Учебное пособие по Геологии. Учебное пособие для студентов i курса Разработал В. Г. Юхименко Ижевск 2007 Содержание введение
 Скачать 6.88 Mb.
|
|
базальтовые) лавы, наоборот, окрашены в темные тона, имеют большую плотность, жидкую консистенцию, легкоплавкие, быстро остывают и содержат мало газов. При застывании лав образуются эффузивные, или излившиеся горные породы. Поскольку лавы обладают различными физическими свойствами, то при излиянии их на поверхность Земли образуются эффузивные тела разной формы: купола (конусы), покровы и потоки. Покровы возникают при излиянии лав основного,базальтового состава и нередко занимают огромные площади. Лавовые потоки значительно меньше по площади, образуются в тех случаях, когда лава движется по ущельям, речным или ледниковым долинам. При сравнительно небольшой ширине лавовые потоки в ряде случаев бывают вытянуты на десятки километров. Остывание лавовых тел таких размеров происходит неравномерно, поэтому в их теле появляются характерные трещины, зависящие от состава лавы, размеров лавового потока и характера его остывания. По этим трещинам происходит своеобразное растрескивание лав; это явление называется отдельностью. Различают отдельность столбчатую, матрацевидную, шаровую и др. Помимо газообразных и жидких продуктов во время извержения вулкана выбрасывается большое количество твердых продуктов, которые представлены обломками горных пород или кусками успевшей застыть лавы. Твердые продукты, выбрасываемые в воздух, падают на различном расстоянии от кратера. При этом наблюдается определенная закономерность: более крупные обломки падают у края кратера и скатываются вниз по его внешнему и внутреннему склонам, более мелкие 42 выбрасываются на прилегающие равнины или откладываются у подножия конуса. В зависимости от величины обломков твердые продукты вулканических извержений подразделяются на вулканические бомбы, лапилли, вулканический песок и пепел. Вулканические бомбы —это крупные,от нескольких сантиметров до1м и более в диаметре куски затвердевшей или частично затвердевшей лавы. Форма бомб самая различная — от шаровидной до веретенообразной. Встречаются бомбы менее правильной формы. Лапилли (лат. «лапиллис» —камешек)-представляют собой обломки шлака величиной до (1,5— 3) см в диаметре. Форма лапиллей, как и бомб, весьма разнообразная. Вулканическим песком называются твердые продукты извержения,размер которых не превышает (1—5) мм. Вулканический пепел состоит из мельчайших(менее1мм)частиц лавы, вулканического стекла и других пород. Пепел оседает на склонах конуса или разносится на большие расстояния; при накоплении и уплотнении пепла формируются породы, называемые вулканическим туфом. Из скоплений вулканического материала различных размеров образуются породы, получившие название агломерата, или вулканической брекчии. Типы вулканических извержений Характер извержений бывает весьма различным и зависит от температуры лавы и ее химического состава. Эти свойства определяют качество и количество продуктов извержения, наличие и силу сопровождающих землетрясений и т. д. По таким признакам установлено несколько четко выраженных типов извержений - гавайский, стромболианский, везувианский и пелейский. Гавайский тип извержений характерен для вулканов Мауна-Лоа и Килауэа на Гавайских островах. Это классические щитовидные вулканы с очень пологими склонами (уклон не более 5°) и конусом, сложенным слоями остывшей лавы. Такие пологие конусы образовались в результате излияния подвижной жидкой базальтовой лавы с малым содержанием газов (рис. 5 а). Извержению этого типа предшествует подъем магмы и накопление ее в магматических камерах. По мере возрастания давления лава начинает медленно переливаться через край кратера и разливаться по склону. Наиболее характерными примерами извержений стромболианского типа являются извержения вулканов Стромболи в Средиземном море и Ключевского на Камчатке (рис. 5,6). Лава, изливающаяся из этих вулканов, менее подвижна, заключенные в ней газы выделяются спорадически, в виде взрывов. При этом комки лавы, часто раскаленной, выбрасываются из кратера, образуя бомбы и лапилли. Вот как описывает извержение Ключевского вулкана советский вулканолог Б. И. Пийп. В канун 1945 г. из кратера Ключевского вулкана вырвался огромный клуб газов, высота которого по визуальным подсчетам составила 7 км. Вместе с газом был выброшен огненный столб пепла высотой около 1,5 км. В это же время с вершины вулкана обрушилась лавина бомб, после чего началось выпадение пепла из выброшенного облака. Извержение сопровождалось грохотом, который был слышен на расстоянии 200 км, и многочисленными толчками землетрясений, сила которых достигала (3-5) баллов. Через несколько дней из кратера начала изливаться раскаленная лава, которая стекала вниз по склонам вулкана Излияние лавы продолжалось около 20 дней, после чего началось выделение газовых струй в кратере и по склонам. Подобные извержения Ключевского вулкана повторялись неодн ократно. 