстве. Их скорость достигает десятков километров в час, и они сжигают и уничтожают все на своем пути. Таковы, например, лавы вулканов, образующих океанские острова, в частности, Гавайские. Это крупнейшие в мире вулканы, высота которых достигает 9 км от дна океана до вершинного кратера. Постройки представляют собой сложные сочетания потоков и туфовых покровов. Объем вулканических пород, связанных с отдельными крупными центрами, достигает сотен и тысяч км 3. .
Лавовая река, Гавайи
Такие же базальтовые вулканы типичны и для континентальных рифтов, в частности, Байкальского. Обычно это крупные вулканы, похожие на гавайские, но могут быть и трещинные излияния, типичные, например, для Исландии, которая расположена на оси Срединно. Атлантического хребта и характеризуется высокой продуктивностью магмы. Лавовый покров, образовавшийся в результате трещинного излияния, вулкан Лаки, Исландия
Вулкан Бардабунга, Исландия, сентябрь 2014 г
Вулкан Пакайя, Гватемала
• Обычно потоки лавы движутся неумолимо. Однако в одном случае с проблемой справиться удалось – жители небольшого городка Хеймей на острове близ Исландии сумели в 1978 г. преградить путь лавовому потоку, отклонили его курс к океану и тем самым спасли свой город.
• Если такие извержения происходят под горным ледником или под снегом, то над ними мгновенно возникает огромное количество талой воды. Она устремляется вниз по склоны, образуя грязевые потоки (лахары), состоящие преимущественно из обломков вулканических пород, и все сметающие на своем пути. • Кроме того, в жерле вулкана могут скопиться тяжелые вулканические газы, преимущественно СО 2, которые, стекая по склону, также могут привести к значительным человеческим жертвам. Это случилось не так давно в районе вулкана Ньоньо в Восточной Африке (люди задохнулись из-за отсутствия кислорода). • Кстати, в США, в штате Невада существует Долина Смерти, где из-за мощного слоя углекислого газа на ее дне погибают собаки, сопровождающие путников; та же участь ждет и самих людей, если они неосторожно лягут спать в понижениях рельефа.
В ряде случаев излияния базальтов одновременно происходят на огромных территориях, образуя трапповые области. К их числу относится крупнейшие в мире Сибирские траппы размером около 1 млн. км 2, когда на поверхность вылилось целое море расплава. Эти траппы формировались на границе перми и триаса, около 240250 млн. лет назад. Многие исследователи считают, что с ними связано массовое вымирание палеозойской фауны и флоры. Столь масштабные извержения должны были привести к нарушению состава атмосферы, ее запылению вулканическим пеплом и аэрозолями, уменьшению инсоляции поверхности суши и изменению климата, а именно - похолоданию. Кстати, вымирание динозавров также связывается с подобными явлениями на границе мезозоя и кайнозоя, когда формировались траппы Декана в Индии.
Как уже говорилось, подобные области называют еще крупными изверженными провинциями, и они могут наблюдаться как на континентах, так и формировать огромные подводные лавовые плато в океанах, возвышающиеся на 1 -2 км над уровнем их дна. К их числу относится крупнейшее подводное плато Онтонг-Джава площадью около 2. 5 млн. км 2.
Возникновение крупных изверженных провинций, как я говорил, связано с подъемом мантийных суперплюмов, начинающихся на границе жидкого железного ядра и силикатной мантии. Их головные части растекаются в толще литосферы, обеспечивая однородный одновременный однородный вулканизм на огромных территориях. Конечно, плавится не весь этот материал – на поверхности суперплюмов возникают протуберанцы (вторичные плюмы), и именно в их головных частях происходит частичное плавление и возникают конкретные магматические системы.
Катастрофические взрывы вулканов характерны для второго главного типа магматизма, который связан с деструктивными (конвергентными) границами плит. Такие вулканы располагаются над зонами субдукции, обычно в островных дугах. Эти взрывы, сопровождаемые выбросом в атмосферу огромного количества пирокластики (измельченных продуктов взрыва) и газов, палящими тучами, пирокластическими потоками и т. д. Это может приводить и часто приводит к огромным человеческим жертвам и материальным потерям, а также оказывают существенное, а в ряде случаев - долгосрочное, влияние на атмосферу и климат Земли.
Вулкан Плоский Толбачик, Камчатка
Шивелуч – самый северный и самый активный из вулканов Камчатки в начале 21 столетия
Извержение вулкана Пик Сарычева, о. Матуа, Курильская дуга, июнь 2009 г. Пароксизмальная фаза извержения. На половине острова Матуа уничтожена растительность. Объем изверженного материала не менее 100 млн мз. Эруптивное облако от Пика Сарычева над Охотским морем. Середина июня 2009 г.
