Эффузивный магматизм (вулканизм)

Вулканизм или эффузивный магматизм – это явление, возникающее в результате излияния магмы на поверхность Земли. Выражается вулканизм в образовании на поверхности Земли вулканов[16]. Вулканы делятся на три категории: действующие, уснувшие и потухшие.

К действующим вулканам относятся вулканы, извергавшиеся хотя бы один раз на памяти людей, т.е. в историческое время, а также вулканы, об извержениях которых нет сведений, но они сегодня выделяют горячие газы и воды. К уснувшим относят вулканы не извергавшиеся в историческое время, но хорошо сохранившие свою конусовидную форму, под которыми происходят локальные землетрясения. Потухшими считаются вулканы, форма которых сильно разрушена в результате действия природных процессов и временного фактора, и не проявляющие никакой вулканической активности.

К поверхности Земли магма поднимается либо по трещинам (разломам), либо по трубообразным каналам на пересечении разломов. В зависимости от этого выделяются вулканы трещинного и центрального типов. Вулканы трещинного типа распространены, в основном, в океане. Почти все горные сооружения на дне океана имеют вулканическое происхождение.

На суше имеется только один действующий вулкан трещинного типа, расположенный на о. Исландия. Изливаясь из трещины и застывая, магма создает лавовые покровы, занимающие на поверхности большие площади. В прошлые геологические периоды трещинные вулканы имели довольно большое распространение на суше. Например, базальтовые лавовые покровы образуют плато Декан на п-ове Индостан, плато Путорана на Среднесибирском плоскогорье. Известны лавовые покровы в Северной и Южной Америке, на юге Африки, в Австралии.

Вулканы центрального типа широко распространены на суше, где насчитывается более 650 только действующих вулканов. Верхняя часть подводящего канала в таких вулканах называется жерло. Неоднократные извержения приводят к образованию над жерлом, обычно, конусовидной горы, сложенной слоями эффузивных (вулканогенных) пород. Поэтому их еще называют стратовулканами, т.е. слоистыми вулканами. Слоистость образуется за счет наложения друг на друга разновозрастных продуктов извержений. На вершине горы образуется воронкообразное углубление, называемое кратером.

Извергающиеся из кратера лавы имеют разнообразный химический состав и различаются по своим физическим свойствам, например по вязкости, от которой зависит текучесть лавы. В зависимости от вязкости лавы образуются различные формы вулканов центрального типа. В случае малой вязкости лавы происходит ее быстрое растекание и тогда образуется щитообразная форма. Вулканы такой формы называются щитовыми вулканами. Если лава обладает средней вязкостью, то над жерлом возникает классическая конусообразная форма. Такие вулканы называются конусовидными. Лавы с высокой вязкостью медленно выдавливаются из жерла, образуя над ним форму в виде купола или обелиска. В этом случае вулканы называют купольными.

Кроме жидкой лавы при извержениях выбрасывается большое количество ядовитых газов (HCl, HF, H₂S, CO, CO₂, H₂ и др.), паров воды и твердых продуктов в виде вулканического пепла и вулканических бомб. Вулканический пепел представляет собой застывшие мельчайшие брызги лавы алевритовой и песчаной размерности, выбрасываемые извергающимися газами на большую высоту (до 10 км). Он может переноситься на большие расстояния. Так, например, при извержении в 1956 г. вулкана Безымянный на Камчатке вулканический пепел достиг Англии. Вулканические бомбы представляют собой выброшенные во время извержения сгустки (комки) лавы, принявшие во время полета ту или иную форму.

Из вулканического пепла и вулканических бомб образуются вулканогенно-обломочные или пирокластические породы, которые разделяются на рыхлые и сцементированные. Скопления вулканического пепла и вулканических бомб образуют соответственно сцементированные вулканические туфы и вулканические брекчии или промежуточные породы – туфобрекчии. Кроме этого, вулканогенно-обломочные породы подразделяются на грубообломочные (>10 мм), крупнообломочные (2 - 10 мм), среднеобломочные (0,1 - 2 мм), мелкообломочные (0,01 - 0,1 мм) и тонкообломочные (< 0,01 мм).

