Вулканическая плотина — это тип естественной плотины , созданной прямо или косвенно в результате вулканизма , которая удерживает или временно ограничивает поток поверхностных вод в существующих ручьях, как искусственная плотина . Существует два основных типа вулканических плотин: те, которые созданы потоком расплавленной лавы , и те, которые созданы первичным или вторичным отложением пирокластического материала и обломков . Эта классификация обычно исключает другие, часто более крупные и долгоживущие геологические образования типа плотин, отдельно называемые кратерными озерами , хотя эти вулканические центры могут быть связаны с источником материала для вулканических плотин, а самая нижняя часть его ограничивающего края может рассматриваться как такая плотина, особенно если уровень озера внутри кратера относительно высок.
Вулканические плотины обычно встречаются по всему миру, в связи с бывшими и активными вулканическими провинциями, и известно, что они существовали в геологических записях в исторические времена и встречаются в наши дни. Аналогичным образом фиксируется их удаление или выход из строя. Продолжительность жизни и масштабы варьируются в широких пределах: периоды варьируются от нескольких дней, недель или лет до нескольких сотен тысяч лет и более, а размеры - от нескольких метров до сотен и нескольких тысяч.
Расположение, внутренняя структура, распределение и долговечность таких плотин могут быть по-разному связаны с количеством, скоростью и продолжительностью высвобождения ( первичной ) геотермальной энергии и доступного горного материала; другие соображения включают типы добываемых горных пород, их физические характеристики и характеристики прочности, а также различные способы их отложения. Режимы осадконакопления включают гравитационный поток расплавленной лавы на поверхности, гравитационный поток или падение пирокластики через воздух, а также перераспределение и транспортировку этих материалов под действием силы тяжести и воды.
Лавовые плотины образуются в результате потока лавы или ее разливания в речную долину в достаточном количестве и на высоте, чтобы временно преодолеть взрывной характер (пар) ее контакта с водой, а также эрозионную силу текущей воды для ее удаления. Последнее зависит от величины расхода воды и уклона ручья. Лава может течь во время многочисленных последовательных или повторяющихся извержений и может истекать из одиночных или многочисленных жерл или трещин. Лава такой природы, как и базальт , обычно связана с менее взрывными извержениями; более вязкие лавы с более низким содержанием основного вещества , такие как дациты и риолиты , также могут течь, но, как правило, более тесно связаны с извержениями большей эксплозивности и образованием пирокластики.
После первоначального возникновения продолжающийся поток лавы создает более крутой склон вверх по течению, поскольку он борется с поднимающейся водой, но при этом большая часть лавы беспрепятственно течет вниз по течению, покрывая теперь высохшее русло реки и его аллювиальные отложения, иногда на многие мили. Установленная таким образом лавовая плотина по форме напоминает вытянутую каплю, застрявшую на дне долины. При этом вода продолжает течь, озеро продолжает подниматься и накапливать наносы, которые ранее беспрепятственно мигрировали вниз по течению. Заполнение осадком, перелив, нисходящая эрозия, водопады и подрезка неизбежно следуют, [1] если не установлен альтернативный выпуск, для воды и отложений в другом месте дренажа.
Крупные примеры лавовых плотин из геологических данных включают в себя те, которые неоднократно создавались на западной стороне Гранд -Каньона , причем самый большой остаток теперь называется Проспект-Дэм , [1] и в нескольких местах в пределах дренажа реки Снейк . Бывшее «озеро Айдахо», существовавшее более 6,5 миллионов лет, заполнило западную часть позади такой структуры и создало западную часть равнины реки Снейк , а также накопило 4000 футов (1200 м) озерных отложений. [2] Другие места включают вблизи Американского водопада, штат Айдахо , и многие другие. Многие из них были затоплены, размыты или окружены прорывным наводнением , берущим начало из древнего озера Бонневиль . [3]
Во всем мире существует множество других примеров, в том числе озеро Кабургуа в Чили и Миватн в Исландии. Примеры в западной Канаде и других северо-западных Соединенных Штатах включают Лавовое озеро и Барьер , который до сих пор задерживает озеро Гарибальди , [4] и Лавовый холм .
Пирокластические плотины создаются в существующем дренаже либо путем их прямого размещения, либо путем накопления широко варьирующихся пирокластических частиц, широко называемых тефрой . В отличие от лавовых плотин, которые образуются за счет когерентного гравитационного поверхностного потока расплавленной жидкости, непосредственно заполняющего дно долины и быстро затвердевающего снаружи внутрь, пирокластические плотины образуются менее когерентными воздушными гравитационными потоками или падениями частиц тефры из атмосферы, которые затвердевают. на поверхности медленнее от внутренней части наружу; пирокластика также залегает как в днище долины, так и широко распространена на прилегающих склонах. Их переносимый по воздуху характер в меньшей степени ограничивается непосредственным дренажем, и они могут выходить за границы дренажа; их дисперсные компоненты позволяют продолжать перераспределение после первоначального размещения под действием силы тяжести и воды. Взрывоопасность пирокластических извержений, как по горизонтали, так и по вертикали, варьируется от огненных волн до горячих потоков и теплых падений тефры; первый может иметь тенденцию непосредственно возводить плотину, а второй имеет тенденцию улучшать размещение или предоставлять дополнительный материал. Если не выбрасываться насильственно и, вообще говоря, тефра большего размера падает ближе всего к кратеру, а тефра меньшего размера приземляется дальше, причем на ее распределение в большей степени влияют преобладающие скорость и направление ветра.
После первоначального создания продолжительная долговечность пирокластической плотины остается балансом между ее медленно консолидирующейся твердостью и прочностью, а также количеством и скоростью эрозионной способности текущей воды, удаляющей ее с самого начала. Неконсолидированная тефра быстро перемещается с осадками и текущей водой в дренажах, иногда образуя лахар . Выше по течению от плотины этот материал будет быстро накапливаться и заполнять озеро, а ниже по течению он будет иметь тенденцию разрушать его склоны и дно. Часто быстрое накопление рыхлого пирокластического материала на крутых склонах имеет тенденцию быть нестабильным с течением времени; пирокластические плотины могут образовываться в результате оползней такого материала в реки и ручьи. Пирокластический материал, получив достаточно времени для консолидации или «сварки» с твердой породой, образует комплексы, по-разному классифицированные как игнимбриты, по-разному брекчие или агломераты , а также различные типы туфов и вулканического пепла , и в основном имеют кислый состав.
Хотя в геологической летописи встречаются свидетельства пирокластических плотин, [5] таких как озеро Репороа в Новой Зеландии, [6] они наиболее известны и изучаются в связи с недавними и нынешними извержениями вулканов. Примеры во всем мире включают ассоциации с Эль-Чичоном в Мексике [7] и вулканом Карымский в России. [8] Озеро кальдеры , связанное с вулканом Тааль , которое ранее было открыто для Южно-Китайского моря, было навсегда закрыто пирокластической плотиной во время извержения 1749 года и по сей день остается в равновесии на более высоком уровне, [9] в то время как Пирокластическая плотина, образующая нижний край кратера озера Ньос в Камеруне, считается менее устойчивой. [10]
Как и все формы естественных плотин, эрозия или разрушение вулканических плотин может привести к катастрофическим наводнениям , селевым потокам и связанным с ними оползням , в зависимости от размера затопленного озера .