Лекція 5

ТЕМА: Вулканічний рельєф.

МЕТА: визначити роль магматизму як геологічного процесу у рельєфоутворенні, розглянути основні форми рельєфу, пов’язані з магматизмом

ЛІТЕРАТУРА: Свинко Й.М., Сивий М.Я. Геологія з основами палеонтології. Підручник. – К.:Вища школа, 1995. – С.56-72.

Толстой М.П. Основы геологии с минералогией. М., 1962. – 166-180.

Горбачев А.М. Общая геология. – М.: Высшая школа, 1973. – С.233-255.

Леонтьев О.К., Рычагов Г.И. Общая геоморфология. – М.: Высшая школа, 1985. – С.53-63.

ТЕРМІНИ І ПОНЯТТЯ: магма, лава, магматизм, вулкан, жерло, кратер, конус, лапіллі, маар, ефузивний магматизм, інтрузивний магматизм, дегазація, типи вулканічних вивержень.

ПЛАН

1. Поняття магматизму.

2. Процеси вулканізму, типи вулканів.

3. Інтрузивний магматизм.

4. Географічне поширення вулканів.

5. Вулканічна діяльність і корисні копалини.

6. Метаморфічні процеси.

1. Магматизм – процес виверження на земну поверхню або у межі земної кори магми – вогненно-рідкого силікатного розплаву речовини мантії та його застигання з утворенням магматичних гірських порід. Магматизм розвивається на тих ділянках земної кори та верхньої мантії, де відбувається порушення термодинамічної рівноваги (порушення температурного режиму і тиску), яка встановилася у процесі їх розвитку. Це порушення викликається глибокими тектонічними тріщинами у земній корі, завдяки чому понижується тиск у надрах Землі і перегріта речовина переходить у розплавлений та газоподібний стан.

Приклад: при нормальному тиску базальтовий розплав, що вивергається на поверхню, має температуру 1050-1200^о і є рідким, а в умовах глибин 100-200 км, де тиск сягає 50-55 кбар, базальти навіть при температурі 1500^о залишаються твердими.

За іншою точкою зору, розплав магми відбувається завдяки місцевому розігріву гірських порід завдяки високій концентрації радіоактивних речовин та їх розпаду. Але обов’язковою умовою при цьому також залишається зниження тиску.

Магма, яка потрапила на земну поверхню, поступово дегазується, перетворюючись на лаву. Існує два типи магми – базальтова і гранітна. Базальтова (основна) формується у астеносфері, вона порівняно легка, текуча і складається з кремнезему (до 50%), алюмінію, заліза, кальцію, магнію. Гранітна (кисла) більш в’язка і менш рухлива, містить кремнезем (60-65%) і формується в результаті розплаву осадових і метаморфічних порід.

2. Вихід на поверхню лави та газів отримало назву вулканізму – ефузивний (поверхневий). Інтрузивний (глибинний) магматизм – коли магма не виходить на денну поверхню. Вулканізм провляється у місцях, де земна кора порушена глибокими тріщинами, через які на денну поверхню виливається магма. На поверхні вона застигає, утворюючи конусоподібне підвищення – вулкан. Розрізняють вулкани центрального типу і тріщинні, або лінійні. Перші – високо конічні (Ельбрус, Казбек, Кіліманджаро), другі – з низькими конусами. Тріщинні вулкани сприяють виливанню рідкої лави і затопленню великих площ (у Ісландії до 9000км²). При цьому утворюються лавові плато із специфічним рельєфом та базальтові покриви.

У вулкані розрізняють жерло, кратер і конус.

Жерло – канал, по якому на поверхню надходить магма і який на поверхні переходить у кратер. Бокові відгалудження від основного жерла називаються паразитичними (на Етні – 300, на Ключевській сопці – 60).

Кратер – негативна форма вулканічного рельєфу у вигляді великої чаші на вершині в центрі конуса, яке утворене в результаті багаторазових вивержень і вибухів. Вибух Кракатау в 1883р. привів до утворення на місці вулкана-острова западини глибиною 300м. Діаметр досягає 25-30 кілометрів при глибині до 1000 м, зазвичай дно покрите застиглою лавою, іноді заповнені лавовими озерами з температурою до 1000^о.

Конус – позитивна форма вулканічного рельєфу, утворена виливанням магми на денну поверхню та її застиганням. Має висоту від сотень до тисяч метрів. Кожне наступне виверження збільшує висоту і діаметр конусу, а в розрізі прослідковується шаруватість, обумовлена чергуванням вулканічних уламків з лавою (стратовулкани). Кальдера (котел у перекладі з португальської) – провалля на місці конусу, утворені пустотами. На конуси і кратери впливають екзогенні процеси, руйнуючи їх і утворюючи різні форми рельєфу, найбільші з яких – баранкоси – радіальні великі яри на схилах конусів.

