Рідкі продукти виверження – це лави. Їхня в’язкість може значно відрізнятися: від зовсім рідких (консистенції розведеної сметани), до дуже густих. Густина лави прямо залежить від її хімічного складу, передусім від вмісту SiO2. За цим принципом магми поділяють на кислі (ліпаритові і дацитові; вміст SiO2 понад 65%), середні (андезитові; 65–52%), основні (базальтові; 52-45%) та ультраосновні (пікритові; до 45%). Основні та ультраосновні лави збагачені кальцієвими та залізисто-магнезіальними сполуками; це переважно високотемпературні базальтові лави (1100–1200°С). Кислі й середні лави в разі виходу на поверхню мають температуру 750– 900°С. Ультраосновні магми зрідка виливаються на поверхню. Вони утворюють переважно глибинні тіла.
Лави застигаючи утворюють різноманітні форми: обеліски, брили і потоки різної форми, виповнюють заглиблення в рельєфі, у випадку підводних виливів набувають подущастих та кулястих форм (їх називають
подущаті і кулясті лави).
Газоподібні продукти супроводжують виверження завжди. Вони відіграють дуже важливу роль у вулканічних експльозіях (вибухах) і дають інформацію про природу глибинних флюїдів. Очевидною є і їхня провідна роль у формуванні атмосфери та гідросфери. Деякі дослідники вважають, що гідросфера винятково вулканічного (глибинного) походження. Усі гази, відібрані безпосередньо в вулканічних жерлах та з охолоджених лав, а також із включень консолідованих лав, мають приблизно однаковий склад. Найбільше вони містять водню, оксигену, вуглецю і сірки. В конкретних умовах залежно від температури і тиску ці елементи об’єднуються в різні молекули. У вулканічних газах завжди наявна вода, однак при високих температурах вона обмежено дисоціює на Н2 та О2. Сірка є у вигляді H2S, самородна, у вигляді SO2 або навіть як мікроскопічні частинки сульфатів, що їх виносять гази в розсіяному стані. Вуглець перебуває у складі СО та СО2. В усіх випадках вулканічні гази складаються переважно з Н2О та другого за кількістю компонента СО2. Їхнє співвідношення коливаються від 3 до 10. Крім цих компонентів у вулканічних газах містяться також сірка, бор, азот, аргон та деякі рідкісні гази. Завдяки хлору і фтору тут з’являються НF i HCl. Природа всіх газів не зовсім ясна. Очевидно, що частина СО2 може з’являтися внаслідок термічної деструкції карбонатів під час проходження магми через шари осадових порід (збагачених карборнатами). Аргон, як і азот, може частково бути атмосферного походження і забруднювати проби в разі відбору. Проте він значно представлений радіогенним ізотопом 40Ar, який утворився внаслідок розпаду 40К у мантії. Аргон і азот виділяються безпосередньо з як розпеченої лави, так і з тріщин, що виникають на схилах вулкана.
Струмені гарячого вулканічного газу називають фумаролами. Це гази групи галоїдів, сірки, вуглецю водню, рідше азотні та вуглеводневі. Чимало містять водяної пари.
Хімічний склад газів значно залежить від стадії вулканічної діяльності. На першій стадії виділяються сухі фумарольні гази при температурах 650– 1100°С. Вони характерні для стадій високої вулканічної активності і представлені хлористо- і фтористоводневими сполуками, парів води нема. В жерлах вулканів відкладаються галіт, сильвін, хлориди та сульфати міді, свинцю і заліза. З другою стадією (400–650°С) пов’язані каислі фумароли, які відповідають стадії середньої активності. Вони представлені НСl, SO2, H2S, водяною парою та еманаціями хлоридів заліза магнію, алюмінію тощо. На третій стадії з’являються лужні фумароли (температура 200–400°С), що виділяють водну пару, гази аміачних солей, сульфатів амонію та фторидів. Фумароли при температурі 300–100°С називають сольфатарами, або сірчистими фумаролами. Головними газами на цій стадії є SO2, H2S, CO2, значні кількості водяної пари, еманації сірки, квасці і сульфати. Перераховані типи фумарол свідчать про високу вулканічну активність району. На четвертій стадії згасання вулканічної діяльності – виділяються мофетні (вуглекислі)
76
фумароли (температура до 100°С). Остання, п’ята стадія відповідає дуже слабкій активності до майже повного припинення виділень магматогенних газів; виходять лише парові струмені, які виникають, головно, внаслідок паровиділення з перегрітих підземних вод; з газів головними є азот і СО2.
