Вулканические породы (часто сокращаемые до вулканических в научном контексте) — это породы, образованные из лавы , извергнутой вулканом . Как и все типы пород, понятие вулканической породы является искусственным, и в природе вулканические породы подразделяются на гипабиссальные и метаморфические породы и составляют важный элемент некоторых осадков и осадочных пород . По этим причинам в геологии вулканические породы и мелководные гипабиссальные породы не всегда рассматриваются как отдельные. В контексте геологии докембрийского щита термин «вулканический» часто применяется к тому, что является строго метавулканическими породами . Вулканические породы и осадки, которые образуются из магмы , извергнутой в воздух, называются «пирокластикой», и они также технически являются осадочными породами.
Вулканические породы являются одними из самых распространенных типов пород на поверхности Земли, особенно в океанах. На суше они очень распространены на границах плит и в провинциях затопленных базальтов . Было подсчитано, что вулканические породы покрывают около 8% современной поверхности суши Земли. [1]
Вулканические породы обычно мелкозернистые или афанитовые до стеклянной текстуры. Они часто содержат обломки других пород и вкрапленники . Вкрапленники — это кристаллы , которые больше матрицы и идентифицируются невооруженным глазом . Ромбовидный порфир — пример с крупными ромбовидными вкрапленниками, встроенными в очень мелкозернистую матрицу. [4]
Вулканические породы часто имеют пузырчатую текстуру, вызванную пустотами, оставленными летучими веществами , захваченными расплавленной лавой . Пемза — это сильно пузырчатая порода, образующаяся при взрывных вулканических извержениях . [ требуется ссылка ]
Большинство современных петрологов классифицируют магматические породы, включая вулканические, по их химии, когда речь идет об их происхождении. Тот факт, что различные минералогии и текстуры могут быть получены из одних и тех же исходных магм, привел к тому, что петрологам пришлось в значительной степени полагаться на химию при изучении происхождения вулканической породы. [ необходима цитата ]
Химическая классификация магматических пород основана в первую очередь на общем содержании кремния и щелочных металлов (натрия и калия), выраженном в виде весовой доли кремнезема и щелочных оксидов (K2O плюс Na2O ) . Они помещают породу 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 далее подразделяются по соотношению оксида калия к оксиду 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 определяются как породы, в которых
SiO2 < -3,3539 × 10−4 × A6 + 1,2030 × 10−2 × A5 - 1,5188 × 10−1 × A4 + 8,6096 × 10−1 × A3 - 2,1111 × A2 + 3,9492 × A + 39,0
где и кремнезем, и общее содержание щелочного оксида (A) выражены в виде молярной доли . Поскольку диаграмма TAS использует весовую долю, а граница между щелочными и субщелочными породами определяется в терминах молярной доли, положение этой кривой на диаграмме TAS является лишь приблизительным. Перщелочные вулканические породы определяются как породы, имеющие Na2O + K2O > Al2O3 , 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: начального состава первичной магмы и последующей дифференциации. Дифференциация большинства магм имеет тенденцию увеличивать содержание кремнезема ( SiO2 ) , в основном за счет фракционирования кристаллов . Начальный состав большинства магм базальтовый , хотя небольшие различия в начальных составах могут привести к множественным сериям дифференциации. Наиболее распространенными из этих серий являются толеитовая , известково -щелочная и щелочная . [9] [8]
Большинство вулканических пород разделяют ряд общих минералов . Дифференциация вулканических пород имеет тенденцию увеличивать содержание кремнезема (SiO 2 ) в основном за счет фракционной кристаллизации . Таким образом, более развитые вулканические породы имеют тенденцию быть более богатыми минералами с большим количеством кремнезема, такими как филло- и тектосиликаты, включая полевые шпаты, кварцевые полиморфы и мусковит . Хотя в них по-прежнему преобладают силикаты, более примитивные вулканические породы имеют минеральные ассоциации с меньшим количеством кремнезема, такие как оливин и пироксены . Реакционный ряд Боуэна правильно предсказывает порядок образования наиболее распространенных минералов в вулканических породах. [ необходима цитата ]
Иногда магма может подбирать кристаллы, которые кристаллизовались из другой магмы; эти кристаллы называются ксенокристаллами . Алмазы , найденные в кимберлитах, являются редкими, но хорошо известными ксенокристаллами; кимберлиты не создают алмазы, а подбирают их и переносят на поверхность Земли. [ необходима цитата ]
Вулканические породы названы в соответствии с их химическим составом и текстурой. Базальт — очень распространенная вулканическая порода с низким содержанием кремнезема . Риолит — вулканическая порода с высоким содержанием кремнезема. Риолит имеет содержание кремнезема, подобное содержанию гранита , в то время как базальт по составу равен габбро . Промежуточные вулканические породы включают андезит , дацит , трахит и латит . [ требуется ссылка ]
Пирокластические породы являются продуктом взрывного вулканизма. Они часто являются фельзическими (с высоким содержанием кремнезема). Пирокластические породы часто являются результатом вулканического мусора, такого как пепел , бомбы и тефра , и других вулканических выбросов . Примерами пирокластических пород являются туф и игнимбрит . [ требуется ссылка ]
Неглубокие интрузии , имеющие структуру, похожую на вулканические, а не на плутонические породы, также считаются вулканическими, переходя в субвулканические . [ требуется ссылка ]
Термины «лавовый камень» и «лавовая порода» чаще используются маркетологами, чем геологами, которые, скорее всего, скажут «вулканическая порода» (потому что лава — это расплавленная жидкость, а порода — твердая). «Лавовый камень» может описывать все, от рыхлой кремниевой пемзы до твердого базальта мафического течения, и иногда используется для описания пород, которые никогда не были лавой , но выглядят так, как будто они ею являются (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, какой вид вулканической породы он продает. [10]
Подсемейство горных пород, которые образуются из вулканической лавы, называется магматическими вулканическими породами (чтобы отличить их от магматических пород, которые образуются из магмы под поверхностью, называемых магматическими плутоническими породами ).
