Метаморфозы лавы

01 февраля 2007 года, 00:00

Лава интересует ученых давно. Ее состав, температура, скорость течения, форма горячих и остывших поверхностей — все это предметы для серьезных исследований. Ведь и извергающиеся, и застывшие потоки являются единственными источниками информации о состоянии недр нашей планеты, они же постоянно напоминают о том, как горячи и неспокойны эти недра. Что же касается древних лав, превратившихся в характерные горные породы, то к ним взоры специалистов нацелены с особым интересом: возможно, за причудливым рельефом как раз и скрываются тайны катастроф планетарного масштаба.

Вулкан Этна  
Аа-лава на вулкане Этна. Базальтовый расплав немного остыл, его вязкость повысилась, но он продолжает течь
Что же такое лава? Согласно современным представлениям, происходит она из очага расплавленного материала, который находится в верхней части мантии (геосферы, окружающей ядро Земли) на глубине 50–150 км. Пока расплав пребывает в недрах под большим давлением, его состав однороден. Приблизившись к поверхности, он начинает «закипать», выделяя пузырьки газов, которые стремятся вверх и, соответственно, двигают вещество по трещинам в земной коре. Не всякому расплаву, иначе — магме, суждено увидеть свет. Та же, что находит выход к поверхности, изливаясь в самые невероятные формы, как раз и называется лавой. Почему? Не совсем понятно. В сущности, магма и лава — одно и то же. В самой же «лаве» слышится и «лавина», и «обвал», что, в общем-то, соответствует наблюдаемым фактам: передний край текущей лавы часто действительно напоминает горный обвал. Только с вулкана катятся не холодные булыжники, а раскаленные обломки, отлетевшие от корки лавового языка.

В течение года из недр выливается 4 км3 лавы, что совсем немного, учитывая размеры нашей планеты. Будь это количество существенно больше, начались бы процессы глобального изменения климата, что не раз случалось в прошлом. В последние годы ученые активно обсуждают следующий сценарий катастрофы конца мелового периода, примерно 65 миллионов лет назад. Тогда из-за окончательного распада Гондваны в некоторых местах раскаленная магма подошла слишком близко к поверхности и прорвалась огромными массами. Особенно обильные ее выходы были на индийской платформе, покрывшейся многочисленными разломами длиной до 100 километров. Почти миллион кубометров лавы растеклось на площади 1,5 млн. км2. Местами покровы достигали толщины два километра, что хорошо видно по геологическим разрезам Деканского плоскогорья. Специалисты подсчитали, что лава заполняла территорию в течение 30 000 лет — достаточно быстро, чтобы из остывающего расплава успели отделиться большие порции углекислых и серосодержащих газов, достичь стратосферы и вызвать уменьшение озонового слоя. Последовавшее резкое изменение климата привело к массовому вымиранию животных на границе мезозойской и кайнозойской эр. С Земли исчезли более 45% родов разных организмов.

Гипотезу о влиянии истечения лав на климат принимают не все, однако факты налицо: глобальные вымирания фауны совпадают по времени с образованием обширных лавовых полей. Так, 250 миллионов лет назад, когда случилось массовое вымирание всего живого, мощнейшие извержения происходили на территории Восточной Сибири. Площадь лавовых покровов составила 2,5 млн. км2, а их суммарная толщина в районе Норильска достигала трех километров.

Толща базальтов обнажается в обрыве на острове Кунашир  
Толща базальтов обнажается в обрыве на острове Кунашир. Медленно остывающий однородный расплав со временем потрескался на ряды правильных вертикальных призм
Черная кровь планеты

Лавы, вызвавшие в прошлом столь масштабные события, представлены наиболее распространенным на Земле типом — базальтовым. Их название указывает на то, что впоследствии они превращались в черную и тяжелую горную породу — базальт. Базальтовые лавы наполовину состоят из диоксида кремния (кварца), наполовину — из оксида алюминия, железа, магния и других металлов. Именно металлы обеспечивают высокую температуру расплава — более 1 200°C и подвижность — базальтовый поток обычно течет со скоростью около 2 м/с, что, впрочем, не должно удивлять: это средняя скорость бегущего человека. В 1950 году при извержении вулкана Мауна-Лоа на Гавайях замерили самый быстрый лавовый поток: его передний край двигался сквозь редкий лес со скоростью 2,8 м/с. Когда путь проложен, следующие потоки текут, так сказать, по горячим следам гораздо быстрее. Сливаясь, лавовые языки образуют реки, в среднем течении которых расплав движется с большой скоростью — 10–18 м/с.