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое вулканизм?
2. На какие категории делятся вулканы?
3. По каким признакам выделяются действующие, уснувшие и потухшие вулканы?
4. Какие типы вулканов существуют?
5. Что образует лава, изливающаяся из трещинного вулкана?
6. Сколько действующих вулканов центрального типа насчитывается на Земле?
7. Что такое жерло, кратер?
8. Как различаются лавы по вязкости?
9. Какие бывают формы вулканов центрального типа и отчего они зависят?
10. Что выбрасывается помимо лавы при вулканических извержениях?
11. Что представляет собой вулканический пепел?
12. Что представляют собой вулканические бомбы?
13. Как называются породы, образующиеся из вулканического пепла и вулканических бомб?
14. Из чего образуются вулканические туфы и вулканические брекчии?

Землетрясения

Землетрясения – колебания земной поверхности, вызванные подземными толчками, ударами в результате тектонических движений масс (блоков) в литосфере с образованием разрывов (разломов). Область возникновения подземного удара называется очагом землетрясения. Центр очага землетрясений называется фокусом или гипоцентром. Очаги землетрясений возникают на различных глубинах, большая их часть расположена в нижней части земной коры на глубине 20-30 км. Но существуют очаги землетрясений, фокус которых располагается на больших глубинах порядка 600-700 км, т.е. в верхней мантии. Такие землетрясения называются глубокофокусными. Проекция фокуса землетрясения на поверхность Земли называется эпицентром землетрясения.

Расходящиеся от очага сейсмические волны, достигая поверхности Земли, вызывают ее колебания, т.е. производят собственно землетрясение. При сильных землетрясениях на земной поверхности происходит образование трещин, оползней, а также разрушение зданий, мостов, линий электропередачи и других сооружений, в результате чего гибнут люди. Самые сильные разрушения наблюдаются в эпицентре землетрясений.

Ежегодно на Земле происходит до миллиона землетрясений, но подавляющая часть настолько слабые, что регистрируются только приборами (сейсмографами), а люди их практически не ощущают. Но почти каждый год происходит до 20 сильных землетрясений. Из катастрофических землетрясений второй половины ХХ века, повлекших за собой гибель большого числа людей, можно назвать Ашхабадское (1948), Чилийское (1960), Иранское (1962), в Мехико (1985), Армянское (1988). Интенсивность землетрясений зависит от глубины залегания их фокусов. В сейсмически опасных районах создаются сейсмические службы наблюдения, в задачу которых входит слежение за сейсмической обстановкой и предсказание землетрясений.

Сила (интенсивность) землетрясений обычно определяется в баллах по 12-бальной шкале Рихтера на основании производимых ими деформаций земной поверхности и разрушений построек. Более точно сила землетрясений определяется на сейсмических станциях, где высчитывается их магнитуда – условная величина, характеризующая общую энергию сейсмических волн. По интенсивности землетрясений производится оценка сейсмичности территорий, и составляются сейсмические карты. В сейсмоопасных районах здания строятся по специальной технологии, увеличивающей их прочность.

Землетрясения также может вызывать деятельность людей. Создание водохранилищ, огромных карьеров, строительство крупных городов изменяют нагрузку и напряжение горных пород в земной коре, что приводит к слабым локальным, но землетрясениям. Например, такие локальные землетрясения давно замечены при создании крупных водохранилищ.

Вулканизм и землетрясения связаны друг с другом. Почти всегда при извержениях вулканов происходят слабые землетрясения. Как землетрясения, так и вулканизм приурочены, в основном, к подвижным зонам литосферы (геосинклинальным зонам, границам литосферных плит, рифтовым зонам). В пределах стабильных участков литосферы (платформ) землетрясения обычно редки и слабой интенсивности, а вулканизм отсутствует.