43 К везувианскому типу следует отнести извержения таких вулканов, как Везувий, Этна, Вулькано и др. (рис. 5 в). Все они расположены в Средиземном море. Для везувианского типа извержения характерны чрезвычайно мощные выбросы магмы, насыщенной газом. Продукты извержения выбрасываются наружу в виде огромных черных туч, из которых затем выпадают ливни пепла и грязевые потоки. Лава изливаетсяизбоковыхтрещини устремляется по склонам конуса. Пелейский тип-извержения вулкана Мон-Пеле, расположенного на о-ве Мартиника (рис. 5, г). Извержениям этого. Рис. 5. Типы вулканических извержений. типаобычнопредшествуют сильные а – гавайский; б – стромболианский; подземные толчка Магма вулканов в – везувианский; г – пелейский. 1 – застывшая чрезвычайно вязкая и содержит много газов лава; 2 – расплавленная лава; 3 – канал (жерло); Извержение сопровождается сильными 4 – облако газов и пепла; 5 – пепел и бомбы; 6 – черная туча пепла; 7 – «палящая» туча; взрывами, а магма пробивает себе путь через 8 – обелиск вязкой лавы боковые трещины, так как жерло перекрыто куполом. При выходе на поверхность лава вследствие значительной вязкости выдавливается вверх в виде огромной пробки, образующей обелиск. При этом из-под пробки вырываются нагретые газы, капельки лавы и пепла, образующие «палящую» тучу раскаленных продуктов извержения. Как показали наблюдения, характер извержения одного и того же вулкана со временем может измениться. Обычно это бывает связано с изменением химического состава магм, питающих вулкан. На поверхности земного шара лишь небольшое число вулканов постоянно находится в действии. Большая их часть проявляется периодически, долгое время находясь в состоянии покоя. В этом случае все признаки вулканической деятельности исчезают и лишь иногда происходит выделение водяного пара и фумарол. К потухшим вулканам относят те, которые не возобновляли своей деятельности в течение истории человечества. В настоящее время на суше известно более 700 действующих вулканов. Число подводных вулканов практически не поддается учету - только в Тихом океане предполагается наличие не менее 10 тыс. конусов и центров излияния лав. Извержения вулканов — грозные явления природы, часто сопровождающиеся человеческими жертвами и значительными разрушениями. Одно из сильнейших извержений произошло в 1815 г на о-ве Сумбава в Индонезии, когда взорвался вулкан Тамбора. Из кратера было выброшено около 100 км 3 пепла на высоту до 20 км. При этом на удалении до 40 км были разбросаны бомбы диаметром 13 м, а в 150 км от вулкана толщина слоя выпавшего пепла достигала 0,5 м. При взрыве и от его последствий погибло 100 тыс. человек. Другими крупными извержениями в истории являются извержение вулкана Кракатау в Индонезии (1883 г.), при котором погибло 36 тыс., человек; извержение вулкана Мон- Пеле на о-ве Мартиника (1902 г.) с 30 тыс. жертв; извержение Везувия (79 г.н.э.), вулкана Лаки (Исландия, 1783 г.), вулкана Унзедоке (Япония, 1792 г.) и др. Катастрофическим по своим последствия было извержение вулкана Арепас в Колумбии в ноябре 1985 г., когда погибло более 20 тыс. человек. 44 Существенно сказывается деятельность вулканов и на глобальном климате, поскольку в атмосферу выбрасывается огромное количество пыли, в результате чего снижается прозрачность атмосферы и соответственно происходит похолодание. Так, в результате извержения вулкана Тамбора в 1815 г. практически не было лета: в Лондоне отмечалось снижение среднегодовой температуры на 2—3 °С, в Северной Америке вообще не созрел урожай. В целом результаты воздействия на климат могут ощущаться в течение нескольких лет. Изучение распространения действующих вулканов (рис.6) показывает, что вулканическая деятельность приурочена к тектонически активным участкам земного шара — областям современного горообразования и развития глубинных разломов. Рис. 6. Схема размещения областей активной тектонической и вулканической деятельности а — действующие