Вулканические породы ( в научном контексте часто сокращаемые до вулканов ) — это породы , образовавшиеся из лавы, извергнутой из вулкана . Как и все типы горных пород, понятие вулканических пород является искусственным, и в природе вулканические породы подразделяются на гипабиссальные и метаморфические породы и составляют важный элемент некоторых отложений и осадочных пород . По этим причинам в геологии вулканиты и неглубокие гипабиссальные породы не всегда рассматриваются как отдельные. В контексте геологии докембрийского щита термин «вулканический» часто применяется к строго метавулканическим породам . Вулканические породы и осадки, образующиеся из извергнутой в воздух магмы , называются «пирокластикой», и технически они также являются осадочными породами.
Вулканические породы являются одними из наиболее распространенных типов горных пород на поверхности Земли, особенно в океанах. На суше они очень распространены на границах плит и в пойменных базальтовых провинциях . Было подсчитано, что вулканические породы покрывают около 8% нынешней поверхности суши Земли. [1]
Вулканические породы обычно имеют мелкозернистую или афанитовую текстуру. Они часто содержат обломки других пород и вкрапленники . Фенокристы представляют собой кристаллы , размер которых превышает размер матрицы и которые можно различить невооруженным глазом . Ромбовидный порфир является примером крупных вкрапленников ромбовидной формы , заключенных в очень мелкозернистую матрицу. [4]
Вулканические породы часто имеют везикулярную текстуру , вызванную пустотами, оставленными летучими веществами , попавшими в расплавленную лаву . Пемза — это очень везикулярная порода, образующаяся при взрывных извержениях вулканов . [ нужна цитата ]
Большинство современных петрологов при определении происхождения классифицируют магматические породы, в том числе вулканические, по химическому составу. Тот факт, что из одной и той же исходной магмы могут образоваться разные минералогии и текстуры, побудил петрологов в значительной степени полагаться на химию при изучении происхождения вулканических пород. [ нужна цитата ]
Химическая классификация магматических пород основана, прежде всего, на суммарном содержании кремния и щелочных металлов ( натрия и калия ), выраженном в массовой доле кремнезема и оксидов щелочных металлов ( K 2 O плюс Na 2 O ). Они помещают камень в одно из полей диаграммы TAS . Ультраосновные породы и карбонатиты имеют свою собственную специализированную классификацию, но они редко встречаются как вулканические породы. Некоторые поля диаграммы TAS дополнительно подразделяются по соотношению оксида калия и оксида натрия. Дополнительные классификации могут быть сделаны на основе других компонентов, таких как содержание алюминия или железа. [5] [6] [7] [8]
Вулканические породы также широко делятся на субщелочные, щелочные и перщелочные вулканические породы. Субщелочные породы – это породы, в которых
SiO 2 < -3,3539 · 10 -4 · А 6 + 1,2030 · 10 -2 · А 5 - 1,5188 · 10 -1 · А 4 + 8,6096 · 10 -1 · А 3 - 2,1111 · А 2 + 3,9492 · А + 39,0
где как кремнезем, так и общее содержание оксидов щелочных металлов (A) выражены в молярных долях . Поскольку на диаграмме TAS используется весовая доля, а граница между щелочной и субщелочной породой определяется в терминах молярной доли, положение этой кривой на диаграмме TAS является лишь приблизительным. Перщелочные вулканические породы определяются как породы, в которых Na 2 O + K 2 O > Al 2 O 3 , так что некоторые из щелочных оксидов должны присутствовать в виде эгирина или натриевого амфибола , а не полевого шпата . [9] [8]
Химия вулканических пород зависит от двух вещей: исходного состава первичной магмы и последующей дифференциации. Дифференциация большинства магм имеет тенденцию к увеличению содержания кремнезема ( SiO2 ), главным образом за счет кристаллического фракционирования . Первоначальный состав большинства магм базальтовый , хотя небольшие различия в исходном составе могут привести к множественным сериям дифференциации. Наиболее распространены из этих рядов толеитовая , известково -щелочная и щелочная . [9] [8]