На суше особо выделяются 2 пояса сейсмической и вулканической активности: Средиземноморский и Тихоокеанский. Средиземноморский пояс протягивается от Атлантического океана до Малайского архипелага и включает в себя такие молодые складчатые горные сооружения, как Апеннины, Альпы, Карпаты, Кавказ, Копет-Даг, Тянь-Шань и Гималаи. Тихоокеанский пояс охватывает кольцом Тихий океан, который из-за большого сосредоточения на берегах и островах многочисленных действующих вулканов (более 2/3 всех действующих вулканов на суше) получил название "Тихоокеанское огненное кольцо". Например, на Камчатке располагается 19 действующих вулканов, на Курильских о-вах – 31, на Японских о-вах – 35. Кроме этого на суше сейсмическую активность проявляют рифтовые зоны, например, в Байкальской и Восточно-Африканской рифтовых зонах часто наблюдаются землетрясения (см. § 5.5 «Главныеструктурные элементы литосферы»).

Вулканическая и сейсмическая активность свойственна также определенным зонам океанического дна, например, срединно-океаническим хребтам, в центральной части которых происходят подводные извержения и частые слабые землетрясения. В районах глубоководных желобов из-за подвижек вверх или вниз протяженных участков океанического дна часто случаются подводные землетрясения, которые иногда называют моретрясения.

В этих случаях, из-за малой сжимаемости воды на поверхности океана в области эпицентра образуется возвышение или понижение. Такое возмущение водной поверхности приводит к образованию длинной волны с высокой скоростью распространения (до 1000 км/час). Такие волны получили название цунами. Высота такой волны в океане может достигать 5 м, но из-за своей большой длины для кораблей почти незаметна. При подходе к берегу, на мелководье ее высота увеличивается до 10 м, а в случае вытянутой узкой бухты – первых десятков метров. Обрушиваясь на берег, она разрушает и смывает почвенный и растительный покровы, уничтожает сооружения, вызывает гибель людей. Так, например, в 1952 г. цунами высотой до 18 м нанесли крупные повреждения на берегах Камчатки и северных Курильских островах. В результате был полностью разрушен г. Северо-Курильск, расположенный на острове Парамушир. Последнее катастрофическое цунами, повлекшее массовую гибель людей, произошло в 2005 г. в северо-восточной части Индийского океана. Большинство цунами (до 80 %) возникает на западном и восточном побережьях Тихого океана, т.е. приурочены к "Тихоокеанскому огненному кольцу". Поэтому в России, США и Японии созданы службы предупреждения о приближении цунами. О появлении цунами узнают с помощью инфразвука[17]. Инфразвуковые колебания принимаются станциями слежения, где регистрируется их скорость и составляется прогноз прихода цунами к тому или иному участку побережья.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое землетрясения?
2. Что такое очаг, фокус, гипоцентр, эпицентр землетрясения?
3. Сколько примерно землетрясений происходит ежегодно на Земле?
4. Назовите катастрофические землетрясения второй половины XX века.
5. Как измеряется сила землетрясений?
6. Как влияет деятельность людей на землетрясения?
7. Какие пояса сейсмической активности выделяются на суше?
8. В каких частях океанического дна проявляется вулканическая и сейсмическая активность?
9. Что такое «цунами» и как она образуется?

5.5. Главные структурные элементы литосферы

Платформы

Платформы являются устойчивыми глыбами литосферы и имеют размеры в поперечнике до несколько тысяч километров. Платформы характеризуются отсутствием в их пределах вулканизма, наличием редких и слабых землетрясений, своеобразным двухэтажным строением и очень медленными (вековыми) вертикальными тектоническими движениями, в результате которых происходят колебательные движения земной коры, приводящие к трансгрессии (наступлению моря на сушу) и регрессии (отступлению моря) (табл.5).

