Продукты вулканической деятельности

Продукты вулканической деятельности

Реферат

Курсовая работа 28 страниц, 11 рисунков,1 таблица, 14 литературных источников.

Ключевые слова: вулкан, вулканизм, продукты вулканических извержений, твердые продукты, газообразные продукты, жидкие продукты

Объект исследования: продукты вулканической деятельности.

Цель работы: изучение твердых, газообразных, жидких продуктов вулканической деятельности.

Методы исследования: литературный, описательный, табличный, иллюстративный.

Содержание

Введение

Жидкие продукты вулканической деятельности

Газообразны продукты вулканической деятельности

Твердые продукты вулканической деятельности

Заключение

Список использованных источников

Введение

Вулканы это отдельные возвышенности над каналами и трещинами земной коры, по которым из глубинных магматических очагов выводятся на поверхность продукты извержения. Вулканы обычно имеют форму конуса с вершинным кратером (глубиной от нескольких до сотен метров и диаметром до 1,5 км). Во время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованием кальдеры - крупной впадины диаметром до 16 км и глубиной до 1000 м. При подъеме магмы внешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность, и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносятся древние горные породы, а не магма, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называют фреатическим.

При извержении вулкана выделяются продукты вулканической деятельности, которые могут быть жидкими, газообразными и твердыми. Продукты извержений состоят главным образом из вещества самой магмы и в меньшей степени из захваченных взрывом боковых пород, в которых проходит жерло вулкана. Количественные соотношения и состав которых различны для разных типов вулканов и даже для различных извержений одного и того же вулкана. При этом извержения вулканов редко сопровождаются спокойным выходом на поверхность жидкой лавы и газов, чаще же они начинаются взрывами с выбросами больших масс газообразных и твердых продуктов [1].

Целью написания данной курсовой работы является изучение твердых, газообразных, твердых продуктов вулканической деятельности.

Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

изучить жидкие продукты вулканизма - лавы: их состав, строение, свойства;

рассмотреть состав, типы, температуру, количество и роль газообразных продуктов вулканизма;

описать твердые продукты вулканизма: их виды, размеры, свойства, скорость выхода, последствия выброса.

Актуальность данной темы состоит в том, что проявление вулканизма представляет собой один из наиболее характерных геологических процессов, имеющих огромное значение в истории развития и формирования земной коры. В настоящее время вулканы присутствуют на всех континентах, причем часть из них являются действующими и представляют собой не только захватывающее зрелище, но и грозные опасные явления. Вулканы воздействуют на природную среду и на человечество несколькими способами:

прямым воздействием на окружающую среду извергающихся вулканических продуктов (лав, пеплов и т. п.);

воздействием газов и тонких пеплов на атмосферу и тем самым на климат;

воздействием тепла продуктов вулканизма на лед и на снег, часто покрывающих вершины вулканов, что приводит к катастрофическим селям, наводнениям, лавинам;

вулканические извержения обычно сопровождаются землетрясениями и т.д.

Но особенно долговременны и глобальны воздействия вулканического вещества на атмосферу, что отражается на изменении климата Земли.

Жидкие продукты вулканической деятельности

Жидкие продукты вулканической деятельности характеризуются температурами в пределах 600-1200°С. Представлены именно лавой.

Лава - (итал. lava, от лат. Labes - обвал, падение)раскалённый жидкий (эффузия) или очень вязкий (экструзия) расплав горных пород, преимущественно силикатного состава (SiO2 примерно от 40 до 95 %), изливающийся на поверхность Земли при извержениях вулканов (рисунок 1). При застывании лавы образуются эффузивные (излившиеся) горные породы, может образоваться лавовое плато. Вязкость лавы обусловлена ее составом и зависит главным образом от содержания кремнезема или диоксида кремния. При высоком ее значении (более 65%) лавы называют кислыми, они сравнительно легкие, вязкие, малоподвижные, содержат большое количество газов, остывают медленно. Меньшее содержание кремнезема (60-52%) характерно для средних лав; они, как и кислые более вязкие, но нагреты обычно сильнее (до 1000-1200°С) по сравнению с кислыми (800-900°С). Основные лавы содержат менее 52% кремнезема и поэтому более жидкие, подвижные, свободно текут. При их застывании на поверхности образуется корочка, под которой происходит дальнейшее движение жидкости [2].

Рисунок 1 - Излияние лавы

Происхождение лавы:

Лава образуется при извержении вулканом магмы на поверхность Земли. Вследствие остывания и взаимодействия с газами, входящими в состав атмосферы магма меняет свои свойства, образуя лаву. Многие вулканические островные дуги связаны с системой глубинных разломов. Центры землетярясений располагаются примерно на глубине до 700 км от уровня земной поверхности, то есть вулканический материал поступает из верхней мантии. На островных дугах он часто имеет андезитовый состав, а поскольку андезиты по своему составу сходны с континентальной земной корой, многие геологи считают, что континентальная кора в этих районах наращивается за счет поступления мантийного вещества.

Вулканы, действующие вдоль океанических хребтов (например, Гавайского), извергают материал преимущественно базальтового состава, например, Аа-лаву. Эти вулканы, вероятно, сопряжены с мелкофокусными землетрясениями, глубина которых не превышает 70 км. Поскольку базальтовые лавы встречаются как на материках, так и вдоль океанических хребтов, геологи предполагают, что непосредственно под земной корой существует слой, из которого поступают базальтовые лавы.