Кислотное озеро в кратере вулкана, Камчатка
• О масштабах влияния вулканизма на экологию Земли можно судить по следующим фактам. Так, сравнительно небольшой взрыв вулкана Сан-Хеленс на северо-западе США в 1980 г. опустошил площадь в радиусе 29 км от вулкана, вызвав пепловые тучи, оползни, грязевые потоки и наводнения; извержение продолжалось 2 месяца. • При взрыве вулкана Кракатау (Индонезийская дуга) в 1883 г. в атмосферу было выброшено 20 км 3 пемзы и пепла. • Еще большие масштабы, имело извержение вулкана Тамбора в той же дуге в 1815 г. , когда в атмосферу было выброшено 150180 км 3 пирокластики, Извержения таких вулканов, вследствие выброса в стратосферу большого количества пыли и газа, привели к существенному, на 0, 5 -0, 8°С, понижению средней температуры воздуха на Земле в течение 1 -1, 5 лет. • Как показало изучение извержения вулкана Эль-Чичон в Мексике в 1982 г. , в продуктах подобных взрывов может присутствовать большое количество серы, окисляющейся до серной кислоты и способной образовать долгоживущую туманную пелену. Подобные аэрозоли также оказывают экранирующее влияние на солнечную радиацию, приводя к снижению средней температуры на 0, 2°С; количество сернокислотного аэрозоля в этом случае было оценено в 20 млн. т.
Огромное количество вулканического пепла и газов поднимается на высоту до 20 -30 км и нередко приводит к катастрофическим последствиям. К их числу относится извержение вулкана Везувий, погубившее в начале новой эры римские города Геркуланум и Помпеи. Из последних таких катастрофических извержений можно отметить извержение вулкана Пинатубо в Индонезии, также сопровождавшееся большими жертвами и разрушениями. Катастрофические извержения могут продолжаться месяцами, сильно усложняя спасательные работы. Как я говорил на одной из прошлых лекции, в результате взрыва на месте вулкана может возникнуть крупная депрессия, ограниченная дугообразными разломами – кальдера. В центре кальдеры может расти новый купол, как это видно на примере вулкана Медисин-Лейк на западе США.
Кальдера Йеллоустонский парк, США
Реконструкция эволюции вулкана Санторин • Объем кальдер достигает сотен и даже тысяч км 3. Например, объем кальдеры Санторин в Эгейской дуге равен 1500 км 3. • Кстати, некоторые исследователи считают, что именно здесь располагалась Атлантида, уничтоженная при взрыве вулкана.
Кальдерой является и знаменитая Авачинская бухта, где стоит Петропавловск-Камчатский. Кстати, рядом с ним расположены два спящих вулкана – Корякский и Авачинский, который последний раз извергался около 60 лет назад. Так что у этого города опасное соседство.
Вулкан Корякский, Камчатка, 08. 01. 2009
Извержение вулкана Ключевской, 17 ноября 2013 г.
• Спящими вулканами являются, по-видимому, также Казбек и Эльбрус на Кавказе.
Но даже когда извержения и не носят катастрофического характера, над вулканами часто возникают облака тонкого пепла и аэрозолей, т. е. мельчайших взвешенных частичек пепла, которые попадая в турбины самолетов, быстро выводят их из строя. Вот так выглядит спокойное извержение вулкана Этна на Сицилии. По этой причине аэропорт Анкоридж на Аляске считается опасным, и трассы самолетов рассчитываются исходя из розы ветров.
Извержение вулкана Чикурачки в 2007 г. , Курильские острова, о. Парамушир
Вулкан Касаточи после извержения 2008 г.
При извержении вязких кислых лав они могут образовывать потоки, но чаще выдавливаются в форме куполов и даже пиков Так, на о. Мартиника в Карибском архипелаге формированию пика в 1902 г. предшествовала палящая туча, образованная раскаленными вулканическими газами с мелкой пирокластикой. Эта тяжелая смесь скатилась по склону вулкана со скоростью курьерского поезда и сожгла на своем пути расположенный на удалении 15 км от него город Сен. Пьер. В живых остался только один заключенный местной тюрьмы, посаженный в подвал за плохое поведение. Ему еще повезло, что палящая туча прошла быстро, иначе он был бы отравлен вулканическими газами.