Для базальтовых лавовых потоков характерны малая толщина (первые метры) и большая протяженность (десятки километров). Поверхность текущего базальта чаще всего напоминает связку канатов, вытянутых вдоль движения лавы. Ее называют гавайским словом «пахоэхоэ», что, по уверению местных геологов, не значит ничего, кроме конкретного типа лавы. Более вязкие базальтовые потоки образуют поля остроугольных, похожих на шипы, обломков лав, называемых также на гавайский манер «аа-лавами».

Базальтовые лавы распространены не только на суше, еще более они характерны для океанов. Дно океанов — это большие плиты базальта толщиной 5–10 километров. По оценке американского геолога Джоя Криспа, в объеме всех изливающихся за год на Земле лав три четверти приходится на подводные извержения. Базальты постоянно вытекают из циклопического размера хребтов, прорезающих дно океанов и обозначающих собой границы литосферных плит. Каким бы медленным ни было движение плит, оно сопровождается сильной сейсмической и вулканической активностью дна океана. Большие массы расплава, поступающие из океанских разломов, не дают плитам истончиться, все время наращивают их.

Подводные извержения базальтов демонстрируют нам еще один тип лавовой поверхности. Как только очередная порция лавы выплескивается на дно и соприкасается с водой, ее поверхность остывает и принимает форму капли — «подушки». Отсюда название — пиллоу-лава, или подушечная лава. Пиллоу-лава образуется всякий раз, когда расплав попадает в холодную среду. Часто при подледном извержении, когда поток скатывается в реку или другой водоем, лава застывает в виде стекла, которое тут же лопается и рассыпается пластинчатыми осколками.

Обширные базальтовые поля (траппы) возрастом сотни миллионов лет скрывают в себе еще более необычные формы. Там, где древние траппы выходят на поверхность, как, например, в обрывах сибирских рек, можно встретить ряды вертикальных 5- и 6-гранных призм. Это столбчатая отдельность, которая образуется при медленном остывании большой массы однородного расплава. Базальт постепенно уменьшается в объеме и трескается по строго определенным плоскостям. Если трапповое поле, наоборот, обнажается сверху, то вместо столбов открываются, будто вымощенные гигантской брусчаткой, поверхности — «мостовые гигантов». Они есть на многих лавовых плато, но самые знаменитые находятся в Великобритании.

Ни высокая температура, ни твердость застывшей лавы не служат препятствием для проникновения в нее жизни. В начале 90-х годов прошлого века ученые нашли микроорганизмы, которые поселяются в базальтовой лаве, излившейся на дне океана. Как только расплав немного остывает, микробы «прогрызают» в нем ходы и устраивают колонии. Их обнаружили по наличию в базальтах определенных изотопов углерода, азота и фосфора — типичных продуктов, выделяемых живыми существами.

Чем больше в лаве кремнезема, тем она вязче. Так называемые средние лавы с содержанием диоксида кремния 53–62%, уже не так быстро текут и не столь горячи, как базальтовые. Их температура колеблется в интервале 800–900°C, а скорость потока составляет несколько метров в день. Повышенная вязкость лавы, а точнее, магмы, поскольку все основные свойства расплав приобретает еще на глубине, кардинально меняет поведение вулкана. Из вязкой магмы труднее высвобождаются скопившиеся в ней пузырьки газа. На подходе к поверхности давление внутри пузырьков в расплаве превышает давление на них снаружи и газы высвобождаются со взрывом.