Однако неясно, почему в одних районах из мантийного вещества образуются и андезиты, и базальты, а в других - только базальты. Если, как теперь полагают, мантия действительно является ультраосновной породой (обогащена железом и магнием), то лавы, произошедшие из мантии, должны иметь базальтовый, а не андезитовый состав, поскольку минералы андезитов отсутствуют в ультраосновных породах. Это противоречие разрешает теория тектоники плит, согласно которой океаническая кора подвигается под островные дуги и на определённой глубине плавится. Эти расплавленные породы и изливаются в виде андезитовых лав [3].

Разновидности лавы:

Лава у разных вулканов различна. Она отличается по составу, цвету, температуре, примесям и т. п.

Карбонатная лава:

Она наполовину состоит из карбонатов натрия и калия. Это самая холодная и жидкая лава на Земле, она течёт по земле словно вода. Температура карбонатной лавы всего 510-600 °C. Цвет горячей лавы - чёрный или тёмно-коричневый, однако по мере остывания становится светлее, а спустя несколько месяцев становится почти белым. Застывшие карбонатные лавы - мягкие и ломкие, легко растворяются в воде. Карбонатная лава течёт только из вулкана Олдоиньо-Ленгаи в Танзании.

Кремниевая лава:

Кремниевая лава наиболее характерна для вулканов Тихоокеанского огненного кольца, такая лава обычно очень вязкая и иногда застывает в жерле вулкана ещё до окончания извержения, тем самым прекращая его. Закупоренный пробкой вулкан может немного вздуться, а затем извержение возобновляется, как правило, сильнейшим взрывом. Лава содержит 53-62 % диоксида кремния. Имеет среднюю скорость потока (несколько метров в день), температуру 800-900 °C. Если содержание кремнезёма достигает 65 %, то лава становится очень вязкой и неповоротливой. Цвет горячей лавы - тёмный или чёрно-красный. Застывшие кремниевые лавы могут образовать вулканическое стекло чёрного цвета. Подобное стекло получается, когда расплав быстро остывает, не успевая кристаллизоваться.

Базальтовая лава:

Основной тип лавы извергаемый из мантии, характерен для океанических щитовых вулканов. Наполовину состоит из диоксида кремния (кварца), наполовину - из оксида алюминия, железа, магния и других металлов. Эта лава очень подвижна и способна течь со скоростью 2 м/с (скорость быстро идущего человека). Имеет высокую температуру 1200-1300 °C. Для базальтовых лавовых потоков характерны малая толщина (первые метры) и большая протяжённость (десятки километров). Цвет горячей лавы - жёлтый или жёлто-красный [4].

Состав лавы:

Твердыепороды, образующиеся при остывании лавы, содержат в основном диоксид кремния, оксиды алюминия, железа, магния, кальция, натрия, калия, титана и воду. Обычно в лавах содержание каждого из этих компонентов превышает один процент, а другие элементы присутствуют в меньшем количестве.

Существует множество типов вулканических пород, различающихся по химическому составу. Чаще всего встречаются четыре типа, принадлежность к которым устанавливается по содержанию в породе диоксида кремния: базальт - 48-53 %, андезит - 54-62%, дацит - 63-70%, риолит - 70-76% (таблица 1).

Породы, в которых количество диоксида кремния меньше, в большом количестве содержат магний и железо. При остывании лавы значительная часть расплава образует вулканическое стекло, в массе которого встречаются отдельные микроскопические кристаллы. Исключение составляют т.н. фенокристаллы - крупные кристаллы, образовавшиеся в магме еще в недрах Земли и вынесенные на поверхность потоком жидкой лавы. Чаще всего фенокристаллы представлены полевыми шпатами, оливином, пироксеном и кварцем. Породы, содержащие фенокристаллы, обычно называют порфиритами. Цвет вулканического стекла зависит от количества присутствующего в нем железа: чем больше железа, тем оно темнее. Таким образом, даже без химических анализов можно догадаться, что светлоокрашенная порода - это риолит или дацит, темноокрашенная - базальт, серого цвета - андезит. По различимым в породе минералам определяют ее тип. Так, например, оливин - минерал, содержащий железо и магний, характерен для базальтов, кварц - для риолитов.

Таблица 1 - Средний химический состав некоторых лав (в весовых процентах) [1]

Излившаяся лава продолжает выделять газообразные продукты, в результате чего приобретает пузырчатое и пенистое строение. По мере поднятия магмы к поверхности выделяющиеся газы образуют крошечные пузырьки диаметром чаще до 1,5 мм, реже до 2,5 см. Они сохраняются в застывшей породе. Так образуются пузырчатые лавы. Пенистую лаву называют пемзой. Она очень легка и плавает на воде. Особенно много пемзы образует при некоторых подводных извержениях. Образовавшиеся в лаве пустотки газов долгое время могут сохраняться полыми, но с течением времени они заполняются вторичными минералами из проникающих водных растворов: кальцитом, кварцем, хлоритом, цеолитами, халцедоном и опалом. Заполненные вторичными минералами пустотки чаще имеют форму миндалин, вследствие чего возникшие породы называют миндалекаменными. Выполнение более крупных пустот иногда ограничивается нарастанием на стенках кристаллов с сохранением пустоты в центре. Такие образования называют жеодами, а совокупность кристаллов, наросших на стенках, называют друзами. Образование жеод может происходить и в интрузивных породах при наличии в них пустот и полостей при раскристаллизации.

