ЯВИЩЕ МАГМАТИЗМУ НА ЗЕМЛІ.

План:

1. Магма, її склад та диференціація.

2. Інтрузивний магматизм.

3. Ефузивний магматизм.

4. Класифікація вулканів.

5. Поствулканічні явища.

6. Поширення вулканів.

7. Класифікація та застосування магматичних гірських

порід. Практичне значення вулканізму.

1.

«Магма, її склад та диференціація»

Магма (гр.- густа мазь) – природна розплавлена силікатна маса з домішкою летких речовин. Магма утворюється в глибинних зонах Землі (переважно в астеносфері). Її речовина, як правило, перебуває в стані рівноваги, але при різкому підвищення температури в окремих місцях можуть виникати магматичні осередки, які через розломи здатні проникати в ослаблені зони літосфери і, навіть, виходити на поверхню земної кори.

За хімічним складом магма є складним силікатним розчином, у якому головна роль належить кремнезему (SiO2). В ній також містяться оксиди таких металів, як: Al, Fe, Mg, K, Na та ін. Завдяки високому тиску магма вміщує в собі (до12%) газоподібні (леткі) сполуки – H2O; сполуки: сірки (SО2, H2S, SO3), вуглецю (CH4, CO, CO2), хлору (HCl), фтору (HF), бору та ін.

Сукупність геологічних процесів, у яких провідна роль належить магмі та її похідним називається МАГМАТИЗМОМ.

Виділяється 2 типи магматизму:

1.- інтрузивний (лат «intrusio» - вштовхую) – магма застигає в надрах Землі без виливу на її поверхню.

2.- ефузивний (лат «effusio» - розливаю) – магма виливається на земну поверхню.

У даний час більшість геологів притримуються гіпотези про існування двох первинних магм (базальтової та гранітної), висловленої ще у 1910 році російським вченим Левінсоном-Лесінгом.

Базальтова (основна) магма – має значне поширення, формується в астеносфері і є її найлегшою фракцією. Вона характеризується гарною текучістю. Вміст SiO2 в ній становить близько 50%. Крім того така магма містить у значній кількості Al, Fe, Mg, Сa.

Гранітна (кисла) магма – формується в земній корі на глибині 10-30 км, як наслідок переплавки осадових і метаморфічних гірських порід. У гранітній магмі вмістSiO2 становить 60-65%.

Слід відзначити, що деякі вчені припускають існування ще двох магм: ультраосновної (перідотітової - вмістSiO2 35-40%) та середньої (андезитової - вмістSiO2 52-65%).

Магма має температуру 700-1200ºС. Вона поділяється на 2 типи: важкий (багато Fe, Сa, Mg) і легкий (насичена Si і Al).

Під час магматичного процесу магма проходить кілька стадій:

1.- диференціація магми за часом кристалізації (а) високотемпературні мінерали (апатит, магнезит, хроміт), б) залізо-магнезійні мінерали (піроксен, олівін), в) польові шпати);

2.- гравітаційне фракціонування (ліквація, лат. «liguatio» - плавлення) – це фактично процес перегонки – у верхній частині магматичного розплаву проходить збагачення на SiO2 і збіднення на залізо-магнезійні сполуки;

3.- пегматитовий процес (гр. міцний зв’язок) – проходить при температурі 700-500ºС і високому тиску на глибині кількох кілометрів від поверхні Землі. Наслідком цього процесу є утворення мінералів із залишкового силікатного розплаву багатого на леткі компоненти, оскільки основна маса ( містить Fe, Сa, Mg та ін.) витрачається на формування мінералів на попередній магматичній стадії. На цій же стадії формуються кварц, польовий шпат, різні слюди, топаз, смарагд, берил та інші мінерали;

4.- пневматолітовий процес (гр. повітря) – проходить при температурі 500-350ºС. На цій стадії магми перегріті гази, що виділяються з неї при зниженні зовнішнього тиску розплаву проникають по тріщинах у вміщуючи їх породи і взаємодіють з останніми утворюючи нові мінерали (молібденіт, вольфраміт, каситерит);