вулканы; б — основные области землетрясений. Вулканы: 1 — Килауэа; 2 — Мауна-Лоа; 3 — Долина Десяти Тысяч Дымов; 4 — Катмай; 5 — Парикутин; 6 — МонПеле; 7 — Суртсей; 8 — Вулькано; 9 — Везувий; 10 — Стромболи; 11 — Этна; 12 — Килманджаро; 13 — Тристан-да-Кунья; 14 — Безымянный; 15 — Фудзияма; 16 — Тааль; 17 — Кракатау Из анализа приведенной карты следует, что большая часть действующих в настоящее время вулканов (около 60 %) сосредоточена на побережье Тихого океана, в зоне так называемого Тихоокеанского «огненного» кольца. Вулканы отмечаются на Аляске и западном побережье Северной Америки, далее цепь их протягивается вдоль Тихоокеанского побережья Южной Америки до Огненной Земли. На западном побережье Тихого океана вулканы непрерывной цепочкой тянутся от Новой Зеландии через острова Фиджи, Соломоновы до Новой Гвинеи, далее через Филиппинские острова, Японию и Курильские острова на Камчатку, где сосредоточено большое количество действующих и потухших вулканов. В северной части Тихого океана известны многочисленные вулканы Алеутских островов, которые, протягиваются от Камчатки к Аляске, как бы замыкая «огненное» кольцо. Другой зоной повышенной интенсивности вулканической деятельности является Средиземноморско-Гималайский пояс.Эта зона прослеживается в широтном направ- лении от Альп через Апеннины, Кавказ до гор Малой Азии. Здесь расположены такие 45 вулканы, как Везувий, Этна, вулканы Липарских островов и Эгейского моря, Эльбрус, Казбек, Арарат и др. Менее обширной зоной распространения вулканов является субмеридиональная Антлантическая зона, которая прослеживается от Исландии через Азорские и Канарские острова до островов Зеленого Мыса. Большинство вулканов здесь потухшие. Наиболее известен действующий вулкан Гекла в Исландии. Небольшая группа вулканов приурочена к Восточно-Африканской зоне разломов. Здесь расположены вулканы Кения и Килиманджаро. 5.2.2. Тектонические движения и дисклокации горных пород. Тектонические движения –это любые механические перемещения внутри земной коры, которые приводят к изменению ее строения. Еще в 1758 году М.В. Ломоносов в своем труде «О слоях Земли» (1763) впервые дал определение и выделил два типа тектонических движений: «Существуют нечувствительные долговременные земной поверхности повышения и понижения и резкие быстрые трясения Земли». Например: Скандинавское побережье поднимается, а Голландия и Германия опускаются; долина реки Рейн на 500 км прослеживается в Северном море, а полуостров Канин Нос (Белое море) во времена Ивана Грозного был островом. Таким образом, земная кора постоянно находится в движении, причем в современной геологии выделяют два основных типа тектонических движений: эпейрогенические (или колебательные); орогенические (складчатые). Эпейрогенические движения –медленные вековые поднятия и опускания земной коры, не вызывающие изменения первичного залегания пластов. Эти вертикальные движения имеют колебательный характер и обратимы, т.е. поднятие может сменится опусканием. Среди этих движений различают: Современные, которые зафиксированы в памяти человека,и их можно измерить инструментально путем проведения повторного нивелирования. Скорость современных колебательных движений в среднем не превышает 1-2 см/год, а в горных районах она может достигать и 20 см/год. Неотектонические движения–это движения за неоген-четвертичное время(25млн. лет). Принципиально они ничем не отличаются от современных. Неотектонические движения зафиксированы в современном рельефе и главный метод их изучения – геоморфологический. Скорость их движения на порядок меньше, в горных районах – 1 см/год; на равнинах – 1 мм/год. Древние медленные вертикальные движения зафиксированы в разрезах осадочных пород. Причем мощность накопившихся осадков рассматривается как мера тектонического опускания за время накопления осадка, а сама слоистость и их ритмичность – показатели колебательных движений. Скорость древних колебательных движений по оценке ученых меньше 0.001 мм/год. Орогенические движения происходят в двух направлениях–горизонтальном и вертикальном. Первое приводит к смятию пород и образованию складок и надвигов, т.е. к сокращению земной поверхности. Вертикальные движения приводят к поднятию области проявления складкобразования и возникновению нередко горных сооружений. Орогенические движения протекают значительно быстрее, чем колебательные. Они сопровождаются активными эффузивным и интрузивным магматизмом, а также метаморфизмом. В последние десятилетия эти движения объясняют столкновением крупных литосферных плит, которые перемещаются в горизонтальном направлении по астеносферному слою верхней мантии. 