Большинство вулканических пород имеют ряд общих минералов . Дифференциация вулканических пород имеет тенденцию к увеличению содержания кремнезема (SiO 2 ) главным образом за счет фракционной кристаллизации . Таким образом, более развитые вулканические породы, как правило, богаче минералами с большим количеством кремнезема, такими как филло и тектосиликаты , включая полевые шпаты, полиморфные модификации кварца и мусковит . Хотя по-прежнему преобладают силикаты, более примитивные вулканические породы содержат минеральные комплексы с меньшим количеством кремнезема, такие как оливин и пироксены . Ряд реакций Боуэна правильно предсказывает порядок образования наиболее распространенных минералов в вулканических породах. [ нужна цитата ]
Иногда магма может собирать кристаллы, кристаллизовавшиеся из другой магмы; эти кристаллы называются ксенокристаллами . Алмазы, обнаруженные в кимберлитах , представляют собой редкие, но хорошо известные ксенокристаллы; кимберлиты не создают алмазы, а собирают их и транспортируют на поверхность Земли. [ нужна цитата ]
Вулканические породы получили названия в зависимости от их химического состава и текстуры. Базальт – очень распространенная вулканическая порода с низким содержанием кремнезема . Риолит – вулканическая порода с высоким содержанием кремнезема. Риолит имеет содержание кремнезема, подобное содержанию гранита , а базальт по составу равен габбро . Промежуточные вулканические породы включают андезит , дацит , трахит и латит . [ нужна цитата ]
Пирокластические породы являются продуктом эксплозивного вулканизма. Они часто кислые (с высоким содержанием кремнезема). Пирокластические породы часто являются результатом вулканических обломков, таких как пепел , бомбы и тефра , а также других вулканических выбросов . Примерами пирокластических пород являются туфы и игнимбриты . [ нужна цитата ]
Вулканическими также считаются неглубокие интрузии , имеющие структуру, подобную скорее вулканическим, чем плутоническим породам, переходящим в субвулканические . [ нужна цитата ]
Термины лавовый камень и лавовая порода больше используются маркетологами, чем геологами, которые, скорее всего, скажут «вулканическая порода» (потому что лава — это расплавленная жидкость, а горная порода — твердая). «Лавовый камень» может описывать что угодно, от рыхлой кислой пемзы до твердого основного базальтового потока, и иногда используется для описания пород, которые никогда не были лавой , но выглядели так, как если бы они были ею (например, осадочный известняк с ямками растворения ). Чтобы передать что-либо о физических или химических свойствах породы, следует использовать более конкретный термин; Хороший поставщик будет знать, какую вулканическую породу он продает. [10]
Подсемейство горных пород, образующихся из вулканической лавы, называется магматическими вулканическими породами (чтобы отличить их от магматических пород, образующихся из магмы под поверхностью, называемых магматическими плутоническими породами ).
Лавы разных вулканов при охлаждении и затвердевании сильно различаются по своему виду и составу. Если поток риолитовой лавы быстро остывает, он может быстро замерзнуть в черное стеклообразное вещество, называемое обсидианом . Та же самая лава, наполненная пузырьками газа, может образовывать губчатую пемзу . При медленном остывании он образует однородную твердую породу светлого цвета, называемую риолитом. [ нужна цитата ]
Лавы, быстро остывшие при контакте с воздухом или водой, большей частью мелкокристаллические или имеют, по крайней мере, мелкозернистую основную массу, представляющую ту часть вязкого полукристаллического лавового потока, которая в момент извержения была еще жидкой. В это время они подвергались воздействию только атмосферного давления, и пар и другие газы, которые они содержали в большом количестве, могли свободно выходить; Отсюда возникает множество важных модификаций, наиболее поразительными из которых является частое наличие многочисленных паровых полостей ( везикулярная структура), часто вытянутых до удлиненных форм, которые впоследствии заполняются минералами путем инфильтрации ( амигдалоидная структура). [11] [12] [13] [14]
Поскольку кристаллизация продолжалась, пока масса еще ползла вперед под поверхностью Земли, новейшие минералы (в основной массе ) обычно располагаются в виде субпараллельных извилистых линий, следующих направлению движения (флюзионная или флюидальная структура) — и более крупные ранние минералы, которые ранее кристаллизовались, могут иметь такое же расположение. Большинство лав перед испусканием падают значительно ниже своей первоначальной температуры. По своему поведению они представляют собой близкую аналогию с горячими растворами солей в воде, которые, приближаясь к температуре насыщения, сначала отлагают массу крупных, хорошо сформированных кристаллов (лабильная стадия), а затем осаждают облака более мелких, менее совершенных кристаллических кристаллов. частицы (метастабильная стадия). [11]