Лавы разных вулканов, когда охлаждаются и затвердевают, сильно различаются по внешнему виду и составу. Если поток лавы риолита быстро остывает, он может быстро замерзнуть в черное стекловидное вещество, называемое обсидианом . Наполненная пузырьками газа, та же лава может образовывать губчатую на вид пемзу . Если ее медленно остывать, она образует светлую, однородно твердую породу, называемую риолитом. [ необходима цитата ]
Лавы, быстро остывшие при контакте с воздухом или водой, в основном мелкокристаллические или имеют, по крайней мере, мелкозернистую основную массу, представляющую ту часть вязкого полукристаллического потока лавы, которая была еще жидкой в момент извержения. В это время они подвергались только атмосферному давлению, а пар и другие газы, которые они содержали в большом количестве, могли свободно выходить; из этого вытекает множество важных изменений, наиболее поразительным из которых является частое присутствие многочисленных паровых полостей ( везикулярная структура), часто вытянутых в удлиненные формы, впоследствии заполненные минералами путем инфильтрации ( миндалевидная структура). [11] [12] [13] [14]
Поскольку кристаллизация продолжалась, пока масса все еще ползла вперед под поверхностью Земли, последние образовавшиеся минералы (в основной массе ) обычно располагаются в субпараллельных извилистых линиях, которые следуют направлению движения (текучая или флюидальная структура) — и более крупные ранние минералы, которые ранее кристаллизовались, могут показывать такое же расположение. Большинство лав падают значительно ниже своих первоначальных температур перед выбросом. По своему поведению они представляют близкую аналогию с горячими растворами солей в воде, которые, приближаясь к температуре насыщения, сначала откладывают урожай крупных, хорошо сформированных кристаллов (лабильная стадия), а затем осаждают облака более мелких менее совершенных кристаллических частиц (метастабильная стадия). [11]
В магматических породах первое поколение кристаллов обычно формируется до того, как лава выходит на поверхность, то есть во время подъема из подземных глубин к кратеру вулкана. Часто наблюдалось, что свежевыброшенные лавы содержат крупные кристаллы, переносимые расплавленной жидкой массой. Крупные, хорошо сформированные, ранние кристаллы ( фенокристаллы ) называются порфировыми ; более мелкие кристаллы окружающей матрицы или основной массы относятся к стадии после излияния. Реже лавы полностью расплавляются в момент выброса; затем они могут остывать, образуя непорфировую, мелкокристаллическую породу, или, если охлаждаются быстрее, могут в значительной степени быть некристаллическими или стекловидными (стекловидные породы, такие как обсидиан, тахилиты , смоляной камень ). [11]
Общей чертой стекловидных пород является наличие округлых тел ( сферолитов ), состоящих из тонких расходящихся волокон, расходящихся из центра; они состоят из несовершенных кристаллов полевого шпата, смешанных с кварцем или тридимитом ; подобные тела часто производятся искусственно в стеклах, которым дают медленно остыть. Редко эти сферолиты полые или состоят из концентрических оболочек с промежутками между ними ( литофизы ). Перлитовая структура, также распространенная в стеклах, состоит из наличия концентрических округлых трещин из-за сжатия при охлаждении. [11]
Вкрапленники или порфировые минералы не только крупнее, чем в основной массе; поскольку матрица была еще жидкой, когда они образовались, они могли свободно принимать идеальные кристаллические формы, без помех со стороны давления соседних кристаллов. Они, кажется, быстро росли, так как они часто заполнены включениями стекловидного или мелкокристаллического материала, как в основной массе. Микроскопическое исследование вкрапленников часто показывает, что у них была сложная история. Очень часто они показывают слои разного состава, на что указывают изменения в цвете или других оптических свойствах; так, авгит может быть зеленым в центре, окруженным различными оттенками коричневого; или они могут быть бледно-зелеными в центре и более темно-зелеными с сильным плеохроизмом (эгирин) на периферии. [11]
В полевых шпатах центр обычно богаче кальцием, чем окружающие слои, и часто можно заметить последовательные зоны, каждая из которых менее кальциевая, чем те, что внутри нее. Фенокристаллы кварца (и других минералов) вместо острых, совершенных кристаллических граней могут иметь округлые корродированные поверхности с притупленными точками и нерегулярными язычкообразными выступами матрицы в вещество кристалла. Очевидно, что после того, как минерал кристаллизовался, он был частично снова растворен или корродирован в какой-то период до того, как матрица затвердела. [11]
Корродированные вкрапленники биотита и роговой обманки очень распространены в некоторых лавах; они окружены черными ободками магнетита, смешанного с бледно-зеленым авгитом. Вещество роговой обманки или биотита оказалось нестабильным на определенной стадии консолидации и было заменено параморфозой авгита и магнетита, которая может частично или полностью заменить исходный кристалл, но все еще сохраняет свои 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 значительно различаться в вулканических породах и 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 низком и высоком эффективном ограничивающем давлении соответственно. Хрупкое поведение проявляется в виде разломов и трещин, а пластичное поведение может быть либо распределенным (катакластическое обрушение пор), либо локализованным (полосы уплотнения). [15] Понимание механического поведения вулканических пород может помочь нам лучше понять вулканические опасности, такие как обрушение флангов. [ необходима цитата ]