Фази виверження вулканів:

- початкова – характеризується землетрусами і викидами газів;

- основна – вихід на поверхню магми;

- заключна (поствулканічна) – тривале і спокійне виділення газів.

З продуктів вулканічного виверження виділяють гази, тверді речовини і лаву.

Гази знижують густину магми і збільшують її текучість, прискорюють виверження (висота газової хмари при виверженні Кракатау становила 80 км, а вибух було чути за 4800 км). Хімічний склад вулканічних газів різний – від вуглекислого газу до водяної пари.

Тверді продукти вивержень становлять основну масу викинутого матеріалу (в 6 разів більше за лаву). Це уламки стінок кратера і пробки конусу, а також частинки лави, які при виверженні застигають у повітрі. Вулканічний попіл – найдрібніші тверді уламки (до 1 мм). Вулканічний пісок – такі ж уламки, але більших розмірів (1-2 мм). Лапіллі – застиглі бризки лави розміром 2-30 мм і веретеноподібної форми, утворені переважно пористим вулканічним склом. Вулканічні бомби – уламки розміром 2-3 м, рідше 10-15 м.

Лава – рідкий продукт вулканічного виверження.

Класифікація вулканів – за розміщенням (наземні і підводні), за активністю (діючі, поснулі і потухлі), за категоріями (лавова, змішана і газово-вибухова).

Лавова категорія об’єднує площинний, тріщинний і гавайський типи вулканів. Площинний характеризується великими об’ємами вилитої лави на великих площах, проявлявся у геологічному минулому (Середньосибірське плоскогір'я). Тріщинний тип характеризується виливанням лави по тріщинах (Ісландія і Гавайські острови). Гавайський тип відрізняється від тріщинних тим, що виверження відбувається через центральний канал. Конус вулкану має форму щита з тарілкоподібним кратером.

Змішана категорія характеризується найповнішим циклом виверження. Починається цикл викидами газів та уламків, потім змінюється виверженням лави і завершується поствулканічною діяльністю. Конуси високі (кілька тисяч метрів), правильної конічної форми – вулкани Стромболійського, Вульканського та Етно-Візувійського типів.

У Стромболійському типі виверження відбуваються часто з-за близького розташування осередку виверження до поверхні. виверження починаються з невеликих вибухів, які супроводжуються викидами газів та уламків, а закінчуються виверженням невеликих порцій густої тягучої лави з температурою 1000-1100^о. Лава затвердіває невеликими потоками на схилах.

Вульканський тип характеризується більш сильними та катастрофічними виверженнями, мають високі стройні конуси і близько розташовані магматичні осередки. Виверження відбуваються рідше, спочатку – землетрус, потім – вибухи з викидом вулканічних газів і бомб, виверження лави.

Етно-Візувійський тип характеризується сильними виверженнями та сильними вибухами з викидами твердих продуктів, утворенням тріщин і бокових вулканів, з лавовими потоками у кілька десятків кілометрів.

Газово-вибухова категорія відрізняється виверженнями великої кількості газів і уламків та викидами лави кислого або середнього складу. Магматичні осередки розташовані глибоко. Об’єднує вулкани Пелейського, Катмайського, Бандайсанського, Кракатауського типів та газово-вибухові воронки – маари.

Пелейський тип (Мон-Пеле) – характеризується на початку виверження землетрусом, вириванням газів з закупореного розтрісканого жерла, а потім – витіканням лави через ці тріщини і миттєвим її застиганням.

Катмайський, Кракатауський і Бандайсанський типи подібні і характеризуються виверженням насиченої газами густої кислої лави з великих глибин. Все це супроводжується вибухом з розривом жерла.

Маари мають блюдце подібну форму діаметром 250-300 м, по периферії мають вал з шлаку та уламків, деякі заповнені водою. Під дном розташована трубка вибуху – конічний канал (діатрема).

3. Інтрузивний магматизм – процес вторгнення магматичного розплаву в гранітно-метаморфічні чи осадові товщі, які залягають вище. Процеси інтрузивного магматизму недоступні для безпосереднього вивчення, тому їх вивчають за інтрузивними магматичними тілами та формами їх залягання. В товщі Землі магма диференціюється (магматична і кристалізаційна диференціація) і застигає.

Магматична відбувається за хімічним складом у розплавленому вигляді, а кристалізаційна полягає у поступовому зануренні кристалічних важких мінералів та концентрації зверху більш легких.

Інтрузії поділяють на абісальні (утворюються на великих глибинах, мають великі розміри і близький зв’язок з магматичним осередком: батоліти, штоки) та гіпабісальні (утворюються на малих глибинах. Форма залягання залежить від форми пустот і тріщин: дайки, жили, лакколіти, сіли).