5. – гідротермальний процес (гр. вода і тепло) – проходить при температурі 400-350ºС. Це кінцева стадія диференціації магматичного розплаву, на якій важлива роль належить гарячим водним розчинам. Вони взаємодіють з оточуючими породами і формують ряд нових мінералів (Au, Ag, HgS, кальцит, сфалерит, галеніт та ін.);

6. – асиміляція (лат. «assimilation» - уподібнення) – процес, що відбувається, коли магма піднімаючись взаємодіє з породами і переплавляючи їх змінює свій початковий склад;

7. – гібридизація (лат. «gibrida» - помісь, змішування) –утворення гірських порід при зміщуванні магм різного складу. Як правило, такі породи мають невпорядкований мінеральний склад.

2.

«Інтрузивний магматизм»

Інтрузивний магматизм – це процес проникнення магми в гранітно-метаморфічні або осадові товщі, які залягають вище. При цьому магма охолоджується, застигає і утворює різноманітні за формою тіла. Інтрузивні тіла відрізняються за глибиною залягання. Вони бувають глибинні (абісальні – гр. «безодня») та ніпівглибинні (гіпабісальні – гр. «над, безодня»).

До глибинних інтрузивних тіл належать:

1) БАТОЛІТИ (гр. «глибина») – великі за площею (понад 100 км²) тіла, довжиною сотні й тисячі кілометрів, а шириною 60-100 км. форма батолітів переважно овальна, ізометрична. При контакті батоліта з оточуючими породами проходить процес асиміляції і відбувається зміна їх первинного складу.

Щодо будови батолітів, то в центрі вони складені кислими породами (SiO2 - 65% і більше (граніти, гранодіорити)), а на периферії - середніми (SiO2 – (52-65%)).

2) БІСМАЛІТИ (гр. «корок») – інтрузивні тіла, що за формою нагадують пробки (конічні або циліндричні). Бісмаліти здатні піднімати осадові породи у вигляді куполів.

3) ШТОКИ (нім. «Stock» - палиця) – масиви магматичних порід площею від 100 до 200 км². Вони являють собою ізометричні (рівні) в плані тіла, витягнуті у вертикальному напрямі. Штоки часто утворюють куполоподібні виступи на верхній поверхні батолітів.

4) ЕТМОЛІТИ – тіла неправильної форми, які розширюються у верхній частині у вигляді лійки. Вони складені переважно основними породами (вміст SiO2 – (45-52%)).

Напівглибинні інтрузивні тіла бувають узгоджені танеузгоджені за умовами залягання з вміщуючими породами. Узгоджені (конкордантні – лат. «concordantis» ) – залягають між шарами вміщуючи їх гірських порід. Неузгоджені (дискордантні – лат. «discordantis») – перетинають вміщуючи їх гірські породи під різним кутом.

Узгоджені:

1) СІЛИ (пластові інтрузії) – утворюються при проникненні рідкої магми основного складу (вміст SiO2 – (45-52%)) вздовж площин нашарування осадових порід. Пластовими інтрузіями сіли називають через те, що вони залягають між пластами (прошарками) гірських порід і створюють перешарування магматичних та осадових порід. Потужність сілів може досягати сотень метрів. А поширені вони переважно в межах платформенних синекліз (напр. Тунгуська).

2) ЛАКОЛІТИ (гр. «яма») – форма залягання магматичних тіл у вигляді купола або гриба в при поверхневих верствах земної кори. інколи лаколіт виступає на поверхню як окрема гора (район Кавказьких Мінеральних вод – Магнітна, Змійка, Залізна, Машук). Важливим різновидом лаколітів є лаколіти краплі. Це магматичні діапіри (гр. «протикаю») грушоподібної форми (Аюдаг, Кастель).

3) ЛОПОЛІТИ (гр. «блюдце») – чашоподібне міжпластове інтрузивне тіло. Утворюється під час просідання підстилаючих порід під вагою магми (Коростенський, Корсунь-Новомиргородський плутони та ін.). Лополіти займають великі площі (десятки тисяч кілометрів) і часто зустрічаються на тектонічних платформах.