Количество извергаемой вулканами лавы различны для разных вулканов и даже разных извержений одного и того же вулкана. Самые крупные извержения лавы произошли в Исландии в 1783 г. из трещины Лаки, составившие объем 12,5 км3; изКлючевой Сопки на Камчатке в 1829 г. лавы излилось около 3,5 км3. Обычно же при извержениях вулканов лавовые массы измеряются десятыми и сотыми долями кубического километра. Суммарные количества лавовых масс, извергаемых вулканами Земли, примерно в шесть раз меньше объема извергаемых твердых обломочных продуктов.

Лавовый поток, быстро остывая с поверхности, покрывается коркой с глыбами. Эта корка, достигая фронтальной части потока, обрушивается вниз, формируя раскаленную осыпь, на которую накатывается лавовый поток. Так образуется лавобрекчия в подошве и в кровле потока (рисунок 2). Средняя часть лавового потока остывает гораздо медленнее, и в ней, благодаря сокращению объема, возникают трещины растяжения, растущие как от подошвы вверх, так и от кровли вниз. Ведущей силой здесь является термонапряжение. Как только температура упадет настолько, что возникающие термонапряжения превысят прочность породы, она разорвется на некотором расстоянии, так как далее температура еще будет слишком высока. Так трещины продвигаются прерывисто снизу вверх и сверху вниз, встречаясь ниже середины потока, потому что остывание сверху идет быстрее [5].

А - поток во времядвижения; Б - после остывания;

- "аа"-лава, глыбовая корка, 2- расплав внутренней части потока, 3- лавобрекчия в подошве потока, 4- скатывание застывших глыб с фронтальной части потока, 5- столбчатая отдельность

Рисунок 2 - Строение лавового потока

Излившиеся при извержениях вулканов лавовые массы могут одновременно покрывать значительные площади, измеряемые десятками квадратных километров. Излияние вулкана Обадарун в Исландии покрыло площадь 3684 км2. Такие образования называют покровами. Размеры их зависят от количествалавовых масс, текучести лавы и рельефа местности. Если же, подчиняясьрельефу, лава течет в узких долинах, то после застывания образуются длинные и узкие полосы лавы, называемые потоками. Длина потоков различна: от нескольких метров до десятков километров. Так, например, при извержении исландского вулкана Скаптар в 1783 г. поток лавы достигал 80 длину. Потоки лавы при извержениях гавайского вулкана Мауна-Лоа достигают в длину 40-50 км. Мощность потоков может достигать на равнинах 10 м, а при неровном рельефе - 20-50 м. Мощность древних лавовых покровов, входящих в комплекс известных на Сибирской платформе «траппов», превышает сотни метров.

Лавовые потоки и покровы после застывания имеют характерные глыбовые и волнистые поверхности.

Глыбовая лава отличается нагромождением массы угловатых глыб всевозможных очертаний и размеров, образующихся при освобождении из лавы большого количества газов, иногда со взрывами, взламывающих и дробящих одновременном движении твердую корку потока. Этот характер поверхности чаще наблюдается у лав основного состава [6].

Лава кислого состава при застывании приобретает глянцевитую гладкую поверхность, часто покрытую волнообразными или канатоподобными утолщениями. Такая лава называется волнистой. В конце лавового потока после выделения большей части паров вместо глыбовой лавы нередко образуется волнистая лава.

Кроме разных поверхностей лавовых потоков глыбовая и волнистая лавы отличаются характером пузырчатости: в глыбовой лаве газовые пустотки редкие, неправильных очертаний и значительных размеров, а в волнистой лаве пустотки многочисленны и имеют правильные округленные или оваловидныеочертания. Замечено также, что волнистая лава обычно бывает более стекловатой,чем глыбовая. Все эти признаки позволяют считать, что волнистая лава при излиянии обладает более высокой температурой и меньшим содержанием газообразных продуктов по сравнению с глыбовой лавой.

При сильном развитии куполовидных форм на поверхности волнистой лавы она переходит в более редко встречающийся тип подушечной лавы, котораяимеет вид скоплений небольших округленных масс, похожих по размерам и форме на подушки, валики или набитые мешки. Такие образования полосатую концентрическую структуру внутри и пузыристую, иногда стекловатую, оболочку снаружи.

Современные наблюдения над образованием подушечного типа прибазальтовой лавы в море и наблюдения над характером залегания потоков в морских отложениях показывают, что подушечная структура возникает в тех случаях, когда лава течет в воду или выливается в илистые осадки морского дна. Не исключается также возможность образования подушечного типа лавы при излиянии под проливным дождем или подо льдом, когда в обоих случаях происходит достаточно быстрое охлаждение, чтобы образовать такую структуру в лаве подходящего состава и физических свойств.

Поверхность лавовых потоков часто усложняется образованием множества небольших выступов различной формы: трубообразных, конических, неправильно бугристых, возникающих в результате более позднего выхода газа или лавы через твердую кору потока. Мелкобугристую поверхность принимает лава в тех случаях, когда в жидкой лаве поднимаются газовые пузыри в несколько метров в поперечнике; часто такие пузыри лопаются с образованием в стенках множества радиальных трещин.

Внушительных размеров пустоты могут возникнуть в лавовом потоке и образовании сверху крепкой, толстой застывшей коры, из-под которой жидкая лава продолжает вытекать, оставляя свободными более или менее вытянутые по течению полости в виде своеобразных подземных туннелей. Длина некоторых таких «туннелей» в Исландии и Калифорнии превышает 1,5 км.

