Menu

Введение в вулканологию

Вулканология изучает основные проблемы вулканизма. Она исследует строение вулканических областей, закономерности образования вулканов и их структуру, вулканические породы и полезные ископаемые, источники энергии, порождающие вулканические извержения, генезис и глубину образования магмы, питающей вулканы, связь вулканов с горообразовательными процессами, а также их морфологию и географическое расположение. Все эти вопросы решаются различными разделами вулканологии.

Морфологическая вулканология — занимается описанием вулканических построек с учетом геоморфологического развития земной поверхности, а также рассматривает географическое положение вулканических ландшафтов и их роль в геоморфологических циклах.

Петрографическая вулканология и петрохимия — изучают структуру и состав вулканических горных пород, генетические соотношения их с магматическими продуктами, условия кристаллизации.

Структурная вулканология (современных вулканических областей) — дает систематическое описание структур вулканических сооружений, объединенных по генетическим признакам и связанных с региональными вулканическими поясами.

Региональная вулканология — рассматривает вулканические пояса и их структурное обрамление, связанное с эволюцией главных тектонических регионов Земли на современном этапе их развития, а также геологическую роль вулканизма.

Динамическая вулканология — описывает вулканические процессы, обусловливающие возникновение вулканов и вулканических структур, типы и динамику вулканических извержений, их влияние на структуру вулканов и продукты вулканической деятельности, роль экзогенных динамических процессов (эрозионных и ледниковых) в формировании и разрушении вулканов.

Вулкано-физика (теоретическая вулканология) — изучает энергетические причины вулканизма, источники и формы энергии, порождающей вулканизм и выделяющейся в результате вулканических процессов; рассматривает связи вулканизма с геофизическими явлениями (тепловыми, сейсмическими, гравитационными, электрическими, магнитными, акустическими), изучает физико-химические параметры вулканических процессов, условия образования вулканических очагов на разных глубинах, характер теплопереноса при вулканических извержениях и его активные агенты (флюиды, магму, газы), энергетические проблемы эксплозивной, эффузивной и экструзивной деятельности вулканов, а также пути использования вулканической энергии.

Палеовулканология — проводит сравнительное изучение вулканических структур древних и молодых вулканических областей, оценивая роль вулканических процессов на соответствующих стадиях развития регионов. Сопоставление древних вулканических структур со структурами новейших вулканических поясов позволяет определить степень интенсивности структурообразования, сопряженного с вулканизмом в древние эпохи, а также установить периоды увеличения и уменьшения роли вулканических процессов в развитии региональных структур.

Характеристика древних вулканических структур и процессов их образования может быть получена при палеовулканологических исследованиях на основе сопоставления продуктов вулканической деятельности и созданных на аналогичных этапах вулканизма структур в современных и древних вулканических областях.

В основу данной работы по структурной вулканологии положен принцип сопряженности вулканизма и тектоники — двух ветвей динамических процессов, питающихся от общих источников глубинной энергии. Это позволяет предполагать существование поясов растяжения, возникающих в результате приближения к земной поверхности аномальных тепловых потоков, приводящих к вулканизму, и поясов сжатия, проявляющихся в виде мощных землетрясений. Эти сопряженные пояса образуют области повышенной подвижности земной коры с интенсивными дифференцированными движениями и вулканизмом. В зависимости от типов структур, на которых расположены подвижные пояса, формируются вулканические зоны разных типов.

Каждому этапу вулканизма соответствует определенное кинематическое состояние вулканического пояса и его рамы, образующих региональную вулкано-тектоническую структуру. В процессе изменения этого состояния и наложения других типов напряжений, возникших в результате вулканических процессов, структуры выполняют иные функции. Они становятся зонами тектонических движений и перемещений рудных растворов, образующих месторождения полезных ископаемых. Структурная вулканология описывает вулкано-тектонические структуры, раму, вулканические пояса и структуры вулканических образований.