4) ДАЙКИ (англ. «dike, dyke» - перегородка, стінка з каменю) – це плитоподібні тіла різної товщини (від кількох до сотень метрів) довжиною від десятків до сотень кілометрів. Вони утворюються при заповненні магмою тріщин у породах і можуть бути вертикальними, похилими або кільцевими. У складі дайок зустрічаються гірські породи від ультра основних до кислих.

5) ФАКОЛІТИ (гр. - соцевиця) – лінзоподібні інтрузивні тіла, що розміщуються у верствах осадових порід. Розмір факолітів невеликий, а зустрічаються вони переважно в складчастих областях.

6) НЕКИ (англ. «neck» - шия) – трубоподібні (циліндричні) інтрузивні тіла, які є підвідними каналами, що сполучають магматичні осередки з кратерами вулканів. Їх діаметр може становити від кількох метрів до 1-2 км.

7) ЖИЛИ – інтрузивні тіла неправильної, звивистої з відгалуженнями форми. Їх стінки нерівні, часто з розгалуженнями й переплетенням.

8) ЛАВОВІ ОБЕЛІСКИ – сформовані лавою, що застигла в жерлі вулкана і є більш стійкою до процесів руйнування ніж оточуючі породи.

9) ЛАВОВІ КУПОЛИ – утворюються, коли лава, проникаючи на поверхню через осадові породи, зупиняється зовсім близько від поверхні і при активізації процесів ерозії, виходять на денну поверхню.

3.

«Ефузивний магматизм»

ЕФУЗИВНИЙ МАГМАТИЗМ – це магматичні процеси, які відбуваються на поверхні Землі. Його часто називають ВУЛКАНІЗМОМ (від лат. «Vulcanus» - бог вогню).

У вулканічному процесі існує 3 стадії:

1.- субвулканічна – в астеносфері виникають найсприятливіші умови для утворення магми;

2.- головна – безпосереднє виверження;

3.- поствулканічна – настає після виверження.

Магма виливаючись на поверхню утворює ЛАВУ (італ. «lava» - рідка). Лава може виливатись як через вулканічні кратери, так і через тріщини. В другому випадку лава формує великі покриви (плато). Подібні виверження характерні для Ісландії та ряду островів Океанії. Під час невеликих вивержень лава утворює базальтові покриви.

Слід відзначити, що інколи виливи базальтової лави супроводжуються вибухами. Вулкани, де таке явище має місце називають ЕКСПЛОЗИВНИМИ (фр «explosion» - вибух). В результаті вибухів утворюються експлозивні тріщини різної глибини залягання і різних напрямків простягання.

При виверженні вулканів центрального типу, лава майже виключно виходить на поверхню через жерло. У будові вулкана центрального типу виділяють наступні елементи:

1) магматичний осередок;

2) жерло;

3) кратер (закінчення жерла);

4) кальдера (ісп. «caldera» -

великий котел);

5) конус;

6) побічні (паразитичні) жерла;

7) сомма – дугоподібний вал

кальдери;

8) лавовий потік;

9) атріо (лат. «atrium» -

темний, внутрішній двір) –

улоговина між соммою і

конусом.

ПРОДУКТИ ВУЛКАНІЧНИХ ВИВЕРЖЕНЬ:

1) РІДКІ. До них належать лави різного складу, які відрізняються від магми вмістом розчинених газів. За хімічним складом (в основному вміст SiO2) лави поділяються на: кислі (SiO2 > 65%), середні (SiO2 – (65-52%)), основні (SiO2 – (52-45%)) та ультра основні (SiO2 < 45%).

Найбільш поширеною на Землі є основна базальтова лава переважно темного забарвлення (SiO2 приблизно 52%) з температурою на виході близько 1200ºС. Така лава володіє низькою в’язкістю і, як наслідок, високою рухомістю. Вона утворює потоки й покриви.