Скорости течения лавовых потоков различны и зависят как от подвижности лавы, так и от уклона ложа потока. Естественно, что подвижная базальтовая лава на крутых склонах вулканических конусов будет иметь наивысшую скорость. Так, например, жидкие и мощные потоки основной лавы вулкана Мауна-Лоа в некоторых случаях обладали скоростью 30 км/ч и создавали на обрывистых уступах лавопады, подобные водопадам. Менее жидкая кислая лава обычно имеет скорость около 5 км/ч, хотя начальная скорость от кратера бывает несколько выше. Потоки Везувия и Этны сохраняли скорость до 7 км/ч на первых двух километрах от кратера, а дальше скорость движения потоков уменьшалась довольно быстро в связи с охлаждением и затвердеванием лавы [7].

Иногда во время остывания лавы обильное выделение газов и паров разрывает верхнюю корку потока с последующим связыванием обломков новыми порциямисвежей лавы. Таким образом, возникает обломочно-магматическая порода с лавовым цементом, называемая вулканической брекчией. Часто во время извержения за излиянием одного потока лавы следует более мощный, который пробивает кору первого потока и образует на его поверхности огненно-лавовые фонтаны, которые после своего образуют причудливые сооружения в форме башенок, столбов и бесформенных выступов.

Процесс застывания и затвердевания излившейся лавы сопровождается образованием трещиноватости, разбивающей породы на отдельные блоки. Иногда эти блоки имеют вид столбов - многогранных (чаще шестигранных) призм, перпендикулярных к поверхности охлаждения. Такая трещиноватость чрезвычайно характерна для базальтовых лавовых покровов и называется столбчатой отдельностью. Отдельные столбы достигают 100 м в высоту и до 1 м в поперечнике. Чаще же их высота измеряется метрами, а поперечное сечение - 10-20 см. Столбчатая отдельность может образоваться и в жильных породах призаполнении магмой трещин. Расположение столбов в жильных породах ориентировано перпендикулярно к стенкам. Такая закономерность в расположении отдельностей часто позволяет восстановить первичное положение лавовых покровов и потоков древних вулканических процессов, что бывает иногда необходимым при геологических заключениях или оценках месторождений полезных ископаемых.

При развитии поперечных горизонтальных трещин в столбчатой отдельности, последняя разбивается на короткие призмы, характеризующие призматическую отдельность. С наличием трещин, идущих по кривым поверхностям, тесно связано образование широко распространенной в излившихся вулканических породах шаровой отдельности, при которой вся масса распадается на шары или овалоиды с концентрически-скорлуповатым сложением. Особенно четко наблюдается эта форма при выветривании,когда на поверхности образуются сфероидальные и валунообразные глыбы с округленными очертаниями, достигающими 1 м в поперечнике. Шаровая отдельность возникает часто при подводных излияниях лавы основного состава и характерна для таких пород, как диабазы, базальты, андезиты и порфириты.

При остывании лав, особенно неоднородных по составу и сложению, развитие горизонтальных трещин, образующих пластинчатую, или плитняковую отдельность, которая всегда параллельна поверхности потоков, а в жилах параллельна стенкам. Излившиеся во время вулканических извержений лавовые массы образуют комплекс разнообразных по составу и строению эффузивных горных пород [8].

Газообразные продукты вулканической деятельности

Газообразные продукты содержатся в магматическом расплаве в значительных количествах и частично могут поступать во время извержения из боковых пород. Газы, поступающие из боковых пород, играют столь незначительную роль при извержениях вулканов, что при дальнейшем изложении их можно не принимать в расчет. Выделение газообразных продуктов из магмы происходит при ее кристаллизации или при уменьшении давления в магматическом очаге и главным образом в жерле вулкана. В глубинных магматических очагах выделившиеся газы в качестве летучих компонентов магмы проникают во вмещающие породы, оказывая на них метаморфизующее действие. Если же магма в результате тектонических движений поднимается близко к земной поверхности, то выделившиеся газы усиливают давление и прокладывают себе выход на поверхность, превращая магматический очаг в вулканический.

Когда жидкая магма достигает поверхности и спокойно изливается, как, например, в кратере вулкана Килауэа на Гавайских островах, то происходит также спокойное выделение газов в виде лопающихся пузырьков, создающих картину спокойного кипения лавы. Чаще же выход газообразных продуктов сопровождается взрывами большой силы во время извержений вулканов, с выбросом огромных масс газов и паров воды в атмосферу в виде гигантских столбов на тысячи метров над вулканами. Такие столбы (например, у вулкана Стромболи) содержат раскаленные частицы пепла, светящиеся и видимые ночью. У других вулканов количество извергаемых вместе с газами пепловых частиц гораздо больше, что придает газовому столбу вид дымового. Расплываясь в стороны в верхних слоях атмосферы, такой пепло-газовый столб принимает пиниеобразный характер, т. е. приобретает сходство с итальянской сосной пинией, у которой высокий ствол увенчан раскидистой кроной в виде зонтика. Третий тип извергаемых газовых масс, называемый палящими или жгучими тучами, появился при извержении вулкана Мон-Пеле в виде раскаленного облака горячих газов с температурой в сотни градусов, уничтожившего город Сен-Пьер [9].

Химические анализы многочисленных газовых проб из разных вулканов и в различные стадии их деятельности показывают, что в составе вулканических газов, как правило, преобладают пары воды, находящиеся при очень высоких температурах частично в диссоциированном состоянии. Так, в свободно выходящих газах лавового озера в кратере Килауэа среднее количество водяного пара в 24 пробах составляло 68,2% объема. Газы из лав других вулканов Гавайских островов и вулканов Мон-Пеле (о. Мартиника), Лассен-Пик (Калифорния) и других содержат около 80 % водяного пара, а в фумаролах «Долины десяти тысяч дымов» (Северная Америка) пары воды достигают 99% объема. Некоторые вулканы извергают газы с незначительным содержанием водяного пара. Кроме паров воды в вулканических газах присутствуют в более или менее значительных количествах (в убывающем порядке) углекислота, окись углерода, азот, водород, метан, хлор, фтор, газообразные соединения серы и бора, аргон и некоторые другие газы. Часть газов выделяется из лавы уже после извержения в виде фумарол. Основная масса газовой части извержений состоит из паров воды.