Основной задачей структурной вулканологии является изучение первичных форм залегания геологических тел, образовавшихся при вулканической деятельности, и сопутствующих ей вулкано-тектонических процессов. Вулканология не касается древних вулканических структур, позднее преобразованных в толщи осадочных пород в результате денудации, переотложения и складкообразования; достаточно полная характеристика современных структур является основой для изучения древних вулканических формаций. В связи с тем, что глубинная структура и строение фундамента определяют строение вулканических сооружений, рассмотрение структуры рамы и фундамента вулканических областей также входит в задачи структурной вулканологии.

В последние годы усилилась разработка проблем структурной вулканологии в области познания связей региональных геологических структур и вулканических процессов благодаря применению геофизических методов для изучения природы и глубины вулканических очагов. Особенно большое внимание было уделено изучению тепловых потоков и гравитационных и магнитных аномалий.

Из глубины Земли непрерывно поднимается тепловой поток, и определенная концентрация тепла может обеспечить энергию, необходимую для вулканической деятельности. Образование структур земной коры подчинено энергетическим процессам и связано с преобразованием глубинной энергии при ее перемещении к земной поверхности. Различают два главных вида теплопереноса - кондуктивный (молекулярный) и конвективный, обусловленный перемещением теплосистем.

Структурообразующие вулканические процессы в основном связаны с конвективным тепло-массопереносом магматических расплавов, происходящим при медленных движениях земной коры, выражающихся в новейшей тектонике. Изучение глубинных структур вулканических областей выявило роль структурных позиций вулканических сооружений при процессах тепло-массопереноса, преобразования и накопления тепловой энергии в интраструктурах, где возникают периферические вулканические очаги, а также при проявлении вулканизма в более высоких ярусах земной коры.

Размещение вулканических поясов в районах современного структурообразования позволяет предположить, что геологические интраструктуры глубоких частей фундамента вулканов обладают способностью концентрировать тепло, доставлять его к корням вулканов, обеспечивая жизнь его очагам. Величина теплового потока, соответствующая выносу глубинной энергии, не остается постоянной в разных тектонических районах. Естественно, что тепловой поток в вулканических поясах резко изменяется в пространстве в связи с различными структурными условиями тепло-переноса при вулканических процессах.

Структурные различия глубин Земли обусловливают различные типы вулканизма (ареальный, трещинный, центральный), глубину вулканических очагов, типы магм и извержений. В результате возникают особенности эффузивных пород и структур вулканических построек. Можно предположить, что в глубинах Земли существуют теплоизолирующие структуры, создающие тепловой подпор, вызывающий повышение температуры, плавление пород и образование вулканического очага в поднятиях подошвы теплоупора, куда будет устремляться перегретый флюид. Этот процесс, вероятно, близок к рассмотренному В. И. Белоусовым для гидротермальных систем (Белоусов, 1965— 1967гг.).

При вулканической деятельности наиболее характерно перемещение теплоносителей в вертикальном направлении по отношению к поверхности Земли, например, по каналу вулкана, связанному с жерлом, по которому выбрасываются газообразные продукты и изливается лава. Изоляция тепловой трубы жерла от окружающих пород уменьшает тепловые потери при вертикальном перемещении теплового потока.

Наибольшей величины конвективный тепловой поток достигает в жерлах вулканов во время извержений, которые являются наиболее ярким примером быстрого конвективного тепло-массопереноса. И в этих условиях величина теплового потока колеблется в зависимости от типа теплоносителя (газообразного, гипотетической «плазмы» или нагретых в разной степени различных лав), перемещающегося в данный момент по жерлу вулкана к поверхности Земли. Однако возможны избирательные пути перемещения теплоносителей, возникающие в результате боковых проплавлений при движении магмы между слоями и по коническим разломам.

Вулканизм не зависит от поверхностных структур и их состава, а определяется глубинной интраструктурой фундамента. Под ее влиянием тепло-массоперенос создает новую субструктуру фундамента вулкана. Следовательно, для образования вулкано-тектонического пояса необходимы структурные условия, обеспечивающие вулканические процессы аномально высоким тепловым потоком.

