Курс лекций по инженерной геологии (стр. 12 )

Твердые продукты извержения. К твердым продуктам извержения, или, как их еще называют агломератам или пирокластам, относятся вулканический пепел, песок, лапилли, бомбы. Они, как правило, выбрасываются в первый период извержения, когда бурно вырывающиеся газы измельчают породы, закупоривающие жерло и слагающие его стенки, а также разбрызгивают лаву, захваченную их струями.

Вулканический пепел —мельчайшие (< 1 мм) обломки, состоящие из кристаллов полевого шпата, лейцита, авгита, роговой обманки, но чаще из обломков вулканического стекла. В зависимости от преобладания тех или иных минералов в составе пепла цвет его изменяется от белого и серого до бурого и черного. Пепел взрывами газов может в виде густого столба подниматься на высоту 10 км и более; там он подхватывается воздушными течениями и долго плавает в нижних частях стратосферы. Вулканический пепел составляет в общем основную часть твердых вулканических продуктов. Так, при извержении вулкана Катмай (на Аляске) в 1912 г. было выброшено около 20 км3 твердых продуктов, из них почти 90% приходилось на пепел. Дождь вулканического пепла шел беспрерывно 25 ч, образовав на поверхности Земли вблизи вулкана слой толщиной более 4 м. Тончайший слой этого пепла отмечен во всех континентах и океанах. Вулкан Тамбора (Индонезия), извергавшийся в 1815 г. выбросил около 150 км3 пепла и песка. Под тяжестью выпавшего горячего пепла погибает растительность. Особенно губительно действие пепла, когда одновременно с ним извергаются пары воды, которые в холодных слоях атмосферы охлаждаются и выпадают в виде дождя. В этих случаях по склонам вулкана бурными потоками стекает жидкая грязь, сметая все на своем пути.

Вулканический песок — минеральные частицы размером от 1 до 2 мм. Иногда он представлен хорошо выраженными кристаллами авгита, полевых шпатов, роговой обманки, слюды, магнетита, но чаще обломками вулканического стекла. Песок и пепел образуют вначале рыхлую массу, которая, постепенно уплотняясь под собственным весом и спекаясь, превращается в довольно плотную горную породу — вулканический туф. Нередко вулканический пепел выбрасывается на поверхность озер и морей и перемешивается с илом и песком водоема. В этом случае образуется горная порода смешанного (вулканического и осадочного) происхождения, называемая туффитом. Если в туфе встречаются и более крупные обломки, выброшенные из вулкана, то такая порода называется вулканической брекчией.

Лапилли (итал.— камешки). Размер их от 2 до 30 мм, состоят из пористого вулканического стекла, иногда из кристаллов, например полевого шпата, лейцита, авгита. Лапилли толстым слоем покрывают обширные пространства вокруг вулканов Атсонопури и Чикурачки на Курилах.

Вулканические бомбы представляют собой оторванные от стенок жерла и кратера обломки или куски застывшей в воздухе лавы, размер их до 2—3 м, иногда до 10—15 м в поперечнике. Бомбы падают вблизи кратера (не далее 5—7 км от него), а подымаются в воздух на высоту до 1000 м. Формы бомб самые разнообразные: веретенообразные, ленточные, шаровидные, грушевидные, остроугольные, караваевидные и т. п. Бомбы округлых очертаний образуются в результате полета на большую высоту сгустков лавы, чаще основного состава; средние лавы образуют бомбы угловатых очертаний, растрескавшихся с поверхности караваеобразных форм (типа хлебной корки). Вязкие средние лавы не успевают получить при вращении в воздухе оформленных очертаний; падая еще не остывшими, они приобретают лепешковидную форму, а неравномерность их остывания вызывает растрескивание поверхности бомб. Наличие на склонах вулкана бомб различного типа указывает на смену состава извергавшейся им лавы.

Вулканологи считают, что все вулканы мира изливают лавы приблизительно в шесть раз меньше, чем твердых вулканических продуктов.

Все продукты вулканических извержений принимают участие в строении земной коры. На долю эффузивных пород приходится в среднем около 49—50% от общей массы выходящих на поверхность магматических пород.

Типы вулканов и характер их извержения

Классификация вулканов основывается главным образом на характере их извержении и на строении вулканических аппаратов. По характеру извержений выделяется три варианта извержений вулканов: э ф ф у з и я излияние лавы на поверхность; э к с п л о з и я — газовый взрыв; э к с т р у з и я — выжимание или выдавливание малоподвижного магматического вещества на поверхность. Перечисленные варианты в большинстве случаев сложно сочетаются и обуславливают смешанный характер извержений вулканов, хотя известны чистые» проявления каждого из вариантов.

По строению вулканических построек выдёляют вулканы центрального типа, имеющие конусовидную или щитовидную форму и трубообразное жерло, а также ареальные и трещинные. Вулканы центрального типа, в свою очередь, подразделяют на полигенные и моногенные. Первые из них многкратно проявляют свою деятельность, вторые — всего один раз. К полигенным относится большинство известных вулканов.

Полигенные вулканы по характеру извержений разделяются на следующие три группы.