Тверді продукти вивержень утворюються під час газових вибухів. Головна їхня частина виникає внаслідок застигання розсіяної лави, викинутої на значну висоту і потім осадженої з атмосфери на суходіл або у водний басейн. Такі тверді продукти називають пірокластичними, або тефрами. За розмірами уламків виділяють декілька типів. Вулканічний попіл – це тонкопилуваті частинки, які за зовнішнім виглядом нагадуют попіл. Їхні розміри не перевищують 0,1 мм. У випадку сильних вивержень він може підніматися на значну висоту і поширюватися на дуже великі відстані, повільно покриваючи значні території й утворюючи тонші або грубші прошарки серед різноманітних осадових порід. Вулканічний пісок складений грубшим матеріалом частинками розміром 0,25–2,0 мм. Пісок і попіл спочатку утворюють сипку масу, яка, поступово спікаючись і ущільнюючись, утворює досить щільну породу – вулканічний туф. Ляпіли складені переважно з пористого вулканічного скла. Їхні розміри приблизно до 3 см. Вулканічні бомби – це куски застиглої в повітрі лави, а такожвідірвані від стінок кратера уламки розмірами від 30см дор 1 м і більше. На вигляд це веретено-, грушоподібні, овальні, а інколи і неправильної форми тіла. Такий вигляд свідчить, що вони утворилися частково з пластичної маси, яка, падаючи, оберталася в повіпрі. Разом з тапкими бомбами падають і різноманітні кутасті брили, складені з елементів зруйнованого вибухами вулканічного апарата.
Найбільшими уламками є вулканічні брили. Їхні розміри сягають декількох метрів, а маса – багато тонн. Уламки великих розмірів осідають ближче до кратера, а чим дрібніший матеріал, тим дальше він опиняється від вулкана.
Тверді продукти виверження з часом ущільнюються, цементуються й утворюють вулканічні туфи. Якщо порода складена грубоуламковим матеріалом, то це буде вулканічна брекчія. Грубі утворення з переважанням вулканічних бомб називають вулканічним агломератом.
Вулкани та їх типи. Єдиної класифікації для всіх вулканів нема. Це пов’язане з тим, що практично кожен вулкан значно або чимось відрізняється від інших, і абсолютно ідентичних вулканів не виявлено. Крім того, один і той самий вулкан у різні епохи виверження може виявляти себе по-різному. Різний характер вулканізму – різна будова вулканічних апаратів. Однак, деякі особливості їхньої морфології, а також переважний тип вивержень дають змогу виділити найтиповіші риси, за якими і були названо окремі групи вулканів.
Що ж таке вулкан? Ще зі шкільних підручників географії ми знаємо, що вулкан – це гора, на вершині якої є кратер, що вивергає вогонь. Але глибше ознайомившись з будовою різних вулканів, в тому числі і давніх, бачимо, що усі ці три характеристики можна прийняти лише умовно. Чи завжди вулкан має вигляд гори? Чи обов’язково з кратера виривається полум’я? Чи завжди ознакою вулкана є кратер? Очевидно, що прояви вулканізму настільки різні, що легше описати той чи інший вулкан, ніж дати для усіх загальне визначення. Через це доцільно спочатку навести опис найтиповіших вулканів.