Середні й кислі лави мають високу в’язкість і низьку текучість, що часто призводить до закупорювання кратерів і зумовлює вибухи. Температура таких лав 800-1000ºС. Майже всі катастрофічні для людей виверження пов’язані саме з середніми та кислими лавами.

2) ТВЕРДІ. За розміром поділяються на 5 типів:

- вулканічний попіл – найдрібніші гострокутні уламки пемзи, вулканічного скла та ін. мінералів розміром до 0.1 мм (їх можна розрізняти лише під мікроскопом);

- вулканічний пісок – дрібні частинки (попіл, пил, пісок) діаметром від 0.1 до 2 мм сірого, білого, жовтого і червоного кольорів. Осідаючи й ущільнюючись пісок, попіл і пил формують вулканічний ТУФ – зцементований твердий продукт. Слід відзначити, що на суходолі формуються туфи, а в океанах туфіти;

- вулканічні уламки (лапілі – лат. «lapillus» - камінець ) діаметром 1-3 см;

- вулканічні бомби – уламки лави викинуті вгору в розжареному стані й округлені в польоті до сферичної або веретеноподібної форми діаметром від кількох сантиметрів до кількох метрів;

- вулканічні брили – великі згустки лави об’ємом 10-25 м³ і вагою до 70 т, що викидаються під час виверження.

Весь твердий уламковий матеріал, що викидається з вулканів у геологічній літературі прийнято називати ПІРОКЛАСТИЧНИМ(гр. вогонь і уламок).

3) ГАЗОПОДІБНІ ПРОДУКТИ вулканічних вивержень (фумароли – лат. «fumus» - дим) мають дуже різноманітний склад газів. Виділяються наступні їх види:

- сухі фумароли – мають температуру 650-1000ºС і складені фтористо-хлористими сполуками без води;

- кислі фумароли - мають температуру 400-650ºС і представлені головним чином HCl, SO2, H2S, H2O;

- лужні фумароли (їх часто називають аміачними) - мають температуру 200-400ºС. Це головним чином аміачні солі, аміак (NH4) та вода (H2O);

- сірчисті фумароли (сольфатари (італ. «solfatare» - сірка)) - мають температуру 100-300ºС і представлені головним чином H2S, SO2, СО2, H2O, N2, NH4;

- вуглекислі фумароли (мофети (італ. «mofeta»)) - мають температуру до 100ºС і представлені головним чином SO2, H2S, H2O.

4.

«Класифікація вулканів»

За формою вулканічної споруди (за зовнішнім виглядом) вулкани бувають: 1) КОНІЧНІ (центрального типу); 2) ЩИТОВІта 3) ПОКРИВНІ.

За характером вивержень ще на початку ХХ ст. (1908 р) французький геолог Ж. Лакруа виділяв 4 типи вулканів: 1) Гавайський. 2) Стромболіанський, 3) Етно-Везувіанський (Вулканський), 4) Пелейський.

Дана класифікація зі змінами та доповненнями використовується і в наш час. Хоча зараз за характером виверження виділяють 3 типи вулканів:

- ефузивні (лавові);

- експлозивні (газово-вибухові);

- змішані (пірокластичні) – газово-вибухово-лавові.

Ефузивні характеризуються тим, що їх виверження супроводжуються землетрусами різної бальності, а температура лави становить близько 1200ºС. Саме ж виверження може бути досить тривалим за часом (напр. Мауна Лоа (Гавайські о-ви) безперервно вивергає лаву більш як 10 місяців).

До цього типу належать вулкани Гавайських о-вів (Мауна Лоа, Мауна Кеа, Кілауеа), Самоа, Туамоту, Нової Зеландії, Ісландії (Гекла, Аск’я, Лакі), Нірагонго на сході Африки та ін. Характерною особливістю ісландських вулканів є той факт, що в них магма виливається головним чином через тріщини. За формою вулканічних споруд ісландські вулкани є покривними, а гавайські – щитовими.

Необхідно пам’ятати, що на нашій планеті є наземні й підводні ефузивні вулкани. Підводні зустрічаються переважно в Тихому, рідше Атлантичному океанах і в Червоному морі.