Вулкан Ньюберри  
Обсидиан из лавы среднего состава, которая быстро остыла, не успев кристаллизоваться. Вулкан Ньюберри, США
Обычно на переднем крае более вязкого лавового языка образуется корка, которая трескается и осыпается. Осколки тут же подминаются напирающей позади горячей массой, но не успевают раствориться в ней, а застывают, как кирпичи в бетоне, образуя горную породу характерной структуры — лавобрекчию. Даже через десятки миллионов лет лавобрекчия сохраняет свое строение и свидетельствует о том, что в данном месте когда-то происходило вулканическое извержение.

В центре штата Орегон, США, находится вулкан Ньюберри, который интересен как раз лавами среднего состава. Последний раз он активизировался более тысячи лет назад, и на финальной стадии извержения, перед тем как заснуть, из вулкана вытек лавовый язык длиной 1 800 метров и толщиной около двух метров, застывший в виде чистейшего обсидиана — вулканического стекла черного цвета. Подобное стекло получается, когда расплав быстро остывает, не успевая кристаллизоваться. Кроме того, обсидиан часто находят на периферии лавового потока, которая охлаждается быстрее. Со временем в стекле начинают расти кристаллы, и оно превращается в одну из горных пород кислого или среднего состава. Вот почему обсидиан находят только среди относительно молодых продуктов извержения, в древних вулканитах его уже нет.

От чертовых пальцев до фьямме

Если количество кремнезема занимает более 63% состава, расплав становится совсем вязким и неповоротливым. Чаще всего такая лава, называемая кислой, вообще не способна течь и застывает в подводящем канале или выдавливается из жерла в виде обелисков, «чертовых пальцев», башен и колонн. Если же кислой магме все-таки удается достичь поверхности и вылиться, потоки ее движутся крайне медленно, по нескольку сантиметров, иногда метров в час.

С кислыми расплавами связаны необычные горные породы. Например, игнимбриты. Когда кислый расплав в приповерхностном очаге насыщается газами, он становится чрезвычайно подвижным и быстро выбрасывается из жерла, а потом вместе с туфами и пеплом стекает обратно в образовавшуюся после выброса впадину — кальдеру. Со временем эта смесь застывает и кристаллизуется, а на сером фоне породы отчетливо выделяются крупные линзы темного стекла в виде неправильных клочьев, искр или языков пламени, отчего их называют «фьямме». Это следы расслоения кислого расплава, когда он еще находился под землей.

Иногда кислая лава до того сильно насыщается газами, что буквально вскипает и становится пемзой. Пемза — очень легкий материал, с меньшей, чем у воды, плотностью, поэтому случается, что после подводных извержений мореплаватели наблюдают в океане целые поля плавающей пемзы.

Вулкана Олдоиньо-Ленгаи  
Карбонатная лава течет только из вулкана Олдоиньо-Ленгаи в Танзании. Это самая холодная лава — ее температура не превышает 600°С
Многие вопросы, связанные с лавами, остаются без ответа. Например, почему из одного и того же вулкана могут вытекать лавы разного состава, как, например, на Камчатке. Но если в данном случае есть, по крайней мере, убедительные предположения, то появление карбонатной лавы остается совершенной загадкой. Ее, наполовину состоящую из карбонатов натрия и калия, извергает в настоящее время единственный на Земле вулкан — Олдоиньо-Ленгаи в Северной Танзании. Температура расплава составляет 510°C. Это самая холодная и жидкая лава в мире, она течет по земле словно вода. Цвет горячей лавы — черный или темно-коричневый, но уже через несколько часов пребывания на воздухе карбонатный расплав светлеет, а спустя несколько месяцев становится почти белым. Застывшие карбонатные лавы — мягкие и ломкие, легко растворяются в воде, видимо, поэтому геологи не находят следов аналогичных извержений в глубокой древности.

Лава играет ключевую роль в одной из острейших проблем геологии — что же разогревает недра Земли. Из-за чего в мантии возникают очаги расплавленного материала, которые поднимаются вверх, проплавляют земную кору и порождают вулканы? Лава — это лишь малая часть мощного планетарного процесса, пружины которого скрыты глубоко под землей.

Читайте также на сайте «Вокруг Света»:

Рубрика: Феномен
Просмотров: 26111