Грецький історик Геродот (приблизно 484–425 рр. до н. е.) описав вулкан на острові Сієру, як гору з отвором на вершині; час від часу з нього виривався дим і вогонь. За грецькою міфологією це був вихід, або “димар” кузні бога вогню Гефеста. Римляни називали цю гору Вулькано; від нього і острів отримав свою назву. Він і став ніби зразком усіх гір, що мають такі особливості і відповідно їх стали називати вулканами. Вулькано приблизно відповідає загальному уявленню про вулкани. Але існують вулкани і зовсім інші, з іншими формами прояву вулканізму. Це залежить від різних але переважно пов’язаних між собою факторів. До найважливіших серед них слід
77
віднести: характер шляхів, по яких рухаються продукти вулканізма (лінійні або тріщинні виверження, виве,рження центрального типу); фізичний стан продуктів виверження (гази, рідкі, в’язкі, сипкі викиди, квазітверді лави, уламки вулканічного апарату); кількість виверженого матеріалу; тип вулканічної діяльності (ефузивна, експлозивна, змішана); середовище виверження (наземне, підводне, підлідне). Розглядаючи вулкани найчастіше дотримуються основного правила поділу їх на лінійні і центральні. Хоча інколи неясно, де слід проводити межі між ними. Адже в лінійних зонах відзначають окремі центри вивержень, які розташовані на певній віддалі один від одного. Деякі дослідники припускають, що усі вулкани зв’язані з лінійними ослабленими зонами земної кори.летальні геологічні дослідження свідчать про те, що вулкани, які мають форму конічних гір з кратером, тобто вулкани центрального типу, цілими ланцюжками посаджені на системи великих тріщин. Відомі випадки, коли безпосередньо перед виверженням на поверхні виникала велика тріщина, вздовж якої починали діяти багато кратерів. З плином часу їхня активність зменшується, а викиди зосереджуються в кількох великих або одному кратері, який уже буде віднесений до вулканів центрального типу. Часто вулкани приурочепні до перетину ліній розломів.
Добре вивченими давніми вулкнами палеогенового часу є алмазоносні кімберлітові жерловини, так звані трубки Південної Африки, які свідчать про експлозивний вулканізм. На поверхні трубка виповнена туфовою вулканічною брекчією, яку називають “синя земля”. Усі трубки мають конисоподібну будову і звужуються доьнизу. На великих глибинах вони зєднані з тріщинами, виповненими ультраосновною магмою. Отже, ми бачимо, що магма вкорінюється в тріщинувату зону і далі, виходячи з неї, перетинає “ослаблені місця” земної кори, внаслідок чоговідбуваються виверження центрального типу. Таким чином поділ вулканів на лінійного і центрального типу може бути зроблений лише для форми їхнього прояву на поверхні. Крім того, певні риси морфології вулканів, а також переважаючий характер вивержень дають можливість виділити з них найтиповіші, за якими названі окремі групи вулканів. Наприклад, гавайський, стромболійський, пелейський типи та ін. Є
також особливості будови, які допомагають виділити різні групи за морфологічними ознаками.
Вулкани – це геологічні тіла, утворені внаслідок вулканічної діяльності і розташовані над отворами земної кори, через які на поверхню Землі виносяться магматичні продукти. Найчастіше сучасні вулкани є горами різної висоти (понад 8700 м разом з підводною частиною – вулкан Мауна-Лоа на Гавайських островах), складені продуктами виверження.
Процеси виверження бувають надзвичайно різноманітними. Різний і склад вулканічних продуктів, зокрема, самої лави, від чого залежить як і тип виверження, так і будова вулканічного апарата. Виверження кислої лави супроводжується звичайно виділенням величезних кількостей ґазів, вибухами та значними руйнуваннями. Зазнають руйнування і викидаються в атмосферу тверді гірські породи, якими складений кратер. У разі підняття до поверхні магма може змінювати свій склад як завдяки виділенню летких компонентів, так і внаслідок змішування й переплавлення навколишніх порід. З магмою уже на глибині відбуваються значні зміни: з неї виділяються гази, які скупчуються під великим тиском у просторі над лавою, через що початок кожного виверження супроводиться значним їх виділенням, після чого відбувається вкорінення і виливання лави.
Отже, під час вулканічних виверженнь виникають три процеси: ефузивний – виливання лави; експлозивний – вибухи і викидом великої кількості пірокластичного матеріалу; екструзивний – витискання пластичної магматичної речовини в квазірідкому або напівзатверділому стані. В цих процесах дуже часто можна спостерігати взаємні переходи і складне їхнє накладення.