Фумарола (итал. fumarola, от лат. fumo- дым) - трещины и отверстия, располагающиеся в кратерах, на склонах и у подножия вулканов и служащие источникам горячих газов (H2О, HCl, HF, SO2, CO2, H2S, H2 и др.). Выделяются первичные фумаролы, по которым поднимаются выделяющиеся из магмы газы и вторичные фумаролы, в которых источником газов служат ещё не остывшие лавовые потоки и пирокластические отложения, не имеющие прямой связи с жерлом вулкана [10].

Рисунок 3 - Фумарола и серные отложения, образовавшиеся вокруг нее

Выход вулканического газа через фумаролы являются поствулканическим явлением и свидетельствуют о переходе вулкана в промежуточную между извержениями стадию или его окончательном затухании.

Фумаролы классифицируются по месту их выхода, по составу выделяющихся газов и по температуре. По первому признаку различают:

) фумаролы лавового озера, кратера, его дна и стенок;

) фумаролы склонов вулкана, выделяющиеся из трещин и отверстий (бокка);

) фумаролы лавовых потоков и раскаленных вулканических выбросов.

Состав газовых выделений во многом зависит от температуры. Различают следующие типы фумарол:

сухие - температура около 5000°С, почти не содержит водяных паров; насыщен хлористыми соединениями.

кислые, или хлористо-водородно-сернистые - температура приблизительно равна 300-4000 °С.

щелочные, или аммиачные - температура не больше 1800°С.

сернистые, или сольфатары - температура около 1000°С, главным образом состоит из водяных паров и сероводорода.

углекислые, или моферы - температура меньше 1000°С, преимущественно углекислый газ.

Горячие (650 - 1000 °C) сухие фумаролы, содержат незначительное количество водяного пара, а выделяемые ими газы содержат сублиматы щелочных галогенидов (NaCl, KCl и других) [11].

Фумарольные дымы большинства остальных фумарол содержат большое количество водяного пара. Его основным источником являются грунтовые воды, разогретые лежащими близко к поверхности слоями магмы и высокотемпературными фумарольными газами. Помимо воды, через фумаролы выделяется углекислый газ, всевозможные оксиды серы, сероводород, галогеноводороды и другие химические соединения, что делает эти выделения опасными для человека. Тем не менее, насыщенные водой фумарольные дымы - это питательная среда для некоторых видов бактерий, и многие минералы, образующиеся у фумарол, например, самородная сера, имеют биологическое происхождение.

В случае, недостаточного разогрева подземных вод, водяные пары после выхода из фумаролы или незадолго до этого вновь переходят в жидкое состояние. Таким образом, появляются специальные гидротермальные растворы - фумарольные термы. Подобные источники обычно содержат кислые сульфатные воды и встречаются неподалёку от кратеров вулканов.

Выходы вулканических газов на дне моря при подводных извержениях называются подводными фумаролами. В результате подводныхэксгаляций морская вода пополняет свой солевой состав и выделяет коллоидную фазу. Предполагают, что так могли формироваться железомарганцевые конкреции и залежи сульфидных руд.

Большое количество фумарол имеется в регионах с активной вулканической деятельностью: в Йеллоустоунском национальном парке и национальном парке Катмай (Долина десяти тысяч дымов) в США, в России (на Камчатке и Курильских островах, в т.ч. возле вулкана Авачинская сопка, расположенного недалеко от Петропавловска-Камчатского), Исландии, Чили и Китае. Обследованное марсоходом MER-A "Spirit" образование "HomePlate" на холмах Колумбии в кратере Гусева предположительно также является остатками фумаролы.

Изучение состава газов при извержениях представляет большие трудности. В.Ф.Попов и И.З.Иванов пытались уловить их непосредственно из лавового пузыря на поверхности движущегося лавового потока. Зарубежные ученые Дей и Шеперд спустились в газовых масках на дно кратера Килауэа и засунули железную трубку в трещину лавового пузыря в непосредственной близости от лавового озера. По их данным, газ, извлеченный из свежей лавы Килауэа, содержал:

Выброс газов из вулкана Везувий (по Кеттлеру):

СО2 - 5,7%; Аr - 0,003%; СО - 0,6%; Н2О - 90%; Н2 - 1,1%; S2 - 1,38%; N2 - 0,26%; Cl2 - 0,4 % [2].

В фумаролах вулкана Катмай в «Долине десяти тысяч дымов» присутствовали хлористоводородная кислота, углекислота, сернистый водород, азот, фтористоводородная кислота; второстепенными были кислород, окись углерода, аргон и аммиак. Количество выбрасываемых при извержении газов установить очень трудно. Ученые Альфано и Фридлендер считают, что в 1906 г. Везувий выбросил газов во много раз больше как по объему, так и по весу, чем пепла и лавы вместе взятых.

Вулканические газы, пары воды и пепел, попадая в атмосферу, способствуют некоторым изменениям ее состояния. После извержения вулкана Ксудач на значительной территории Дальнего Востока наблюдалось удивительно влажное лето, что связывалось с обильными выбросами пара и конденсацией его пепловыми частицами. Часто тонкие пепловые частицы изменяют состояние атмосферы и условия прохождения световых лучей. Вследствие этого, например, после извержения вулкана Кракатау, в ряде мест наблюдались своеобразные розовые и красные зори и закаты.