Експлозивні вулкани мають конічну форму з пологими схилами, часто з утворенням на місці кратера лавового обеліска. До вулканів цього типу належать: Кракатау (Зондська протока (о-ви Ява та Суматра)) та ряд інших вулканів Індонезії, Мон-Пеле (о-ів Мартініка), Бандай (о. Хонсю – вибухи викликає водяна пара). Серед продуктів вивержень експлозивних вулканів домінують гази, попіл, лапілі та бомби.

Магматичні осередки таких вулканів залягають дуже глибоко і магма часто не досягає поверхні. Це призводить до закупорки кратера і катастрофічних вибухів. Так, 8 травня 1902 р внаслідок вибуху вулкана Мон-Пеле знищено місто Сен-П’єр із населенням у 30 тисяч мешканців, а 26 серпня 1883 року потужний вибух, відлуння якого було зафіксовано в Австралії, знищив 2 конуси Кракатау.

З експлозивним вулканізмом пов’язане формування маарів (нім. - кратер згаслого вулкана) – переважно циліндричних западин на земній поверхні, утворених внаслідок вулканічних вивержень без витоку магми. Слід відзначити також, що експлозивний вулканізм у докембрії став однією з причин виникнення алмазоносних кімберлітових трубок, адже магма проходячи через вулканічні канали - діатреми (гр. - дірка) часто застигала, внаслідок чого й формувалися подібні утворення.

Змішане виверження характерне для вулканів Стромболіанського та Етно-Везувіанського типів (згідно класифікації Ж. Лакруа). За формою вони є вулканами центрального типу (конічними) і відрізняються між собою за кількістю побічних (паразитичних) жерл (у вулканів Етно-Везувіанського типу їх може бути 3, 4, 5 і навіть більше).

Стромболіанський тип (Ліпарські о-ви) характеризується температурою лави близько 1000-1100ºС і меншою її текучістю ніж у вулканів ефузивного типу. Найяскравішим прикладом такого типу вулканів є СТРОМБОЛІ («маяк Середземного моря»). Він діє постійно і для нього характерними є викиди розпечених уламків лави, що супроводжуються білою хмарою пари. Спочатку згустки у вигляді бомб і лапілів осипають схили, а потім вивергається лава, повільно стікаючи по схилах вулкану. Цей процес повторюється через певний період часу.

Етно-Везувіанський тип (Везувій (Неаполь), Етна (Сицилія), Камчатка (Ключевська сопка, Авачинська сопка, Плоский Толбачек та ін.), вулкани Курильських о-вів, Фудзіяма). Температура лави таких вулканів становить близько 1000ºС.

Вміст SiO2 в лаві вулканів цього типу вищий ніж у Стромболі. Через це, вона ще в’язкіша й часто закупорює жерло, що призводить до сильних вибухів, коли у верхню частину жерла прориваються гази. Саме велика кількість газів зумовлює викидання попелу, пісків, лапілів і бомб на значну висоту, а вже потім починається виверження лави.

5.

«Поствулканічні явища»

Затухання активної вулканічної діяльності характеризується: 1) виділенням газів, 2) утворенням гейзерів, 3) гарячих і сильно мінералізованих джерел (терм), 4) грязьових вулканів.

- Виділення газів (фумарольна стадія) може тривати тривалий період часу (навіть сотні років).

- Гейзери (ісл. «geysir» - линути, хлинути) – періодично діючі фонтануючі джерела. Це характерна особливість поствулканічної стадії. Принцип дії гейзера: в товщі гірської породи розміщений резервуар заповнений водою. Від нього до поверхні веде канал, який закінчується невисоким конусом з отвором – грифоном. Нагріваючись вода закипає і пара, піднімаючись по каналу, виривається на поверхню та утворює фонтан. Висота фонтанів може бути різна (Йєллоустон – 50 м (tº= 95ºС, періодичність – (10 хвилин на 5.5 годин)).