78
В від типу виверження залежить і будова вулканічного апарата, а також форми залягання вулканогенної речовини. Серед вивержень, а значить і вулканів, виділяються: центрального типу, тріщинні, деякі вулканологи в окремий тип виділяють ще ареальні.
Вулкани центрального типу мають в плані форму близьку до округлої, а вулканічний апарат представлений різноманітними конусами, щитами, куполами. Вершина цих споруд увінчана кратером – вулканічною лійкою, або чашею. В ідеальному випадку кратер розміщений на вершині нагромаджених вулканічних продуктів і при достатньо частому їх надходженні, зростають розміри вулкану, кркткр піднімається все вище. Від нього в глибину відходить канал трубовидної форми, яким з глибини підводиться магма до поверхні – жерло вулкану. Кратери можуть займати і ексцентричну позицію, а в деякеих вулканів їх може бути декілька, багато з яких можна вважати головними. Великі вулкани, такі як Ключевська сопка на півострові Камчатка, Етна на острові Сицилія з тягом часу покриваються численними, інколи сотнями, дрібніших побічних або паразитичних кратерів. У таких вулканів кожне наступне виверження супроводжується появою нових паразитичних кратерів, в той час як давніші стають не активними. Кратери часто, майже при кожному виверженні, змінюють свії форми. Експльозії супроводжуються обвалом стін кратера і його розширенням, а лава знов їх заповнює. В час активізації піднімається дно кратера, а в періоди між виверженнями воно опускається. В кратерах періодично або постійно можуть існувати лавові озера. Рівень лави в них теж не є постійним. Наприклад, час від часу в кратерах Кілауеа на Гавайських островах чи Ньірагонго та ЕртаАле в Східноафриканських рифтах, рівень стояння лави підвищується і знижується. При виверженні дуже густих лав в кратерах формуються екструзивні куполи, які виповнюють їх або навіть можуть вивищуватиси на сотні метрів над ними і закупорювати канал. Таке закупорювання може бути причиною катастрофічних експлозивних вивержень.
Форма вулканів центрального типу також у значній мірі залежить відвязкості та газонасичкенолсті лави. Рухливі та дуже гарячі лави основного складу швидко розтікаються навколо центрального каналу, внаслідок чого при багаторазовому повторенні нашарування таких потоків виникають плоскі щитові вулкани. Їхні схили мають досить пологий нахил, переважно 3–6°, і лише безпосередньо біля кратера – від 7 до 8°. Діаметр основи вулканів нерідко в двадцять разів перевищує висоту. Кратери щитових вулканів подібні на широкі плоскодонні котли з крутими берегами. Якщо в кратері є канали для підпливу і відпливу лави на дні кратерів може відбуватися конвекція, яка сприяє виникненню киплячих озер. В поперечнику кратери можуть довягати від 100 до 2000 м. Прикладом подібних щитових вулканів є океанські вулкни, але їх можна спостерігати лише там, де вони виходять з-під рівня води – в Ісландії чи на Гаваях. На відміну від вулканів Ісландії лише надводні частини гавайських щитових вулканів Мауна-Лоа та Мауна-Кеа досягають велетенських розмірів, хоча це лише вершини вулканічних споруд океанського дна. Найпоширенішими з цього типу вулканів є ефузивні, або лавові вулкани. В них переважають виливні процеси, за яких лава виливається на поверхню й у вигляді потоків тече по схилах вулканічної гори. Приклади таких вулканів – Гавайські, островів Самоа, Ісландії та ін. Лава у вулканах основна базальтова, рухлива, високотемпературна (до 1300°С). У кратерному озері вулкана Мауна-Лоа лава перебуває у безперервному конвективному русі. Рівень її то знижується, то підвищується. Під час вивержень вона переливається, заливає увесь кратер, діаметр якого по довгій осі перевищує 5 км, і утворює величезне лавове кипляче озеро. Переповнивши кратерне озеро, лава виливається на схили вулкана і з величезною швидкістю тече по його схилах. Швидкість руху базальтових лав досягає 20–40 км/год. Довжина потоків може доходити до 80–100 км. Характером такої рідкої і рухливої магми визначена і будова вулканічного апарата, який складений переважно
79
шарами застиглої лави різних періодів виверження. Найдавніші покриви будуть найнижче, а наймолодші – найвище. Тобто шари лави будуть стратифіковані. Такого типу вулкани називають стратовулканами. Оскільки тут не буває значних газових вибухів, то і тверді продукти майже не утворюються. За морфологією це щитові вулкани, крутість схилів у них не перевищує 5–10°. Для цих вулканів характерні великі кільцеві депресії навколо жерла у верхній частині споруди – кальдери, утворення яких повязують з осіданням покрівлі магматичного джерела. Це гавайський тип щитових вулканів.