Газообразные продукты играют во взрывной деятельности вулканов главнейшую роль. Выделяющиеся из магмы газы накапливаются в верхних частях вулканических очагов и создают колоссальное давление снизу на перекрывающие твердые породы. При появлении в кровле тектонических трещин, иногда в результате этого же давления, газы устремляются по ним, как по направлениям наименьшего сопротивления, особенно в местах пересечения трещин, и мощными взрывами прокладывают себе путь выхода на поверхность. Взрывы достигают иногда такой силы, что не только образуют широкий трубообразный канал-жерло, но даже разрушают частично или полностью сам вулкан, как это было при извержениях вулканов Кракатау в Зундском проливе, Бандай - Сан в Японии и Катмай на Аляске [12].

Твердые продукты вулканической деятельности

Большинство вулканов одновременно с лавой выбрасывают огромное количество твердых продуктов. Некоторые исследователи, в частности английский вулканолог Тиррель, считают, что количество твердых продуктов в десятки, а то и в тысячи раз превышает количество лавы. Твердые продукты представляют собой обломки самой различной величины - от долей миллиметра до нескольких метров в диаметре. Провести точную грань между жидкими и твердыми продуктами не всегда удается, так как жидкая капелька лавы быстро застывает в воздухе и падает на землю в виде твердого шарика.

Твердые продукты вулканизма подразделяются по величине обломков на следующие типы:

) вулканический пепел, пыль;

) вулканический песок;

) вулканические камешки (лапилли);

) вулканические бомбы;

) вулканические глыбы.

Все эти продукты извержения образуются за счет раздробления при взрывах застывшей лавы прежних извержений, а также осадочных и магматических пород, слагающих жерло вулкана. Чем больше взрывная волна, тем больше количество твердых продуктов извержения; их очень много при извержениях бандайсанского, катмайского и пелейского типов (рисунок 4) и относительно мало при извержениях исландского и гавайского типов (рисунок 5).

Рисунок 4 - Пелейский тип извержения вулкана

Пелейский тип извержений характеризуется образованием грандиозных раскалённых лавин или палящих туч, а также ростом экструзивных куполов чрезвычайно вязкой лавы. Своё название этот тип извержений получил от вулкана Мон-Пеле на осторове Мартиника в группе малых Антильских островов, где 8 мая 1902 года взрывом была уничтожена вершина дремавшего до этого вулкана и вырвавшаяся из жерла раскалённая тяжёлая туча уничтожила город Сен-Пьер с 40 000 жителями. После извержения из жерла вылезла «игла» вязкой магмы, которая достигнув высоты 300 метров, вскоре разрушилась. Подобное извержение произошло 30 марта 1956 года на Камчатке, где грандиозным взрывом была уничтожена вершина вулкана Безымянного. Туча пепла поднялась на высоту 40 км, а по склонам вулкана сошли раскалённые лавины, которые, растопив снег, дали начало мощным грязевым потокам.

Рисунок 5 - Гавайский тип

Извержения гавайского типа могут возникать вдоль трещин и разломов, как при извержении вулкана Мауна-Лоа на Гавайях в 1950 году. Они также могут проявляться через центральное жерло, как при извержении в кратере Килауэа Ики вулкана Килауэа (Гавайи) в 1959 году.

Данный тип характеризуется выбросами жидкой, высокоподвижной базальтовой лавы, формирующей огромные плоские щитовые вулканы. Пирокластический материал практически отсутствует. В ходе извержений через трещины фонтаны лавы выбрасывается через разломы в рифтовой зоне вулкана и растекаются вниз по склону потоками небольшой мощности на десятки километров. При извержении через центральный канал лава выбрасывается вверх на несколько сотен метров в виде жидких кусков типа «лепёшек», создавая валы и конусы разбрызгивания. Эта лава может скапливаться в старых кратерах, формируя лавовые озёра.[13]

В момент извержения вулкана вылетают из кратера со скоростью 500-600м/c.:

) Вулканический пепел представляет собой мельчайшие (от долей до миллиметра) остроугольные обломки пемзы, стекла, различных минералов, видимые только под микроскопом. Цвет вулканического пепла самый разнообразный. Из камчатского вулкана Ксудач в 1907 г. был выброшен пепел желтого цвета, часть пепла вулкана Кракатау имела красный цвет. Вулканический пепел выбрасывается иногда в огромных количествах. При извержении вулкана Ксудач его было выброшено около 3 км³. Еще большее количество пепла (около 20 км³) было выброшено при извержении вулкана Катмай (1912 г.).

Пепел может распространяться на очень большие расстояния от кратера вулкана, так как при взрыве он выбрасывается в высокие слои атмосферы, где разносится воздушными течениями. Предполагается, что вулканический пепел из вулкана Кракатау дважды облетел земной шар, в связи с чем, в Европе в последующие годы выпадали дожди красного цвета.

Скорость перелета пепла достаточно большая; во время извержения вулкана Аски в Исландии через 12 часов после извержения пепел оказался на западном берегу Норвегии, а еще через 10 часов долетел до Стокгольма, т. е. скорость его переноса достигала 80-100 км/час (рисунок 6).

Рисунок 6 - Вулканический пепел

Вулканический пепел, оседая на склонах вулкана или на некотором расстоянии от него, образует вулканический туф.