4. На Землі зареєстровано 541 діючий вулкан, 76 з них розташовані на дні морів та океанів. Існує певна закономірність у розповсюдженні вулканів: вздовж глибинних розломів земної кори (узбережжя океанів), на острівних дугах, на океанічних островах. Всередині материків вулкани зустрічаються рідко чи відсутні.

Вулканічні пояси: Тихоокеанський, Середземноморсько-Індонезійський, Атлантичний.

Тихоокеанський – простягується вздовж узбережжя Тихого океану: західне узбережжя – від Камчатки до Антарктиди (включаючи Курильські острови, Японію, Філіппінські острови, Соломонові, Нові Гебриди). Східне узбережжя – Вогненна Земля, Анди, Кордільєри, Аляска, алеутські острови. Всього 324 діючих вулкани (вЯпонії – 57, Курилах – 39, Камчатці – 29). Найбільша концентрація вулканів спостерігається поблизу глибоководних западин.

Середземноморсько-Індонезійський протягується вздовж південної частини Євразії (Нова Гвінея, Індонезія, Гімалаї, Мала Азія, Кавказ, Середземне море). Має 134 діючих вулканів, з яких 104 розміщені у Індонезії (о.Ява, Суматра).

Атлантичний пояс поєднує 59 вулканів, з яких 34 розміщені на островах, а 25 – під водою. Пояс витягнутий у меридіональному напрямку паралельно берегам Африки та Західної Європи, приурочений до серединного Атлантичного хребта (Тристан-да-Кунья, острова Святої Єлени, Вознесіння, Зеленого мису, Канарські, Мадейра, Азорські, Ісландія).

Незначна частина вулканів розташована поза вулканічними поясами: Кіліманджаро, Новий Амстердам, Родригес).

Вулканічні пояси з часом змінюються. Недавно магматичні осередки існували в Гімалаях, на Тянь-Шані, Кавказі (Ельбрус, Казбек, у Вірменії, в Сибіру і на Далекому Сході).

5. Продукти вулканічної діяльності – не що інше, як розплавлені гірські породи вулканічного походження. Туфи – зцементовані вулканічні пісок і попіл. Більші зцементовані уламки називають туфобрекчією. Вони використовуються при будівництві і у виробництві будівельних матеріалів.

Лави основного складу при затвердівані перетворюються на базальти, середнього і кислого складу – на ліпарити, андезити, трахіти. Використовуються у промисловості: пемза та агломерати – у будівництві, базальти – для кам’яного лиття (вогнетривка плитка, електроізолятор, кулі для дробильних машин), андезити і трахіти – як кислототривкий матеріал, туфи – як облицювальний камінь у Єревані.

Використовується тепло земних надр – для обігріву помешкань, теплиць, суспільних приміщень.

Велика роль вулканів в утворенні покладів корисних копалин. Залізні руди, в т.ч. Криворізькі мають вулканогенно-осадове походження. Основні лави дають поклади фосфоритів (Грузія, Сахалін), золота і серебра (Каліфорнія), міді і молібдену (Мексика, Чилі, Перу), кімберлітові трубки (трубки вибуху) дають поклади алмазів (Сибір, Африка, Південна Америка). На вулканах Курильських островів та Японії можна спостерігати утворення покладів самородної сірки, з гарячих вулканічних джерел Каліфорнії та Невади випадають в осад червоні кристали кіноварі, золотаво-жовтого піриту та кримнисті залишки. В кратері Везувію – сульфіди свинцю, молібдену, міді, миш’яку. В Індонезії деякі вулканічні джерела містять 5г/л алюмінію, на Ітурупі в кратері вулкану Богдан Хмельницький є поклади бурого залізняку “Лімонітовий каскад”.

Велике значення вулканів в утворенні промислово цінних покладів заліза, марганцю, фосфоритів.

6. Метаморфізм – це процеси перетворення гірських порід в надрах Землі під впливом внутрішнього тепла Землі, високого тиску, магматизму та тектонічних рухів. Вперше термін був введений у науку Ч.Лайелєм у 1885 році. Перелічені фактори, впливаючи на гірські породи, викликають в них ті чи інші зміни: перетворення хімічного та мінерального складу порід та їх структурно-текстурних особливостей.

На характер метаморфічних процесів впливають найрізноманітніші ендогенні процеси. У залежності від того, який фактор викликає істотні зміни у гірській породі, виділяють види метаморфізму: динамометаморфізм, термометаморфізм, пневмалітовий метаморфізм і гідротермальний метаморфізм.

Динамометаморфізм (дислокаційний) – виражається у зміні мінералів та гірських порід під впливом гідростатичного, однобічного та бокового тиску. Тиск викликає перекристалізацію гірських порід – зміну мінерального складу, текстури і структури породи без зміни її хімічного складу.

