» » Магма

Магма

30.07.2016

Магма [греч. «магма» — месиво, тесто I представляет собой силикатный расплав, образующийся в геологически активных частях земной коры и верхней мантии. При благоприятных условиях она перемещается в верхние горизонты земной коры вплоть до излияния на земную поверхность. В результате застывания магмы образуются интрузивные и эффузивные тела, сложенные различными горными породами.
Магму и магматическое породообразован не можно наблюдать на вулканах, изучением которых занимается специальная наука — вулканология. Эта наука изучает не только важные научно-прикладные проблемы (закономерности образования и размещения полезных ископаемых вулканического происхождения, использование огромных запасов подземного тепла, главным образом для получения электроэнергии, прогноз извержений вулканов и землетрясений, освоение минеральных ресурсов дна морей и океанов), но и решает фундаментальные научные проблемы, связанные с развитием Земли и других планет.
Действующие вулканы известны в Италии, Японии, Исландии, США, Советском Союзе и других местах. В России они имеются на Камчатке и Курильских островах; к действующим можно отнести и Эльбрус на северном склоне Большого Кавказа, вершина которого временами «курится».
В период с 1964 по 1975 г., по данным С.А. Федотова и Ю.М. Дубика, на Камчатке и Курилах вулканические пароксизмы проявлялись в такой последовательности.
1964 г. — произошло катастрофическое извержение вулкана Шивелуч, продолжавшееся всего I ч. Энергия взрыва была эквивалентна взрыву водородной бомбы средней мощности. Вся верхняя часть вулкана объемом 2 км3 была раздроблена и переброшена на расстояние до 12 км; на ее месте образовался новый кратер диаметром более 2 км; живописные прежде южные склоны вулкана были превращены в каменную пустыню площадью 150 км2. Это было одно из самых мощных извержений XX пека.
1965 г. — извержение вулкана Безымянного, Купол, медленно росший в кратере с 1956 г., достиг к этому времени 700-метровой высоты. 10 марта над куполом поднялась газово-пепловая туча. Пепел был выброшен на высоту до 8 км и затем выпал на площади 30 000 км2. С купола по прилегающим долинам устремились вниз разрушительные пирокластические потоки.
Подобные потоки — одно из наиболее опасных явлений на действующих вулканах. Выделяющиеся из лавы газы превращают застывающий расплав в газово-пепловую смесь, имеющую температуру около 800° С и отличающуюся чрезвычайной подвижностью. Скорость этих потоков достигает 150 км/ч.
1966 г. — на северном склоне Ключевской сопки произошел прорыв побочных кратеров. В течение трех месяцев лава по трещине в конусе вулкана изливалась на поверхность, образуя новый побочный вулкан и лавовый поток, который к концу извержения достиг объема 100 млн. м3 и продвинулся на 11 км от центра извержения.
1970 г. — вновь активизировался Карымский вулкан. Пепловая туча, взметнувшаяся на 6 км, была отнесена ветром в сторону океана. В первые дни извержения на склоны вулкана из вершины кратера излился лавовый поток. В течение трех лет после этого над кратером каждые полтора-два часа поднимался темно-серый «гриб» пеплового взрыва.
1972 г. — огненные фонтаны вулканических бомб поднялись над новым побочным конусом вулкана Алаид. В течение трех месяцев лавовый поток шаг за шагом отвоевывал пространство у Охотского моря, образуя новый мыс на о. Атласова.
1973 г. — жители Южных Курил и рыбаки, промышлявшие в этом районе, стали свидетелями извержения вулкана Тятя. На северном и южном склонах вулкана появились новые взрывные кратеры. За две недели извержения 200 млн. м3 пепла выпало в окрестностях вулкана.
1974 г. — на юго-западном склоне Ключевской сопки началось извержение побочного вулкана. На высоте 3600 м образовался новый кратер, а ниже по склону, в районе истока ледника Богдановича образовался лавовый поток.
1975 г. — в конце нюня южнее вулкана Плоский Толбачик началась большая серия землетрясений, а 2 июля произошло самое сильное землетрясение из известных в жизни вулканов Ключевской группы, 6 июля в 18 км южнее Плоского Толбачика началось извержение, названное Большим трещинным Толбачикским извержением (рис. 1), время которого было правильно предсказано П.И. Токаревым. Оно закончилось 10 декабря 1975 г. Это было крупнейшее из известных науке базальтовых извержений в Курило-Камчатском поясе. Активная зона вулканизма простиралась на 30 км от вершины Плоского Толбачика через Северный прорыв. В результате этого извержения возникли четыре новых моногенных вулкана (шлаковые конусы высотой до 340 м), раскаленная туча поднималась на высоту более 13 км, из вулканических аппаратов текла лава базальтового состава (лавовые реки или потоки), возникли лавовые покровы площадью около 40 км2 и мощностью около 80 м. На вершине Плоского Толбачика образовался провал — новая вершинная кальдера диаметром 1700 м и глубиной более 0,5 км. Возникший здесь первый и самый крупный из новых конусов был назван в память крупнейшего вулканолога Георгия Степановича Горшкова вулканом Горшкова.