46 Дислокации осадочных пород Основной областью накопления осадков является дно морей и океанов. Здесь осадки часто отлагаются в виде параллельных, практически горизонтальных слоев. Однако в процессе геологического развития первоначальные формы залегания горных пород обычно нарушаются под влиянием эндогенных процессов, главным образом тектонических движений земной коры. Всякое нарушение первоначального горизонтального залегания горных пород называется дислокацией. Дислокации подразделяются на пликативные и дизъюнктивные. Пликативные дислокации (складчатые нарушения).Это дислокации,которые происходят без разрыва сплошности пластов. Среди них различают следующие основные формы: моноклинали, флексуры и складки. Рис. 7. Моноклиналь (а) и флексура (б). Крылья флексуры: 1 – верхнее, 2 – соединительное, 3 – нижнее. Моноклинали представляют собой толщи пластов горных пород,равномерно наклоненных в одну сторону на значительном протяжении (рис. 7, а) Флексурами называются уступообразные нарушения горизонтально(или моноклинально) лежащих пластов (рис.7, б). Флексуры обычно возникают при блоковых смещениях нижележащих пород. При смещениях небольшой амплитуды разрыва не происходит, но мощность пород в зоне сдвига часто бывает сокращенной. У флексур различают нижнее, соединительное и верхнее крылья. Соединительное крыло представляет собой участок, на котором пласты имеют крутой наклон и сокращенную мощность. Складкообразующие движения наглядно проявляются в образовании пликативных дислокаций – складок. 5.2.3. Землетрясения Землетрясения -это волновые колебания,распространяющиеся внутри и по поверхности Земли. Они вызываются главным образом смещением плит земной коры, процессами в срединно-океанических хребтах, образованием разрывов и вулканической деятельностью; иногда землетрясения можно возбудить искусственно. При движениях вдоль разрывов возникает упругая отдача, включающая медленное накопление упругой деформации и резкое ее высвобождение. Исходная причина движения плит и вулканической деятельности - тепло, выделяющееся в недрах Земли благодаря радиоактивности горных пород. Большинство землетрясений возникает вдоль границ плит в тихоокеанском поясе, в Средиземноморско-Азиатском поясе, на срединно-океанических хребтах и связанных с ними трансформных разрывах. В некоторых местах они происходят почти постоянно. В настоящее время 20% площади России подвержено землетрясениям силой до 7 баллов, что требует специальных антисейсмических мер в строительстве. Более 15% территории находится в зоне разрушительных землетрясений, силой 8-10 баллов. Это 47 Камчатка, Курильские острова и, по существу, весь Дальний Восток, Северный Кавказ и Байкальский регион. Землетрясения повторяются нерегулярно. Пытаясь выработать надежные методы прогноза, геологи и геофизики в нескольких сейсмоопасных районах изучают признаки грядущих землетрясений. Интенсивность землетрясений оценивается по их воздействию на людей, постройки, поверхностный грунт и коренные породы. Оценка производится по специальной шкале: от I до XII баллов (шкала Рихтера). Геологические последствия землетрясений - это в основном обвалы, оползни, возникновение цунами, а также другие явления на земной поверхности. При научном исследовании землетрясений с помощью разного вида сейсмографов записываются продольные (Р-волны), поперечные (S – волны) и поверхностные (L- волны)волны, анализируются условия их отражения, преломления, дифракции и дисперсии. Поскольку различные волны распространяются с разной скоростью, их можно выделять на сейсмограммах. Разность времен прихода Р- и S – волн от очагов землетрясений до сейсмоприемников используется как мера расстояния до очага. Фокус или очаг (гипоцентр)землетрясения-это точка возникновения сейсмических волн. Фокус может быть мелким (неглубоким), промежуточным и глубоким. Эпицентр -точка на поверхности над фокусом. Большинство землетрясений относится к типу мелкофокусных (нормальных). Глубокофокусные землетрясения возникают в зонах, связанных с системами «океанический желоб - островная дуга» и «океанический желоб - граница континента». Среди характерных примеров современных землетрясений - подземные толчки в Ташкенте (1966 г.), в Никарагуа (1972-1973 гг.) и в Гватемале (1976 г.). , Армения (1988 г). |