Вулканический туф - это горная осадочная порода, которая образовалась преимущественно из вулканического пепла, который оказался на поверхности после извержения вулкана. Соответственно, эту породу добывают на прилегающих к вулканам территориях. Богатые месторождения такого камня находятся на территории Италии, Кабо-Верде, Армении и Исландии. Самым крупным из них считается Артикское туфовое месторождение, в котором насчитывается более 250 млн м2; этого минерала.

Более половины химического состава данной горной породы образуется за счёт оксида кремния (49-75 %) и окиси алюминия (9-23 %). Помимо этого, в состав камня входят оксиды железа, магния, калия, натрия и других химических элементов в незначительных количествах. Вулканический туф возник путем смешения жидкой лавы с частицами песка и вулканического пепла. Эта порода является пористой (пористость находится в пределах 21,3-46,6 %), образованной путем скрепления тем или иным путём обломочного материала. Окраска материала может быть различной. В природе можно встретить: чёрный, коричневый, бурый, красный, кремовый, оранжевый, жёлтый, фиолетовый, синевато-белый, белёсо-зелёный и другой цвет данного камня. Многие экземпляры имеют неоднородную окраску, наблюдаются вкрапления в базовую палитру иных цветов (рисунок 7).

Рисунок 7 - Вулканический туф

Физико-механические характеристики варьируются в зависимости от вида камня. Например, степень спекания, в зависимости от которой выделяют спёкшиеся и сцементированные разновидности, определяет параметр прочности. Плотность породы составляет 2400-2610 кг/м3; объёмный вес варьируется от 1370 до 2050 кг/м3. Степень водопоглощенияпо весу может достигать 23,3 %. Морозостойкость данного материала невелика - около 25 циклов замерзания-оттаивания. Коэффициент водонасыщения варьируется в пределах 0,57-0,86, коэффициент размягчения - 0,72-0,89. Предел прочности вулканической породы при сжатии составляет 13,3-56,4 МПа. Для строительных целей большое значение имеет такая характеристика этого камня, как низкая теплопроводность (0,21 - 0,33 Вт/°С). По результатам исследований в местах с холодным климатом установлено, что сооружение, построенное из вулканического туфа или облицованное плиткой из него, долго сохраняет большое количество тепла, что экономит немало средств на отопление. Теплоотдачу благодаря его применению можно снизить на 35-40 %.

По составу различают липаритовые, дацитовые, андезитовые, базальтовые и прочие разновидности. По плотности трассы выделяют (плотные) и пуццоланы (рыхлые). По характеру обломков выделяют разновидности: витрокластические - из обломков вулканического стекла, кристаллокластические - из отдельных металлов, литокластические - из обломков горных пород, а также смешанного состава.

Вулканический туф широко используется в строительных и архитектурных целях. Он обладает тепло- и звукоизоляционными качествами, прочностью, долговечностью. Простота его добычи и лёгкость в обработке позволили ещё древним народам использовать его в качестве строительного материала, из которого были возведены такие известные культовые объекты, как монастырь Лмбатаванк (VII в.), церкви Аствацацин (VI в.), Ереруйк (V в.) и другие сооружения, которые дошли до наших дней в полной сохранности. Сейчас в цельном виде вулканический туф выходит на рынок в виде крупных стеновых блоков или облицовочных плит. Ему можно найти применение и в наружной облицовке здания, и в дизайне внутреннего интерьера. Благодаря гидравлическим качествам туф используют в виде песка или щебня для различных растворов, добавки к цементу, воздушной извести, к другим строительным и штукатурным смесям. Из него производят стойкие краски, включают его в состав шлакобетонных блоков. Также его используют для изготовления художественных поделок и предметов домашнего обихода.

Пласты пепловых пород, накопившиеся в результате прошлой деятельности ныне потухших вулканов, встречаются очень часто, причем иногда в значительном удалении от вулкана. Например, пеплы вулканов, извергавшихся в Закарпатье, были встречены к северу от Карпат в Подолии, а пеплы кавказских вулканов встречаются в Воронежской области. Толщина пластов этих пород достигает иногда нескольких метров.

) Вулканический песок содержит зерна, более крупные, чем пепел (от 1-5 мм до горошины); состоит он также из мелких перетертых частиц раздробленной лавы и боковых пород; при осаждении обычно бывает перемешан с пеплом (рисунок 8).

Рисунок 8 - Вулканический песок

3) Лапилли - (от лат. lapillus - камешек), округлые или угловатые вулканические выбросы размером от 2 до 50 мм имеющие разнообразные формы. Состоят из застывших в полете кусков свежей лавы, старых лав и чуждых вулкану пород. Они почти всегда богаче буроватым или зеленоватым стеклом, чем соответствующие им застывшие лавы (рисунок 9).

Рисунок 9 - Лапилли

) Из кратера вулкана в большом количестве выбрасываются и более крупные, чем песок и пепел, обломки самых различных размеров -вулканические бомбы. Все они, как правило, угловаты и очень различны по составу. Вулканические бомбы- крупные куски затвердевшей лавы размером в поперечнике от нескольких сантиметров до 1м и более, а в массе достигают нескольких тонн (во время извержения Везувия в 79г., вулканические бомбы «слезы Везувия» достигали десятков тонн) (рисунок 10). Они образуются при взрывном извержении, которое происходит при быстром выделении из магмы содержащихся в ней газов. Вулканические бомбы бывают 2-х категорий:

возникшие из более вязкой и менее насыщенной газами лавы; они сохраняют правильную форму даже при ударе о землю из-за корочки закаливания, образовавшейся при их остывании.

