книги из ГПНТБ / Борисов, О. Г. Экструзии и связанные с ними газо-гидротермальные процессы

около 600 м. Средняя скорость по годам с августа 1957 г. соста­ вила: 0,П, 0,11 и 0,04 м/сутки, соответственно. Таким образом, приведенные цифры средней скорости роста показывают, что факти­ чески рост купола прекратился к концу 1960 г., хотя, достигнув

канала оценивается в 300 м, высота лавового столба около 4,3 км. Если исходить из этих цифр, то средняя скорость прироста купола

71

ное жерло снова приоткрылось. В проломе кратера начал образо­ вываться новый лавовый купол, который у своего основания дал короткий лавовый язык.

Изучение динамики активности вулкана Мерапи показываем что средняя продолжительность активного состояния с 1806 по 1948 гг. (Ван-Беммелен, 1957) длилась 2,58+0,32 года, а периоды покоя составляли 3,29+0,59 года. Периоды активности длились от 1 до 7 лет, а покоя-— от 1 до 12 лет. Формирование экструзивного купола Мерапи падает на наиболее длительные периоды активного состояния: от 3 до 7 лет. Исключение составляют лишь последние годы.

73

Формирование купола вулкана Безымянного продолжается 15 лет без перерыва. Однако время его роста приурочено к перио-

ется два раза в год — весной и осенью. Вулкан как бы отмечает дни своего рождения: активизация его деятельности после столетий покоя началась осенью 1955 г., а извержение произошло весной 1956 г. И с тех пор в эти два периода вулкан «оживает».,

Можно привести еще ряд примеров унаследованного развития куполов. К ним относится и вулкан Шивелуч. Вулканическое со­ оружение «Центральный Шивелуч», или «кратерная вершина», об­ разовано десятками куполов, последним из которых является купол Суелич, уничтоженный взрывом при извержении вулкана в 1964 г.

Возможны случаи, когда при закупорке центрального кратера экструзивной лавой вулкан возобновляет свою активность с обра­ зованием бокового кратера. В этом случае возможно зарождение на склоне старой вулканической постройки нового вулкана, нача­ ло которому часто дает экструзия лавы. Так было с вулканами Безымянным, возникшим на склоне вулкана Камень; Большая Зи­ мина, возникшим на склоне вулкана Горный Зуб; Желтым, воз­ никшим на склоне вулкана Кихпиныч и др.

Приведенные примеры вполне убедительно показывают, что экструзивные куполы могут быть как одноактными, так и много­ актными вулканическими образованиями, а экструзия лавы есть

Одним из важнейших свойств, влияющих на условия образова­ ния экструзивных куполов, является вязкость лавы, т. е. сопротивле­ ние, которое жидкая среда оказывает усилиям разъединения частиц. Вязкость определяют иногда как внутреннее трение. Вязкость при­ родных магм зависит от температуры, давления и химического со­ става. При одинаковой температуре основные, а также богатые летучими магмы имеют более низкую вязкость, чем кислые магмы. Отсюда следует, что экструзивные куполы должны быть сложены кислыми породами.

Вязкость как функция химического

и минералогического состава экструзивных лав

Дациты, риолиты (липариты), трахиты и фонолиты являются преобладающими лавами куполов. Не менее значительна и роль андезитов. В то же время при сравнительно низкой температуре,

пературе 1320° С, а заканчивается плавление при 1440° С. Показа­ тель преломления стекла 1,484—1,492. Таким образом, по показа­ телю преломления стекла основной массы порода должна быть отнесена к андезито-базальтам, а по сферолитам — к липаритам. Стекло, полученное при плавлении средневзвешенного образца, имеет показатель преломления, равный 1,525, что отвечает андези- то-дацитам.

Лавы дацитового потока с вулкана Зимина начинают плавить­ ся при 1050° С, показатель преломления 1,510—1,530; экструзивные лавы начинают плавиться при температуре 1215° С и имеют пока­ затель преломления стекла 1,530—1,535. Показатель преломления стекла андезитовых лавовых потоков 1,550—1,575, а андезитовых куполов—1,560. Таким образом, показатель преломления стекла отражает состав пород, но не тип лавы. А вот температура начала плавления четко разграничивает тип лав, однозначных по химиче­ скому составу.

зывает, что действительно доля потенциального кварца в породах

ноземе. Среди андезитовых куполов пироксеновые преобладают над роговообманковыми, а среди пироксеновых андезитов — гипер­ стеновые над авгитовыми. Дациты, в противоположность андезитам, более богаты порфировыми выделениями роговой обманки и слюды, чем пироксена. По нашему мнению, и эти минералогические осо­ бенности не определяют вязкости экструзивной лавы.

Отметим одну деталь. Различие в вязкости эффузивной и эк­ струзивной лав тем меньше, чем выше общая плотность лавы. В чем причина? Пока ответить на этот вопрос весьма затрудни­ тельно. Большинство исследователей сходятся на том, что на вяз­ кость лав в значительной степени влияет содержание кремнекислоты и глинозема. Так, например, опыты по изучению влияния закономерного изменения состава шлака при постоянной температу­ ре на его вязкость (Гинзберг, 1951) показали, что примесь окиси магния в шлаках может значительно понизить вязкость. Точно так же глинозем, вводимый как примесь в небольшом количестве, понижает вязкость; наоборот, значительное увеличение его со­ держания резко повышает вязкость, как и кремнекислота. Особен­ но это заметно при уменьшении содержания окиси магния.