Магма

Наиболее катастрофическое из известных в истории человечества извержение произошло в 1470 г. до нашей эры на о. Тира в Эгейском море. Взлетел в воздух вулкан объемом вулканического материала в 80 млрд. м3. Катастрофа распространилась на много десятков километров и за несколько минут уничтожила критоминойскую цивилизацию в восточной части Средиземного моря. По мнению известного французского вулканолога Гаруна Тазиева, при современной концентрации в этой части Средиземноморья населения, промышленных предприятий и курортов такой взрыв вулкана вызвал бы гибель миллионов людей и опустошения, превосходящие последствия атомных взрывов в Хиросиме и Нагасаки. Даже катастрофы меньшего масштаба, какими являются извержение Тамбора в 1815 г. в Зондском архипелаге, стоившее 10000 жизней, или извержение вулкана Кракатау, происшедшее 70 лет спустя в Индонезии, повлекшее за собой 40000 человеческих жертв, — в наши дни были бы намного страшнее. Считавшаяся «спящей» гора Ламингтон в Новой Гвинее в результате внезапного пробуждения в 1950 г, убила 5000 человек.
Известно, что при извержении и ныне действующего вулкана Везувия в 79 г. до нашей эры под мощным раскаленным слоем пепла были похоронены города древней цивилизации — Помпея, Геркуланум и Стибия.
Одно из самых грандиозных и губительных извержений произошло 8 мая 1902 г. на о. Мартиника (Малые Антильские острова), называемое «французской катастрофой». Вулкан Мон-Пеле, расположенный на северном конце острова, выбросил огромную раскаленную тучу из газов, переполненную тонким пеплом и крупным твердым материалом. Ho вместо того чтобы взлететь вверх, как это обычно наблюдается на других вулканах, туча устремилась вниз и с необычайной быстротой скатилась по склону, распространяя смерть и опустошение на своем пути. Город Сент-Пьер, расположенный у подножия вулкана, на берегу моря, был полностью уничтожен раскаленной тучей в течение нескольких минут. Дома были сожжены и исковерканы, а 29 тысяч жителей города — удушены и сожжены. Свидетелями этого губительного извержения остались люди, живущие в тех окрестностях вулкана, которых не коснулась смертоносная туча. В 1929 и 1930 гг. извержение вулкана Мон-Пеле повторилось. Такие же раскаленные тучи скатывались по склонам, но на этот раз человеческих жертв не было.
О масштабе разрушений и жертв можно судить по следующим цифрам: по данным П.И. Токарева, в период с 1500 по 1970 г. на земном шаре погибло при извержениях вулканов около 240 тысяч человек, что составляет в среднем около 400 человек в год. Большое число человеческих жертв объясняется еще и тем, что в странах, где происходили извержения, поселки и города располагались, как правило, на склонах вулканов или непосредственно у их подножий.
Извержения вулканов — это мощные природные явления, и предотвратить их невозможно. Ho познав их природу, люди в какой-то мере смогут их предсказать и тем самым смягчить их катастрофические последствия.
Прогноз извержения дается в двух вариантах: 1) долгосрочный прогноз активности вулканов и вулканической опасности и 2) краткосрочный прогноз места, энергии, времени и опасности извержения.
Долгосрочный прогноз, по П.И. Токареву, базируется на анализе прошлых извержений вулкана как по данным об извержениях в историческое время, так и по геологическим данным. Он определяет вероятность извержений в отдельные интервалы времени, вероятное место извержения, количество материала и энергии, характер извержения, области отложений различных продуктов извержений и дает оценку опасности прилегающей к вулкану территории (вулканическое районирование).
Краткосрочный прогноз извержений основывается на анализе возрастания давления в магматическом очаге и выводном канале вулкана. Возрастание давления в выводном канале вызывает напряжения и деформации в окружающих его горных породах, изменение их физических свойств. К наиболее характерным явлениям, предваряющим извержения, относятся вулканические землетрясения, деформации земной поверхности, изменения магнитного, электрического и гравитационного полей, изменения температуры и состава фумарольных газов и др. Эти явления могут быть зафиксированы точными приборами. Установив закономерности связи явлений, предваряющих извержения, с деятельностью вулкана и ведя непрерывные наблюдения за ними, можно представить время, место и энергию извержения и оценить его опасность.