В магматических породах первое поколение кристаллов образуется обычно еще до выхода лавы на поверхность, т. е. при подъеме из подземных глубин к кратеру вулкана. Наблюдениями неоднократно подтверждалось, что свежеизлитая лава содержит крупные кристаллы, переносимые в расплавленной жидкой массе. Крупные, хорошо сформированные ранние кристаллы ( фенокристы ) называются порфировыми ; более мелкие кристаллы окружающей матрицы или основной массы относятся к постэффузионной стадии. Реже лавы полностью расплавляются в момент извержения; затем они могут охладиться с образованием непорфировой, мелкокристаллической породы, а при более быстром охлаждении могут по большей части оказаться некристаллическими или стекловидными (стекловидные породы, такие как обсидиан, тахилит , смолистый камень ). [11]
Общей чертой стекловатых пород является наличие округлых тел ( сферолитов ), состоящих из тонких расходящихся волокон, расходящихся от центра; они состоят из несовершенных кристаллов полевого шпата, смешанного с кварцем или тридимитом ; подобные тела часто создаются искусственно в очках, которым дают медленно остыть. Редко эти сферолиты полые или состоят из концентрических оболочек с промежутками между ними ( литофизы ). Перлитная структура, также распространенная в стеклах, представляет собой наличие концентрических округлых трещин вследствие сжатия при охлаждении. [11]
Вкрапленники или порфировые минералы не только крупнее основной массы; поскольку матрица была еще жидкой, когда они формировались, они могли свободно принимать идеальные кристаллические формы без вмешательства давления соседних кристаллов. Похоже, они быстро росли, так как часто заполнены оболочками из стекловидного или мелкокристаллического материала, подобного основной массе. Микроскопическое исследование фенокристаллов часто показывает, что у них сложная история. Очень часто на них видны слои разного состава, на что указывают изменения цвета или других оптических свойств; таким образом, авгит может быть зеленым в центре, окруженным различными оттенками коричневого; или они могут быть бледно-зелеными в центре и темно-зелеными с сильным плеохроизмом (эгирином) по периферии. [11]
В полевых шпатах центр обычно богаче кальцием, чем окружающие его слои, и часто можно отметить последовательные зоны, каждая из которых менее известковая, чем находящиеся внутри нее. Вкрапленники кварца (и других минералов) вместо острых, совершенных кристаллических граней могут иметь округлые корродированные поверхности с притупленными остриями и неправильными языкообразными выступами матрицы в вещество кристалла. Понятно, что после кристаллизации минерал частично снова растворялся или подвергался коррозии в какой-то период до затвердевания матрицы. [11]
В некоторых лавах очень распространены корродированные вкрапленники биотита и роговой обманки ; они окружены черными каймами магнетита с примесью бледно-зеленого авгита. Вещество роговой обманки или биотита на определенной стадии консолидации оказалось нестабильным и заменялось параморфозой авгита и магнетита, которая может частично или полностью замещать исходный кристалл, но при этом сохраняет характерные очертания. [11]
Механическое поведение вулканических пород осложняется их сложной микроструктурой. [15] [16] Например, такие атрибуты, как разделение пустотного пространства (поры и микротрещины), размер и форма пор и кристаллов, а также гидротермальные изменения, могут широко варьироваться в вулканических породах и все могут влиять на результирующее механическое поведение ( например, модуль Юнга, прочность на сжатие и растяжение, а также давление, при котором они переходят от хрупкого к пластичному поведению [15] ). Что касается других пород земной коры, вулканические породы являются хрупкими и пластичными при низких и высоких эффективных давлениях соответственно. Хрупкое поведение проявляется в виде разломов и трещин, а пластичное поведение может быть либо распределенным (катакластическое разрушение пор), либо локализованным (полосы уплотнения). [15] Понимание механического поведения вулканических пород может помочь нам лучше понять вулканические опасности, такие как обрушение склонов. [ нужна цитата ]