Авторы провели опыты по плавлению пород для получения искусственных стекол. Базальты с низким содержанием кремнекислоты (48,0—52,0%) и глинозема (14,0—-15,0%) и высоким со­ держанием железа (до 12%) легко образовывали шарик из жид­ кого стекла. В то же время базальты с содержанием глинозема около 18,0% и железа 8,0—9,0% капли не образовывали, а «раз­ мазывались» по поверхности электрода. Дациты с содержанием 64,5% кремнезема, 19,0% глинозема и 3,4% железа вообще не растекались, а образовывали шлакообразные скопления.

7G

Некоторые авторы характеризуют изменение вязкости лав, образующих вулканические постройки, индексом вязкости (Лейден, 1936), который является сложной функцией всего состава породы. Однако, как показывает в своей работе В. И. Влодавец (1958), этим индексом невозможно воспользоваться для определения влия­ ния химического состава лав на вязкость потоков и куполов.

Таким образом, ни общий химический, ни минералогический составы эффузивной лавы не могут служить надежным индикато­ ром различия лавовых потоков и экструзивных куполов.

Температура и газонасыщенность экструзивной лавы

Различные по химическому и минералогическому составу лавы становятся твердыми при одном и том же коэффициенте вязкости. Но этого состояния основные лавы достигают при более низкой температуре, а кислые — при более высокой (рис. 15), а это значит, что при прочих равных условиях на поверхности температура становления (а соответственно и увеличение вязкости) кислых лав значительно выше, чем у основных. Но в таком случае, почему же не все основные лавы дают потоки, а кислые — куполы?

По данным Ф. Вольфа (Wol'lf, 1940), переход базальтовой лавы Килауэа, содержащей 22,74% газов, из жидкого состояния в пластичное происходит при температуре 740° С и при коэффициен­ те вязкости (lgr)), равном 7, а переход из пластичного состояния

77

з твердое — при температуре 560°С и коэффициенте вязкости 8,6] Переход базальтовой лавы, совсем не содержащей газов, из жид.| кого состояния в пластичное и твердое происходит соответственно при температурах 1090° и 890° С, и коэффициентах вязкости 7,()1 и 8,6. На этом примере видно, что коэффициент вязкости для лав! одного и того же состава и состояния одинаков, а температура со-| стояния весьма различна и зависит от содержания летучих. Это! положение подтверждает эмпирическую зависимость изменения со­ держания газов в лавах одного и того же состава от условий их становления на земной поверхности (потоки, конусы, куполы).

Можно привести примеры высокой газонасыщенностн и одно­ временно высокой вязкости лав одного и того же состава. Так,1 Е. Шепард (Shaphard, 1938) приводит данные по экструзивному) обсидиану (Si02—75,0%), содержащему 55 см3 газа на один грамм) породы. В экструзивном риолите вулкана Кодзу-Шима (Япония); содержится 0,25 см3/г (Iwasaki, 1951). В то же время экструзивный! андезит (по Е. Шепарду) может содержать газа от 4,8 до 26,5см3/г! породы. Содержание воды в общей сумме газов также непостоянно; и колеблется для обсндианов от 86,0 до 98,5% (объемные), анде­ зитов— от 71,0 до 96,3%, а для риолитов Кодзу-Шима состав-i

ляет 63,0%.

Приведенные примеры не дают полного основания утверждать, что суммарное количество газов радикально влияет на вязкость эк-: струзивных лав. Так, по данным Е. Шепарда, базальты содержат довольно стабильное количество газа: от 2,9 до 7,3 см3/г. Содержа­ ние воды изменяется от 71,3 до 80,8%. Как отмечают некоторые исследователи, процесс дегазации кислой и основной лавы раз­ личен. В. В. Наседкин установил, что при вспучивании лучшие, показатели дают вулканические стекла липарито-дацитового со-' става. Стекловатые андезиты вспучиваются плохо, а более основ­ ные разности не вспучиваются совсем. Кислые стекла, обладающие в интервале размягчения высокими значениями вязкости, удер­ живают воду до строго определенных значений. При понижении вязкости до lg 8-9 пуаз наступает почти одновременное выделе­ ние всей воды и стекло вспучивается. Вулканическое стекло более основного состава даже при быстром внесении в область высоких (900—1000° С) температур продолжает выделять воду и вспучива­ ния не происходит. И в то же время базальтовые лавы могут обра­ зовывать как потоки, так и куполы.

Изменение вязкости с температурой подтверждается рядом работ по плавлению природных образцов лав и непосредственными измерениями вязкости на лавовых потоках (табл. 18). Как пока­ зывают данные приведенной таблицы, такие породы, как андезит, тешенит, дацит, трахит в одинаковых температурных условиях являются значительно более вязкими, чем диабаз и базальт. При температуре 1110—1200°С резко увеличивается вязкость диабаза и базальта, что должно соответствовать начавшейся кристаллизации.

Как отмечалось выше, на характер извержения в значительной степени влияет химический состав остаточного расплава, измене-

78

Т а б л и ц а 18-

Вязкость расплава горных пород (справочник физических констант горных пород, 1969)

П р и м е ч а н и е . * «Геологическое развитие Японских островов*. М., «Мир», 1988,