Как правило, предваряющие явления особенно интенсивны перед сильными извержениями. Непрерывные наблюдения за сейсмическим режимом в районе Ключевской группы вулканов позволили предвидеть умеренные извержения вулкана Безымянного в 1959, 1960 и 1961 гг., а также гигантское извержение вулкана Шивелуч в 1964 г. Работы, выполненные по изучению концентрации радона в источниках вблизи вулкана Карымского, указывают на перспективность использования этого метода для прогноза извержения. Перспективен и метод, основанный на наблюдениях за деформациями земной поверхности в районе вулкана.
Извержения вулканов являются не только разрушающими, но и созидающими процессами. М.М. Василевский отмечает, что основным результатом изучения этих грозных явлений, помимо возможностей их прогнозирования и разработки мер защиты от них, явилось сознание того, что вулканы несут не только ужас и гибель — они созидают Землю. Они выражают общий геологический процесс развития нашей планеты, поставляя на поверхность вещество и энергию ее глубин. Полагают, что вулканическое происхождение имеют атмосфера Земли и воды Мирового океана, их минеральные богатства.
За последние 60—70 лет изучены законы распределения вулканов на поверхности Земли: выявлены протяженные пояса вулканизма, своеобразные «огненные кольца» планеты, которые располагаются вдоль глубинных разломов в земной коре (рифтов), связанных с островными цепями Мирового океана и горными окраинами континентов. Огромные поля вулканических пород покрывают ложе Мирового океана. Установлены и древние вулканические пояса, пересекавшие земную поверхность десятки и сотни миллионов и даже миллиардов лет назад.
Единого мнения о причинах возникновения (генерации) магмы пока еще нет. Считается, что магмы ультраосновного и основного состава зарождаются в верхней мантии и базальтовом слое Земли, а кремнекислотные — в гранито-метаморфитовом слое земной коры. Кроме того, полагают, что кремнекислотная (гранитоидная) магма является продуктом дифференциации мантийного вещества. Высказано также мнение о возникновении гранитоидной магмы в результате дифференциации глубинных трахибазальтов и трахиандезитов в зонах тектоно-магматической активизации. Что касается так называемых анатектических [греч. «ана» — вверх, в высшей степени, «тэксис» — расплавление] гранитоидов, то их возникновение допустимо лишь после образования протогранитоидов [греч. «протос» — первый], образованных в результате сложных аллохимических метаморфических (метасоматических) процессов, берущих свое начало в мантии Земли.
Температура излившейся магмы (лавы) от 900 до 1200° С, редко до 1350° С, интрузивной магмы — от 700 до 1100° С, иногда несколько выше.
Причины подъема магмы пока не совсем ясны. Для передвижения возникшей в недрах Земли магмы необходимо заложение магмаподводящего канала, т. е. образование трещины (разлома) в земной коре, достигающей магматического очага. Сильно возросшее в результате возникновения расплава давление разрешается подъемом магмы вдоль разлома. Другой причиной всплывания магмы кверху, по-видимому, является разность плотностей контактирующих веществ. Рамберг считает, что гранитный расплав при нормальных условиях давления будет иметь плотность, равную 2,4 г/см3, а вмещающие породы — около 2,8 г/см3. При этом возможная скорость движения гранитной магмы, вычисленная путем моделирования, 30 км за 150 тыс. лет.
Французский ученый А. Бло в результате сейсмологических наблюдений над вулканами Новых Гебридских островов, Японии и Южной Италии до их активности пришел к заключению, что землетрясения начинаются задолго до начала вулканических извержений и что с течением времени происходит постепенное передвижение вверх гипоцентра сейсмических процессов вплоть до поверхности Земли, что и является началом извержения. По мнению упомянутого исследователя, скорость подъема магмы довольно постоянна и для глубинных землетрясений составляет 1,8 км/день. Для землетрясений малых глубин в зоне действующих вулканов предельная скорость передвижения магмы 0,9 км/день.
Остывание излившейся лавы происходит довольно медленно: наблюдения показывают, что лавовый поток значительного размера остывает приблизительно 10 лет. Так, пепел, выброшенный вулканом Катамаи, обеспечивал в течение нескольких лет деятельность нескольких тысяч фумарол, что дало название этой местности «Долина Десяти Тысяч Дымов».
По данным Е.С. Ларсена, производившего в 1945 г. расчет скорости остывания интрузивных тел после внедрения магмы, образовавшийся близ поверхности силл мощностью 100 м остывает примерно 100 лет, а крутопадающее цилиндрическое тело, находящееся на глубине 5 км в продолжение примерно 1 млн, лет, может потерять только лишь 1/5 часть своего первоначального пепла.