Платформы имеют двухярусное строение. Нижний ярус называют фундаментом платформы, а верхний – чехлом платформы. Мощность земной коры в пределах платформ в среднем составляет 35 км. В зависимости от состава пород, слагающих фундамент, выделяют континентальные и океанические платформы.

Фундамент континентальных платформ сложен складчатыми сильно метаморфизованными породами (гнейсами и кристаллическими сланцами) и прорывающими их интрузивными чаще всего кислыми породами (гранитами). Их чехол состоит из горизонтально или почти горизонтально залегающих ненарушенных пластов осадочных пород. Обычно осадочные породы являются сцементированными. Мощность осадочного чехла континентальной платформы составляет в среднем около 5 км. Часть континентальной платформы, где отсутствует осадочный чехол, т.е. где фундамент выходит на поверхность, называется щитом, например, Балтийский щит или Украинский щит Русской платформы. Часть платформы, где развит осадочный чехол, носит название плиты (не путать с литосферной плитой).

Для щитов древних платформ характерны месторождения железных руд. С плитами же связаны крупнейшие пластовые месторождения таких полезных ископаемых, как уголь, горючие сланцы, нефть, газ, каменные и калийные соли.

Образование континентальной платформы определяется временем образования их фундамента. В зависимости от возраста лежащих в их основании фундаментов различают древние и молодые континентальные платформы. К древним относятся платформы, фундаменты которых сформировались более 1,5 млрд. лет тому назад. Они представляют собой ядра материков и называются докембрийскими. К ним относятся Восточно-Европейская (Русская), Сибирская, Северо-Американская, Китайская, Индийская, Африканская, Австралийская и Антарктическая платформы. К молодым принадлежат платформы, фундамент которых сложен складчатыми породами нижнепалеозойского и верхнепалеозойского возраста. К ним относятся, например, Западно-Сибирская платформа, Туранская плита и др. Молодые платформы располагаются по краям древних платформ, наращивая или соединяя их.

Фундамент океанических платформ сложен магматическими породами основного состава. Вверху залегают базальты (основные эффузивные породы), а под ними их интрузивные аналоги – габбро. Осадочный чехол океанических платформ имеет мощность не более 1 км (чаще всего первые сотни метров) и представлен рыхлыми океаническими осадками.

Вопросы для самоконтроля.

1. Назовите крупнейшие структурные компоненты литосферы.
2. Какие крупные структурные элементы образуют устойчивые, а какие подвижные участки литосферы?
3. Чем характеризуются платформы?
4. Что такое трансгрессия и регрессия моря? В каких случаях они происходят?
5. Какие бывают платформы?
6. Какое строение имеют платформы?
7. Что такое фундамент платформы, чем он сложен?
8. Что такое чехол платформы, чем он сложен?
9. Какова мощность платформенного чехла?
10. Что такое щит?
11. Что такое плита?

12. Как делятся платформы по возрасту? Приведите примеры.

13. Какие основные полезные ископаемые присущи платформам?

Геосинклинали

Геосинклинали относятся к подвижным областям литосферы и представляют собой линейно вытянутые участки. Они характеризуются более сложным строением, чем платформы и связаны с глубинными разломами земной коры, уходящими в верхнюю мантию. Для геосинклиналей характерны: увеличенная мощность земной коры (60-75 км), большая мощность осадочных пород (до 15 км), резко выраженные вертикальные и горизонтальные тектонические движения, приводящие к разрывам и смятию в складки осадочных пород с образованием горных сооружений, интенсивный вулканизм, частые и сильные землетрясения (табл.5). Большая мощность осадочных пород не означает такую же глубину линейно вытянутого бассейна. Осадки накапливались в результате постепенного прогибания этого участка земной коры.

Геосинклинали закладываются по окраинам платформ на земной коре океанического типа. Развитие геосинклиналей происходит в 3 этапа. Этапы характеризуют геосинклинальный режим развития земной коры.

