Вулканическая плотина — это тип естественной плотины, созданной непосредственно или косвенно вулканизмом , которая удерживает или временно ограничивает поток поверхностных вод в существующих потоках, 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, как правило, исключает другие, часто более крупные и долгоживущие геологические особенности типа плотины, отдельно называемые кратерными озерами , хотя эти вулканические центры могут быть связаны с источником материала для вулканических плотин, и самая низкая часть ее 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, как известно, существовали в геологической летописи, в исторические времена и встречаются в настоящее время. Их удаление или разрушение регистрируется аналогичным образом. Продолжительность и масштабы сильно различаются, имея периоды от нескольких дней, недель или лет до нескольких сотен тысяч лет или более, а размеры варьируются от нескольких метров до сотен, до нескольких тысяч.
Размещение, внутренняя структура, распределение и долговечность таких плотин могут быть по-разному связаны с количеством, скоростью и продолжительностью ( первичной ) высвобождаемой геотермальной энергии и доступным каменным материалом; другие соображения включают типы образующихся пород, их физические и прочностные характеристики, а также различные режимы их осаждения. Режимы осаждения 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 при течении или разливе лавы в речную долину в достаточном количестве и на достаточной высоте, чтобы временно преодолеть взрывную природу (пар) ее контакта с водой и эрозионную силу текущей воды для ее удаления. Последнее зависит от количества потока воды и градиента потока. Лава может течь во время многочисленных последовательных или повторяющихся извержений и может исходить из одного или многочисленных жерл или трещин. Лава такого рода, как базальт , обычно связана с менее взрывными извержениями; более вязкие лавы с более низким содержанием мафических пород , такие как дациты и риолиты , также могут течь, но, как правило, более тесно связаны с извержениями большей взрывной силы и образованием пирокластики.
После первоначального установления, продолжающийся поток лавы создает более крутой склон вверх по течению, поскольку он борется с поднимающейся водой, но большая часть лавы течет беспрепятственно вниз по течению, покрывая теперь высохшее русло реки и ее аллювиальные отложения, иногда на мили. Таким образом, установленная форма лавовой плотины напоминает вытянутую каплю, вклиненную в дно долины. В то же время вода продолжает течь, озеро продолжает подниматься и накапливать осадок, который ранее беспрепятственно мигрировал вниз по течению. Заполнение осадками, перелив, нисходящая эрозия, водопады и подрезка неизбежно следуют [1] , если не будет создан альтернативный выход для воды и осадка в другом месте дренажа.
Крупные примеры лавовых плотин из геологической летописи включают те, которые неоднократно развивались с западной стороны Большого каньона , с крупнейшим остатком, который теперь называется Проспект-Дам , [1] и в нескольких местах в пределах дренажа реки Снейк . Бывшее «озеро Айдахо», которое существовало более 6,5 миллионов лет, заполнило западную часть позади такой структуры и создало западную часть равнины реки Снейк , и накопило 4000 футов (1200 м) озерных отложений. [2] Другие места включают около Американ-Фолс, Айдахо , и многочисленные другие. Многие из них были перекрыты, размыты или окаймлены прорывом наводнения, возникшего из предкового озера Бонневиль . [3]
Существует множество других примеров по всему миру, включая озеро Кабургуа в Чили и Миватн в Исландии. Примеры в западной Канаде и другие на северо-западе Соединенных Штатов включают озеро Лава и Барьер , который все еще запирает озеро Гарибальди , [4] и Лава Бьютт .
Пирокластические плотины создаются в существующем дренаже либо путем их прямого размещения, либо путем накопления широко варьирующихся пирокластических частиц, в широком смысле называемых тефрой . В отличие от лавовых плотин, которые образуются из-за когерентного, расплавленного жидкого гравитационного поверхностного потока, заполняющего дно долины напрямую и быстро затвердевающего снаружи внутрь, пирокластические плотины образуются из-за менее когерентных воздушных гравитационных потоков или падений частиц тефры из атмосферы, которые затвердевают на поверхности медленнее из внутренней части наружу; пирокластика также откладывается как в дне долины, так и широко распространена на прилегающих склонах. Их воздушная природа менее ограничена непосредственным дренажем, и они могут перекатываться через границы дренажа; их твердые компоненты допускают непрерывное перераспределение после первоначального размещения под действием силы тяжести и воды. Взрывчатость пирокластических извержений, как по бокам, так и по вертикали, варьируется от огненных всплесков , до горячих потоков , до теплых падений тефры; Первый вариант может иметь тенденцию устанавливать плотину напрямую, в то время как последний имеет тенденцию улучшать размещение или предоставлять дополнительный материал. Если только не выбрасывается с силой и вообще говоря, более крупная тефра падает ближе к кратеру, а более мелкая — дальше, при этом ее распределение в большей степени зависит от преобладающей скорости и направления ветра.
После первоначального установления, постоянная долговечность пирокластической плотины остается балансом между ее медленно консолидирующейся твердостью и прочностью, а также количеством и скоростью эрозионной способности текущей воды удалять ее с самого начала. Неконсолидированная тефра быстро перемещается осадками и текущей водой в дренажах, иногда создавая лахар . Выше плотины этот материал будет быстро накапливаться, чтобы заполнить озеро, а ниже по течению он будет иметь тенденцию к эрозии его склонов и основания. Часто быстрое накопление неконсолидированного пирокластического материала на крутых боковых склонах имеет тенденцию быть изначально нестабильным с течением времени; пирокластические плотины могут быть установлены путем оползня такого материала в реки и ручьи. Пирокластический материал, которому дали достаточно времени для консолидации или «сваривания» в твердую породу, образует комплексы, которые по-разному классифицируются как игнимбриты, брекчированные или агломерированные , а также различные типы туфов и вулканического пепла , и в основном имеют кислый состав.
Хотя свидетельства существования пирокластических плотин встречаются в геологической летописи, [5] например, озеро Репороа в Новой Зеландии, [6] они наиболее известны и изучены в связи с недавними и текущими вулканическими извержениями. Примерами по всему миру являются ассоциации с Эль-Чичоном в Мексике, [7] и вулканом Карымский в России. [8] Кальдерное озеро , связанное с вулканом Тааль , которое ранее было открыто в Южно-Китайское море, было навсегда закрыто пирокластической плотиной во время извержения 1749 года и остается в равновесии на более высоком уровне по сей день, [9] в то время как пирокластическая плотина, включающая нижний край кратерного озера Ниос в Камеруне, считается менее стабильной. [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 запруженного озера .