Експльозивно-ефузивні вулкани – Етна, Везувій, Стромболі, Вулькано. До цієї категорії належать численні вулкани Камчатки, Курильських та Японських островів, а також західної частини Кордільєрського рухливого поясу. Характерними для них є лави як базальтові, так і андезитового складу з нижчою температурою (1000-1100°). Разом з виливами лави тут відбуваються ґазові вибухи, через що з цими вулканами пов’язана певна кількість експлозивного матеріалу. Для будови вулканічного апарата характерна наявність побічних, або паразитичних, вулканів, що розміщені на схилах головного конуса і через які часто відбуваються виливи лави, не доходячи до головного кратера; зокрема, на схилах Етни їх нараховують 200. З головним жерлом вулкана побічні пов’язані відгалуженнями. За зовнішньою формою ці вулкани є більш-менш правильним конусом з крутістю схилів до 30–40° і більше. У вершинній частині деяких вулканів містяться великі круглі або овальні западини – кальдери, інколи з вертикальними внутрішніми стінками і плоским дном. Там розміщені молоді конуси. Еруптивна діяльність вулканів виявляється періодично, з різним часом між окремими виверженнями.
Експлозивні та екструзивно-експлозивні вулкани. У їхній діяльності переважають значні газо-вибухові процеси з викидом значної кількості твердих продуктів і без або зі значно меншою кількістю лавових виливів. У деяких вулканах в’язка магма витискається в кратер, застигає там і потім у твердому стані виходить у вигляді куполів і обелісків. Особливо яскраво цей тип виявлений у вулкані Мон-Пелє на о. Мартініка (в групі Малих Антильських островів). Виверження відбуваються як сильні вибухи газів, пересичених лавою. Тобто під час вибуху у стовп розпечених газів потрапляють краплинки розплавленої лави та розпеченого попелового матеріалу. Їхня температура становить понад 700–800°, а швидкість руху такої хмари по схилах досягає 40–50 м/сек. Під час виверження 1902 р. така розпечена хмара за декілька хвилин знищила місто Сан П’єр – столицю Мартиніки – разом з населенням (30 тис). Кораблі, які стояли на рейді, перекинулись. Виверження тривало кілька місяців. У кінці з жерла повільно почав висуватися обеліск, який виріс над кратером на 270 м. Частина його відкололась по скісній тріщині, і він набув голчастої форми.
Конусоподібні гори цього типу складені переважно твердими продуктами вивержень, попелом разом з пемзою, уламками екструзивних куполів. Давні вулкани такого типу відомі на Кавказі та інших місцях.
Високотемпературні газово-пірокластичні суміші, випадаючи на поверхню Землі, спікаються й утворюють гірські породи, які називають
ігнімбритами, або туфолавами. Про них зазначено вище.
Тріщинні виверження, вулкани лінійного типу зв’язані з великими розломами, що відіграють роль магмовивідних каналів. Як вивідні канали магма використовує тріщинуваті зони глибокого закладення.
Основна, високорухлива дегазована магма виливається на поверхню у великих кількостях і може буквально затоплювати великі простори, виповнюючи спочатку низинні частини рельєфу і знищуючи все на своєму шляху. У цьому разі виникають лавові плато та істотно змінюється рельєф і ландшафт території. Такі лавові плато формують головний елемент рельєфа Ісландії. Найзначнішим лінійним виверженням в історичному минулому було виверження по тріщині Лаки, довжиною 32 км, яке трапилося 1783 р. і при
80