Таким образом, именно вулканы, приуроченные к деструктивным (конвергентным) границам плит, и представляют наибольшую опасность для человека. Поэтому изучение механизма катастрофических взрывов является одной из важных задач петрологии. При этом требуется объяснить как катастрофический масштаб взрывов, так и продолжительность самого взрывного процесса, длящегося нередко от 2 до 4 -х месяцев. Большинство исследователей связывают возникновение катастрофических извержений с резким увеличением объема магмы в малоглубинном очаге за счет дегазации, ретроградного кипения магмы при снижении температуры и давления. Имеющиеся на этот счет представления предполагают: 1) взрыв в результате проникновения в магматический очаг грунтовых вод, 2) взрыв в результате обрушения вулканического конуса, 3) внедрение в вулканический очаг газонасыщенной базальтовой магмы, 4) вскрытие такого очага трещинами-каналами и т. д. Однако все это не объясняет ни масштабов, ни длительности процесса, который может продолжаться месяцами, а также не вскрывает конкретного механизма массового образования пузырьков газа, необходимого для такого взрыва. Подобные факторы действительно могут оказывать определенное влияние на ход конкретного извержения, например, появление трещин в кровле может объяснить возникновение «палящих туч» , но не в состоянии обеспечить катастрофический масштаб самого извержения.
• Имеющиеся гипотезы рассматривают сам процесс взрыва, но не дают ответа ни о причинах высокой газонасыщенности расплавов, ни о механизме практически одновременного выделения пузырьков газа сразу в значительном объеме, так как образование новой поверхности требует значительных энергетических затрат. Это характерно для любого фазового перехода, в том числе и ретроградного кипения расплава. Поэтому массовое образование зародышей новой фазы (кристаллов, зародышей плавления, газовых пузырьков) в ранее гомогенной среде возможно только после преодоления определенного энергетического барьера. Затем процесс приобретает уже объемный характер, так как идет в поле устойчивости новой фазы. • Таким образом, необходимым условием для длительного катастрофического взрыва является наличие как пересыщенного летучими расплава, так и некоторого энергетического импульса, своего рода "спускового крючка" процесса, обеспечивающего именно массовое быстрое образование зародышей газовой фазы.
Большинство катастрофических взрывов вулканов связано со специфическими для зон субдукции андезитовыми и дацитовыми расплавами, где газовая фаза представлена главным образом водой. Согласно экспериментальным данным, растворимость воды и СO 2 в расплавах как основного, так и кислого составов возрастает с давлением. Однако, в отличие от воды, растворимость СО 2 в значительной мере зависит от состава расплава. Она максимальна в расплавах основного состава и минимальна - в породах кислого и среднего составов, которые характерны для катастрофических извержений. Из тех же экспериментальных данных следует, что растворимость воды в расплавах особенно кислого состава, при понижении давления остается практически постоянной до достижения величины порядка 1 кбар, после чего резко снижается. В отличие от воды, растворимость СО 2 при снижении давления уменьшается равномерно.
В результате в приповерхностных условиях, в периферических очагах вулканов на глубинах меньше 3 -4 км, вследствие резкого падения растворимости воды, расплав может оказаться пересыщенным Н 2 О. В таком случае он представляет собой своего рода "гремучую смесь", готовую в любой момент взорваться в результате быстрой дегазации. Однако, как следует из экспериментальных данных, даже пересыщенный водой расплав сам вскипать не будет, а если и вскипает, то по принципу пенообразования, как это имеет место при извержениях внутриплитных базальтов, где образуются шлаковые конуса. Для того чтобы началось массовое выделение пузырьков газа, требуется механическое воздействие ударного типа: расплав необходимо резко подвергнуть давлению (сжать), а затем также резко это давление сбросить. В таком случае выделение газовых пузырьков начинается сразу во всем объеме. По-видимому, этот механизм применим и к катастрофическим извержениям вулканов. Насыщенный летучими расплав в неглубокой приповерхностной камере может взорваться в результате мощного землетрясения, когда при проходе ударной волны давление резко повышается и так же резко сбрасывается при прохождении следующей за ней волны разряжения. Затем удар от самого взрыва будет провоцировать следующий взрыв и так будет продолжаться вплоть до полного исчерпания расплава в магматическом очаге. Необходимо отметить, что взрывы вулканов не имеют ничего общего со взрывами пиротехнических материалов и атомными взрывами, где ведущую роль играют цепные реакции. Здесь взрывные явления связаны с массовым образованием пузырьков газа и детонацией, вызванной как сейсмическими толчками, так и самими взрывами.
ВУЛКАНЫ НА ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ • В настоящее время в пределах Солнечной системы действующий вулканизм, кроме Земли, известен только на спутнике Юпитера – Ио. • Вулканизм Ио весьма специфичен – по-видимому, расплавы там очень богаты серой. Взрывы выбрасывают материал на высоту до 500 км со скоростью 3200 км/час. Сами продукты вулканизма, вероятно, представлены жидкой серой или серосиликатным расплавом.