Величина теплового потока в пределах вулканических поясов обычно больше, чем в горных породах, ограничивающих их рам, а в телескопированных рифтах она увеличивается по направлению к срединному рифту.

Одной из задач структурной вулканологии должно быть объяснение геологических условий, при которых происходит локальное накопление тепла, способного вызвать образование вулканических очагов или обеспечить перемещение магмы из глубин Земли в эти очаги, которые в таком случае следует считать промежуточными.

Проблемы структурной вулканологии также тесно связаны с общей теорией развития Земли как планеты.

Можно предположить, что в начальные стадии развития Земли ее поверхность обладала однородной структурой, имеющей сходство либо с устойчивой корой, либо с обширной подвижной областью. В последнем случае дальнейшее ее развитие привело к геосинклинальному состоянию, из которого возникли ядра первичных континентов. Но более вероятно, что уже в древние эпохи существования Земли ее структуры развивались неравномерно и находились на разных стадиях геологического развития. В эти периоды, вероятно, существовали устойчивые зоны — прообразы кристаллических щитов и платформ и подвижные зоны (характеризующиеся бурными и многообразными вулканическими излияниями) — прообразы орогенных поясов, где наряду с зарождением и ростом новых структур происходили процессы распада структур, ранее образованных.

Структурная неоднородность земной коры, возникшая на первых этапах геологической истории Земли, рассматривается как предпосылка для образования континентов и океанов — основных современных глобальных структур, на границах которых (в геосинклинальных областях) формировалась значительная часть континентальной земной коры. Океаническая земная кора и ее субстрат даже в межконтинентальных и регенерированных геосинклиналях вовлекались в геосинклинальный процесс. Однако динамика глубинных структур, связанных с вулканизмом, заставляет предполагать, что новое вещество поступало с глубины не более 200 км.

Представления об истории вулканической деятельности зависят от решения основных вопросов, связанных с развитием Земли как планеты. Можно предполагать, что и в далеком прошлом вулканизм был связан с контрастным развитием структур, обусловленным разогреванием недр Земли.

Независимо от источников глубинной энергии ее накопление и перенос были сопряжены со структурообразованием, сопровождавшим трансформацию энергии в процессе ее передачи к земной поверхности. Мощность энергопереноса и сопровождавшие его структурные процессы (вплоть до горообразования) определяли типы перемещения вещества в расплавленном, газообразном и твердом состоянии в вулканическом процессе, при циркуляции подземных горячих вод или излучении в пространство теплового потока разной интенсивности. Эти саморегулирующиеся процессы энергопереноса заключены в рамы вулканических поясов, гидрогеологических систем и структур с аномальным тепловым потоком.

Основной задачей структурной вулканологии является изучение структурных условий тепло-массопереноса, выражающегося в вулканических процессах.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4518 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:7665 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4614 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Усиление железобетонных конструкций

Общие положения. В практике реконструкции промышленных зданий и сооружений часто возникает Необходимость усиления конструкций и их отдельных элементов. Необходимость усиления основных несущих элементов зданий (фундаментов, колонн, подкрановых...

31-07-2009 Просмотров:64577 Реконструкция промышленных предприятий.

Параметры разведочных скважин на шельфе …

Бурение скважин разведочных на твердые полезные ископаемые, разведочных на строительные материалы, инженерно- геологических и структурно-картировочных должно обеспечить получение, соответственно: полной и исчерпывающей информации, необходимой для всесторонней оценки месторождения полезного ископаемого; гранулометрического и...

12-01-2011 Просмотров:10752 Морские буровые моноопорные основания

Составление проекта сети постоянного съе…

Постоянное планово-высотное съемочное геодезическое обоснование на станциях и перегонах железных дорог создается для выполнения текущих разбивок от закрепленных пунктов при реконструкции- и развитии линий, при строительстве искусственных сооружений и вторых...

27-07-2010 Просмотров:9007 Постоянное планово-высотное съемочное обоснование