Гейзери зустрічаються: Ісландія, Нова Зеландія, Камчатка (Долина гейзерів), США.

- Терми (лат. «thermae» - тепло) – постіно діючі гарячі джерела зтемпературою води від 70 до 100ºС. Вони виносять багато SiO2, який, відкладаючись навколо джерела, утворює кремнистий туф (він може формувати невисокий конус).

У тих джерелах, які збагачені вуглекислим кальцієм (CaCo3), утворюється вапняковий туф (італ. «travertino»). Багато джерел збагачені мінеральними сполуками і мають лікувальні властивості. На базі таких джерел побудовано курорти (Карлові Вари, Сечень (Будапешт), Паратунка (Камчатка) та ін.).

- Грязьові вулкани – їх конуси невеликі, складені засохлою гряззю і мають висоту 1, 2, 3 м. Лише в окремих випадках вони досягають висоти 400м. Кратери грязьових вулканів мають діаметр кілька десятків сантиметрів. Температура грязі становить близько 80-90ºС. Грязьові потоки можуть досягати десятки метрів у довжину. Виверження грязі проходить загалом спокійно, але інколи утворюються невеликі фонтанчики.

Дуже часто грязьові вулкани бувають прив’язаними до нафтогазоносних районів, оскільки там є в надрах багато вуглеводневих газів під високим тиском і мають місце. водонасичені та глинисті породи.

Зустрічаються грязьові вулкани на Керченському п-ві, Сахаліні (до 400 м), Камчатці, Курильських о-вах, п-ві Апшерон (200 шт), Сицилії, Туркменістані та інших районах планети.

6.

«Поширення вулканів»

За різними даними на Землі існує від 500 до 1000 діючих вулканів, з них 200 знаходяться в стадії затухання. Більшість вулканів концентрується на межах літосферних плит.

Загалом на планеті існує 3 великі вулканічні пояси і 1 малий:

1) Тихоокеанський (найбільший) – розташований по периферії Тихого океану. Його ще називають «Вогняним кільцем». Тут нараховується 340-370 діючих вулканів. Вулканізм та землетруси у цьому поясі прив’язані до зон глибинних розломів.

За характером виверження більшість вулканів цього поясу належать до змішаного та експлозивного типів.

2) Середземноморсько-Індонезійський пояс нараховує близько 150 вулканів. Більшість їх сконцентрована в Індонезії та Середземному морі, а загалом пояс охоплює територію Середземномор’я, Балкан, Карпат, Кавказу, Ірану, Афганістану, Гімалаїв, Тибету, Індокитаю, Малакки та Індонезії.

Найвідомішими діючими вулканами цього поясу є: Везувій, Етна, Вулькано, Стром болі, Сантонін, Кракатау, Тамбора.

Найвідомішими ж згаслими вулканами є: Вулканічний хребет у Карпатах, Арарат, Арагац, Ельбрус, Казбек, Карадаг (Крим).

За характером виверження вулкани цього поясу належать до змішаного та експлозивного типів.

3) Атлантичний пояс витягнутий вздовж серединно-океанічного хребта в Атлантичному океані у меридіональному напрямку. Вулканізм тут пов'язаний з рифтовою зоною серединно-океанічного хребта. Більшість наземних вулканів розміщені в цьому поясі в Ісландії, на Азорських о-вах, а також на о. Св. Олени та архіпелазі Трістан-да-Кунья.

Малий (Східно-Африканський) пояс приурочений до Східно-Африканського континентального рифту. До нього належать вулкани Червоного моря, Кенія, Меру, Кіліманджаро, Нгогонгоро.

Ці вулкани за характером виверження належать до ефузивного типу.

Крім розглянутих вулканічних поясів є ще позапоясні вулкани: Африка (Камерун, Тібесті, Ахаггар); о-ви Індійського океану (Маврикій, Реюньон); згаслі вулкани Сибіру, Забайкалля, Прибайкалля; численні вулкани Тихого океану (Гаваї, о-ви Кука, Туамоту та ін.), о-ви Зеленого Мису.

7.