Вулканизм на планетах земной группы Значительно ближе к земному вулканизм на планетах земной группы – Венере, Марсе, Луне и, по-видимому, Меркурии, который пока еще мало изучен. Больше всего информации имеется о составе магматических пород Луны, где побывал человек и откуда американскими и советскими космическими миссиями доставлены на Землю образцы пород. Согласно этим данным, как я уже говорил, древнейший магматизм Луны имел место 4. 4 -4. 0 млрд. лет назад на лунных материках. Он был представлен низко-Ti породами, близкими к земным породам палеопротерозойской кремнеземистой высоко-Mg серии. В интервале 3. 9 -3. 8 млрд. лет назад появились крупные депрессии лунных морей с сильно утоненной корой, залитые базальтами. Большинство исследователей связывает их происхождение с ударами крупных метеоритов. Однако эти базальты имеют геохимические характеристики плюмового магматизма (высокие Ti, Fe, Nb и др. ), и, вероятно, являются аналогами земных океанов или крупных изверженных провинций.
Вулканизм Венеры • Венера очень близка по размерам к Земле, но сейчас является уже «мертвой» планетой. Как и Земля, она образована крупными возвышенностями ( «землями» ), сложенными древним легким «континентальным» материалом, и более молодыми обширными равнинами, залитыми базальтами. Если осушить океаны Земли, то получится такая же картина. Вулканизм на Венере был наиболее интенсивным из всех земных планет – здесь выявлены сотни тысяч потухших вулканов. Наиболее крупным из них является вулкан Маат высотой около 9 км, т. е. такой же как Мауна Лоа на Гавайях.
Вулканизм Марса • • Марс значительно меньше Земли и Венеры, но устроен также – крупные возвышенности, сложенные древним легким материалом, и огромные низменные равнины, залитые базальтами. На Марсе расположены крупнейшие в Солнечной системе вулканы: Олимпус, Арсия, Повенис и Аскраус. Высота наиболее крупного из них – Олимпус, достигает 27 км, что почти в три раза превышает высоту Эвереста. Эти вулканы также весьма близки по строению, и, по-видимому, составу, к крупнейшим внутриплитным вулканам Земли, таким как Гавайские вулканы Мауна Лоа и Мауна Кеа, но превышают их в три раза по высоте. .
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ • Современный вулканизм является грозной силой, часто приводящей к катастрофическим последствиям. При этом характер опасностей различен для вулканов внутриплитного происхождения и для вулканов, связанных с конвергентными границами плит, с зонами субдукции. Если основными опасностями, связанными с внутриплитным вулканизмом является истечение лав и вулканических газов, то извержения надсубдукционных вулканов могут сопровождаться катастрофическими взрывами, пеплопадами, а также «палящими тучами» . • Оба типа извержений могут сопровождаться наводнениями за счет плавления ледников и грязевыми потоками. Извержения подводных вулканов непосредственной опасности не несут, хотя и могут вызывать небольшие цунами. • Интенсивный наземный вулканизм крупных изверженных провинций может привести к существенным изменениям климата вследствие запыления атмосферы мелким пеплом и аэрозолями, а также понижения содержания кислорода в атмосфере за счет выброса огромного количества СО 2. И то и другое может привести к массовому вымиранию живых организмов, не успевающих приспособиться к новым условиям.
Вопросы для зачета по курсу "Петрология и минералогия" на ГРФ 1. Основные принципы классификации магматических горных пород 2. Внутриплитный магматизм континентов и океанов 3. Магмообразование в мантии и коре и его причины; понятия ликвидуса и солидуса 4. Кристаллизационная дифференциация магм 5. Главные геодинамические обстановки и связанные с ними типы магматизма 6. Современный магматизм на границах литосферных плит 7. Магматизм в современных конструктивных, или дивергентных обстановках 8. Вещественный состав мантийных пород, принципы их классификации 9. Типы вулканов, связанных с разными геотектоническими обстановками 10. Принципы классификации метаморфических пород: понятие метаморфических фаций 11. Эволюция магматизма в истории Земли 12. Магматизм в современных деструктивных, или конвергентных обстановках (зоны субдукции) 13. Земная кора континентов и океанов
• 14. Происхождение Земли: главные гипотезы • 15. Особенности магматизма раннего докембрия • 15. Крупные изверженные провинции континентов и океанов (траппы) • 16. Мантийные плюмы – что такое • 17. Формирование крупных расслоенных интрузивов • 18. Строение и магматизм современных континентальных рифтов • 19. Понятие метаморфизма; какие типы известны • 20. Главные опасности, связанные с вулканической деятельностью. • 21. Понятие метасоматизма, отличия от метаморфизма • 22. Главные породообразующие минералы • 23. Катастрофические взрывы вулканов, чем вызываются • 24. Структуры и текстуры горных пород • 25. Внутреннее строение Земли • 26. Магматизм планет земной группы
Скачать презентацию • Общие сведения о составе магматических пород
Presentation7_вулканы.ppt