формируются из более жидкой лавы, во время полета они приобретают самые причудливые формы, дополнительно усложняющиеся при ударе.

Рисунок 10 - Вулканические бомбы

) Вулканические глыбы это наиболее крупные (>1 м) обломки лав, выбрасываемые из жерла вулкана в твердом состоянии.Во время извержения горы Вулькано однажды была выброшена глыба объемом 25 м³ и весом 68 т. В большом количестве обломки выделяются обычно в первую фазу извержения, когда происходит прорыв основного жерла, затем к ним примешиваются во все возрастающем количестве лапилли и лавовые бомбы. Обломки вместе с вулканическим песком и пеплом скапливаются на склонах вулкана у его подножия и главным образом в рытвинах и канавах, бороздящих склон (рисунок 11).

\

Рисунок 11 - Вулканические глыбы

Образование твердых продуктов вулканических выбросов может происходить как за счет старых и свежих лав вулкана, так и за счет разрушения стенок его канала, сложенных осадочными, метаморфическими и другими породами. В первом случае выброшенный материал является родственным, генетически связанным с магматическим расплавом, а во втором случае - посторонним, не имеющим с магмой прямой генетической связи. В тех редких случаях, когда обломочный материал выбросов не имеет отношения к этим двум источникам, а принадлежит к самым глубоким слоям земной коры, как, например, а алмазоносных трубках Кимберли в Южной Африке и Якутии в Сибири, такие обломки считают интрателлурическими (вынесенными из глубины). Крупные обломки, выбрасываемые при вулканических извержениях обычно падают в непосредственной близости от вулкана. [14]

Заключение

Для написания курсовой работы на тему «Продукты вулканической деятельности» стояли следующие задачи:

изучить жидкие продукты вулканизма - лавы: их состав, строение, свойства;

рассмотреть состав, типы, температуру, количество и роль газообразных продуктов вулканизма;

описать твердые продукты вулканизма: их виды, размеры, свойства, скорость выхода, последствия выброса.

Решив поставленные задачи, можно сделать следующие выводы:

Продукты извержений состоят главным образом из вещества самой магмы и в меньшей степени из захваченных взрывом боковых пород, в которых проходит жерло вулкана. Продукты эти представлены газообразными, твердыми и жидкими веществами, количественные соотношения и состав которых различны для разных типов вулканов и даже для различных извержений одного и того же вулкана. При этом извержения вулканов редко сопровождаются спокойным выходом на поверхность жидкой лавы и газов, чаще же они начинаются взрывами с выбросами больших масс газообразных и твердых продуктов.

Жидкие продукты вулканической деятельности представлены лавой. Лава это раскалённый жидкий или очень вязкий расплав горных пород, преимущественно силикатного состава (SiO2 примерно от 40 до 95 %), изливающийся на поверхность Земли при извержениях вулканов. При застывании лавы образуются эффузивные (излившиеся) горные породы, может образоваться лавовое плато. Температура лавы колеблется в пределах от 500 до 1200 °C.

Газообразные продукты - фумаролы и софиони, играют важную роль в вулканической деятельности. Во время кристаллизации магмы на глубине выделяющиеся газы поднимают давление до критических значений и вызывают взрывы, выбрасывая на поверхность сгустки раскаленной жидкой лавы. Также при извержении вулканов происходит мощное выделение газовых струй, создающих в атмосфере огромные грибовидные облака.

Твердые продукты включают в себя вулканические глыбы, бомбы, лапилли, вулканический песок и пепел. В момент извержения они вылетают из кратера со скоростью 500-600м/c.

Вулканизм представляет собой один из наиболее характерных геологических процессов, имеющих огромное значение в истории развития и формирования земной коры. Вулканы воздействуют на природную среду и на человечество несколькими способами, но особенно большое значение они имеют в изменении климата Земли.

Список использованных источников

Ритман, А. Вулканы и их деятельность. /А. Ритман. - М., 1964.

Стафеев, К.Г. Жизнь вулкана. / К.Г. Стафеев - М.: Просвещение, 1982. - 128 с.

Мелекесцев И.В. Вулканизм и рельефообразование. - М.: Наука, 1980. - 211 с

Арналис К., Занимательный атлас - Вулканы / К. Арналис; (пер. с фр.). - Изд-во Атлас, 2007.

Короновский, Н.В., Якушова, А.Ф. Основы геологии: учебник для географ.спец. вузов. / Н.В. Короновский, А.Ф. Якушова. - М.: Высш. шк., 1991. - 416 с.

Апродов В.А. Вулканы. - М.: Мысль, 1982. - 361 с.

Курс общей геологии./ под ред. В.И.Серпухов [и др.]- М.: Недра, 1976. - 535 с. вулканизм лава газообразный твердый

Хорст Р. Вулканы и вулканизм. - М.: Мир, 1982. - 344 с.

Мархинин Е.К. Вулканизм. - М.: Недра, 1985. - 288 с.

Башарина, Л. А., Вулканические газы на различных стадиях активности вулканов / Л.А. Башарина; в сб.: Тр. лаборатории вулканологии АН СССР, в. 19. - М., 1961.

Тазиев Г. Вулканы. - Пер. с франц. - М.: Мысль, 1963. - 117 с.

Мархинин Е.К. Вулканы и жизнь. - М.: Мысль, 1980.

Макдональд Г.А. Вулканы. - Пер. с англ. - М.: Мир, 1975. - 431 с.

Арналис К. Вулканы. / К. Арналис - М.: Мысль, 1982. - 349 с.