Первый этап – аккумулятивный, когда происходит накопление (аккумуляция) мощной толщи осадочных, а местами и эффузивных пород в относительно узких, но протяженных и глубоких понижениях земной коры (геосинклинальных прогибах).

Второй этап – складчато-магматический, во время которого происходит усиленный подводный эффузивный и интрузивный магматизм, а также интенсивное складкообразование[18] (складчатость) в результате вертикальных и горизонтальных тектонических движений. В это время в геосинклиналях возникают отдельные поднятия островного типа, а в окружающих их прогибах продолжается осадконакопление.

Третий этап – горообразовательный (орогенический), когда во всей геосинклинали происходит тектоническая инверсия, т.е. смена знака вертикальных тектонических движений. Иначе говоря, прогибание земной коры в геосинклинальной области сменяется ее интенсивным поднятием с образованием горной системы (орогена). Поднятие сопровождается вулканизмом, интрузивным магматизмом, метаморфизмом пород, интенсивными вертикальными и горизонтальными движениями, складчатостью и разрывами (разломами) пород.

Таким образом на месте подвижного участка литосферы образуется тектонически устойчивая складчатая горная система, которая в будущем после ее разрушения выравнивается, становясь основанием (фундаментом) будущей платформы. Так происходит наращивание земной коры континентального типа. Все современные континентальные платформы, точнее их фундаменты, прошли геосинклинальный режим развития. С геосинклиналями связано, в основном, образование месторождений многочисленных рудных полезных ископаемых: железа, меди, свинца, цинка, олова, вольфрама, молибдена, ртути, серебра, золота и др.

Отдельные геосинклинали, соединяясь друг с другом, образуют в литосфере геосинклинальные пояса, которые располагаются или между древними континентальными платформами, соединяя их между собой, или между континентальными и океаническими платформами. Например, Средиземноморский геосинклинальный пояс, включающий такие горные сооружения, как Пиренеи, Альпы, Карпаты, Атлас (на севере Африки), Кавказ, или Тихоокеанский геосинклинальный пояс, опоясывающий кольцом Тихий океан. В пределах этих поясов одни геосинклинали заканчивают свое развитие, превратившись в горные сооружения, а другие продолжают развиваться, как, например, современные геосинклинали, которые располагаются в районах глубоководных желобов и окаймляющих их островов (островных дуг).

Наиболее характерные отличия геосинклиналей от платформ представлены в табл. 5

Таблица 5.

Отличительные особенности платформ и геосинклиналей

Возникновение геосинклиналей, их развитие и образование складчатых горных сооружений приурочено ко времени усиления активности магматизма и тектонических движений в литосфере, которое получило название эпох складчатости. Их продолжительность в среднем составляет около 100 млн. лет. В эпохи складчатости происходит усиление эффузивной и интрузивной магматической деятельности, увеличивается активность тектонических движений, наблюдается интенсивное осадконакопление в геосинклинальных прогибах и последующее складкообразование, сопровождающееся разрывными нарушениями. Заканчивается эпоха складчатости образованием на месте геосинклинальных прогибов горных сооружений..

В истории Земли отмечается несколько эпох складчатости: байкальская складчатость в верхнем протерозое (докембрии), каледонская складчатость в нижнем палеозое, герцинская складчатость в верхнем палеозое, мезозойская складчатость в мезозое, альпийская складчатость в кайнозое.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое геосинклинали?
2. Что характерно для геосинклиналей?
3. Где располагаются геосинклинали?
4. Какие этапы выделяют в развитии геосинклиналей? Что для них наиболее характерно?
5. Какие основные полезные ископаемые присущи участкам земной коры, прошедшим геосиклинальный режим развития?
6. Назовите основные геосинклинальные пояса Земли.
7. Что такое эпоха складчатости? Какова в среднем их продолжительность?
8. Какие эпохи складчатости имеются в истории развития Земли? В какое время они происходили?
9. Перечислите отличия платформ и геосинклиналей.