I. Лавовые или эффузивные вулканы, отличающиеся относительно спокойным излиянием лавы на поверхность. Примером могут служить вулканы Гавайских островов, крупнейшими из которых являются Мауна-Лоа, поднимающийся на 4168 м над уровнем Тихого океана, и Килауэа высотой более 1200 м над уровнем океана. Лава в этих вулканах основная, базальтовая, высокотемпературная (1200—1 250°С), жидкая, легкоподвижная. Поднимаясь по жерлу вулкана, она образует в кратере кипящее озеро, переливается через его края и стекает по склону в виде потоков, распространяющихся до 50—80 км, иногда до 100 км и более. Газы из лавы выделяются относительно спокойно, образуют иногда всплески, лавовые фонтаны. Отсутствие крупных газовых взрывов определяет незначительное содержание пирокластического материала в вулканических постройках. Такие вулканы имеют форму огромных пологих (наклон 5—10°) щитов, сложенных преимущественно радиально расположенными слоями застывшей лавы разного времени извержений, накладывающимися друг на друга. На склонах таких вулканов наблюдаются радиальные трещины, в пределах которых происходят побочные извержения базальтовой лавы. При извержении больших объемов лавы из магматического резервуара происходит проседание. верхнёй части вулкана с образованием крупных депрессий, называемых к а л ь д е р а м и.

II. Газово-взрывные (эксплозивные) вулканы. Особенностью извержений этих вулканов являются крупные газовые взрывы, происходящие почти без излияния лав, У некоторых вулканов газово-взрывная деятельность сочетается с выдавливанием, выжиманием вверх на поверхность лавы в вязком или затвердевшем состоянии. Среди вулканов этой группы наиболее распространены следующие типы извержений.

Пелейский тип извержения назван по наименованию вулкана Монтань-Пеле на острове Мартиника в группе Малых Антильских островов. Лава этого вулкана, богатая кремнеземом, обладает большой вязкостью, малой подвижностью и выдавливается из жерла вулкана в виде обелисков или куполов. Затвердевая, она образует пробку, которая в дальнейшем может быть разрушена взрывом. Катастрофическое извержение вулкана произошло в 1902 г. Сильным, направленным под углом газовым взрывом выбросило огромную раскаленную лавину, состоящую из высокотемпературных твердых частиц лавы, взвешенных в газе. Эта лавина, температура которой достигала 700°С, двинулась по склону горы со скоростью около 150—160 км/ч полностью уничтожила город Сен-Пьер сна - селением около 30 тыс, человек, расположенный в 10 км от вулкана. Через несколько месяцев после извержения из жерла вулкана начала постепенно выжиматься вязкая лава, образовавшая экструзивный обелиск высотой в несколько сотен метров. Последующее извержение в 1903 г. имело тот же характер — сочетание газово—взрывной деятельности и выдавливания густой лавы. Вулканический конус при пелейском типе извержений формируется преимущественно из твердых продуктов извержений (пепла, пемзы, обломков экструзивных куполов).

Кракатауский тип извержения выделен по названию вулкана на острове Кракатау, расположенного в Зондском проливе между островами Ява и Суматра. Этот остров представляет собой три сросшяхся вулкана, расположенных в обширной депрессии — кальдере. Катастрофическое газово-взрывное извержение в пределах этого вулкана произошло 27 августа 1883 г., которому предшествовали умеренные газовые взрывы в мае, июне, июле, и два довольно мощных взрыва 26 августа. Гигантский газовый взрыв 27 августа уничтожил 2 острова, и на этом месте образовалась большая подводная кальдера размером 6,4х7,2 км. Ее происхождение, по-видимому, связано не только со взрывом конуса, но и с проседанием поверхности, вызванным выбросом огромною количества вулканического материала в атмосферу. Газово-пепловое облако поднялось на высоту десятков километров, а звук этого гигантского взрыва был слышен на расстоянии 4000—5000 км. Было выброшено около 18 км3 твердых продуктов, а взрывная энергия оценивалась в 1026 эрг. В результате извержения возникли огромные волны (ц у н а м и), принесшие гибель 36 тыс. человек. Спустя 44 года вулканическая деятельность Кракатау возобновилась и внутри кальдеры вырос новый конус из лав.

III. Вулканы со смешанным типом извержения характеризуются чередованием эксплозивных (взрывных) проявлений и излияний лавы разного состава. Таким типом извержения обладают широко известные вулканы Италии — Везувий, Этна, Стромболи и многие вулканы Камчатки, Курильских и Японских островов, Южной Америки и др. Состав извергаемых этими вулканами лав различен — от основных до кислых. В этой категории выделяются следующие типы извержений.

Стромболианский тип извержения назван по вулкану Стромболи, поднимающемуся в Средиземном море до высоты более 900 м. Для этого вулкана характерны газовые взрывы и ритмичные выбросы продуктов извержения (бомбы, лапилли, шлаки — пористые, пузырчатые куски лавы, относительно мало пепла), падающих на склоны. Лава этого вулкана в сравнении с гавайскими более вязкая, менее подвижная, поэтому лавовые потоки, вытекающие из кратера, короче и толще. Умеренные извержения стромболианского типа иногда сменяются короткими периодами более мощной деятельности, когда газовыми взрывами на большую высоту выбрасываются бомбы и другие твердые продукты (в том числе много вулканического пепла), выпадаютщие на расстоянии нескольких километров от кратера.