Гідростатичний тиск обумовлений тиском гірських порід, які знаходяться над ними. Тому з глибиною тиск збільшується – на глибині 10 км тиск досягає 2600 атмосфер. На великих глибинах гідростатичний тиск сприяє утворенню мінералів з малим молекулярним об’ємом, великою масою і густиною.

Однобічний тиск (струс) – є наслідком тектонічних рухів земної кори. Внутрішня напруга, яка виникає при цьому, здавлює гірські породи, які або роздроблюються (катаклаз), або сприяє зміні форми мінеральних зерен та уламків, порушенні їх орієнтації в просторі.

Боковий тиск виникає або при появі у земній корі сил стиснення, або під впливом гравітаційних сил на піднятих ділянках земної кори. Боковий тиск викликає пластичні деформації гірських порід сприяє зминанню шарів у складки.

Термометаморфізм – відбувається у місцях сильного розігріву гірських порід, джерелами тепла при цьому виступають магма, гарячі гази, водні розчини і тепло Землі. Але найчастіше проявляється на контакті з магмою, коли остання протягом тисячоліть нагріває гірські породи, перетворюючи, наприклад, вапняки у мармур, глини – у роговики, піщаники – у кварцити.

Пневмалітовий та гідротермальний полягає у зміні гірських порід під впливом газів та водяних парів, які виділяються з магми або при метаморфізмі порід, багатих летючими компонентами. Проникаючи у тріщини порід, вони сприяють зміні їх мінерального складу. Метасоматоз – найбільш розповсюджена форма такого метаморфізму: його суть полягає у заміщенні компонентів гірських порід речовиною газів і водних розчинів. Летючі сполуки стронцію, літію, вольфраму, проникаючи у карбонатні породи, утворюють в них руди олова, вольфраму, молібдену. Автометаморфізм – викликається внутрішніми силами (гарячі гази магми, впливаючи на охолоняючі граніти, сприяють руйнуванню польового шпату до кварцу і слюди, утворюючи замість гранітів грейзени – слюдяні гірські породи. Аллометаморфізм – пов’язаний з впливом на гірські породи гідростатичного і бокового тиску зовнішніх газів, водних розчинів та температури із сусіднього магматичного джерела.

Контактовий метаморфізм – виникає на кордоні (контакті) магми з боковими породами в результаті складних фізико-хімічних процесів. При цьому утворюється дві зони – екзоконтактова (зона зовнішнього контакту) і ендоконтактова (внутрішнього контакту). Ендоконтактні зміни пов’язані із зміщенням речовини магми і бокових порід. Рухомі компоненти магми потрапляють у сусідні породи, а на їх місце надходять речовини з навколишніх порід. Екзоконтактова зона набагато ширша за ендоконтактову.

Глибина залягання інтрузивного тіла істотно впливає на розміри зон метаморфізму, оскільки магма довше знаходиться у розпеченому стані і довше впливає на навколишні породи.

Процеси контактового метаморфізму мають переважно місцеве значення, оскільки пов’язані виключно з вторгненням інтрузій. Однак для покладів корисних копалин це має важливе значення, особливо для рудних корисних копалин – залізних руд, міді, вольфраму, молібдену, олова, свинцю, цинку, урана, золота.

Регіональний метаморфізм відбувається таким же чином, як і контактовий, але займає великі території. Він проходить на великій глибині в умовах високих температур і тиску. Тут також розвиваються явища перекристалізації, метасоматозу, роз сланцювання, які приводять до зміни мінерального складу, структури і текстури гірських порід. Процеси перекристалізації сприяють перетворенню піщаників у кварцити, доломітів – у мармур.

В зоні мезометаморфізму високі температура та гідростатичний тиск обумовлюють більш глибокі перетворення гірських порід. Утворюються гнейси і амфіболіти (гранати, плагіоклази, піроксени, рогові обманки, актиноліти.

Зона кат аморфізму є найбільш високотемпературною (більше 3000^о), високий гідростатичний тиск (10000 атм.). Перетворення гірських порід відбувається повністю. Утворюються кристалічні сланці, гнейси, а з мінералів – олівін, гранати, кварц, плагіоклази. У найглибших зонах відбуваються процеси ультра метаморфізму (гранітизація, мігматизація, палінгенезис). Явище гранітизації пояснюється просочуванням з глибин лужних розчинів, які, просочуючи метаморфічні породи, перетворюють їх на граніти.

Породи регіонального метаморфізму використовуються у промисловості: гнейси, кварцити, мармур та інші використовуються у будівельній справі. Залізисті кварцити використовуються у залізорудній промисловості. У кристалічних сланцях зустрічаються поклади алюмінієвих руд та абразивного корунда.

Дата добавления: 2013-12-12