Геодинамические процессы. Магматизм

1.Общие понятия о геодинамических процессах.

Облик Земли в ходе ее развития непрерывно изменялся в результате разнообразных геологических процессов, которые вызываются различными источниками энергии. Одни из них связаны с силами, возникающими внутри Земли, и называются процессами внутренней динамики или эндогенными процессами. К ним относятся: магматизм, метаморфизм горных пород, так называемые колебательные вертикальные движения земной коры, тектонические движения, вызывающие складчатые и разрывные нарушения горных пород и образование гор, землетрясения. Другие процессы проявляются на поверхности Земли или в верхних частях земной коры и связаны с воздействием разнообразных внешних факторов (атмосферы, гидросферы, биосферы и т. д.). Поэтому они называются процессами внешней динамики или экзогенными процессами. К ним относятся: выветривание (разрушение горных пород под воздействием колебаний температуры, воды, кислорода и углекислого газа атмосферы и органического мира), деятельность ветра, атмосферных осадков и поверхностных текучих вод, подземных вод и ледников; работа морей и озер; процессы происходящие в болотах. Процессы выветривания и разрушительная деятельность других внешних агентов приводят к образованию большого количества обломочного материала и растворенных веществ. Эти продукты разрушения или перемещаются под действием силы тяжести, или захватываются ветром, текучими водами, ледниками и сносятся в озера, моря, океаны и другие понижения рельефа.

Вся совокупность процессов разрушения горных пород и сноса разрушенного материала объединяются под общим названием денудация (╚денудацио╩ - обнажение). Наиболее интенсивно она проявляется на возвышенных участках суши, которые называются областями денудации, а в понижениях рельефа происходит накопление осадков, соответствующее первой стадии образования осадочных пород, которое называется аккумуляцией (╚аккумуляцио╩ - накопление), а области накопления - областью аккумуляции. Совместное воздействие на поверхность Земли денудации и аккумуляции приводит к выравниванию рельефа. В результате этих процессов постепенно разрушаются и понижаются горы и возвышенности, а впадины рельефа заполняются осадками. Если - бы эти процессы происходили достаточно долго, то поверхность Земли превратилась бы в равнину. Но формы земной поверхности определяются взаимодействием эндогенных и экзогенных процессов. Внутренние силы приводящие к тектоническим движениям создают неровности земной поверхности, а внешние - нивелируют рельеф. В природе тектонического покоя не существует, все находится в непрерывном движении и изменении, и менее периодически происходит замедление процессов, которые затем снова усиливаются.

С деятельностью внутренних и внешних процессов связано и изменение вещества земной коры - разрушение или изменение одних горных пород и создание новых пород обуславливает образование различных полезных ископаемых.

2. Магматизм. Понятие о магме.

Магматизм - это процесс развивающийся в глубоких слоях земной коры и верхней мантии Земли, протекающий при высоких температурах и давлениях. Сведения об этих процессах до сих пор довольно скудные и вопрос о происхождении их пока остается гипотетическим. Одни ученые считают основным источником энергии эндогенных процессов гравитационную энергию, другие - космическую, третьи - ротационную (вращение Земли вокруг своей оси), четвертые - радиогенную, образующуюся при распаде тяжелых неустойчивых элементов.

Главные - радиогенная и гравитационная, приводящие к дифференциации вещества в недрах Земли, которое носит название магмы. Магма представляет собой трехкомпонентную систему, состоящую из жидкости, газа, и твердых кристаллов. Различают первичные и вторичные магмы. Первичные возникают на разных глубинах земной коры и верхней мантии и имеют однородный состав. Продвигаясь к поверхности Земли магма изменяет свой состав, превращаясь во вторичную. Нижняя часть магмы приобретает ультраосновной состав, более высокая - базальтовый, а самая верхняя часть - кислый, вплоть до гранитного.

Химический состав магмы: SiO2, FeO, CaO, MgO, Na2O, K2O (до 97%). Летучие компаненты: CO2, H2, H2O, F2, B и др.

Кристаллизация магмы происходит в определенном интервале температур - от 1000 до 16000 С.

3.Интрузивный магматизм.

Интрузивный магматизм - процесс внедрения и застывания магмы в породах земной коры с образованием на разных глубинах своеобразных интрузивных форм.

Различают: полуглубинные (гипабиссальные) и глубинные (абиссальные) тела (см. рис.).

К глубинным относятся секущие и пластовые жилы.

а) секущие жилы пересекают слой горных пород под различными углами, называются дайками. Образуются в результате растяжения горных пород и заполнения пространства магмой. Породы: порфириты, гранит - порфиры, диабазы, негматиты.

б) пластовые жилы - силлы - залегают согласно с вмещающими породами, образуются в результате раздвигания магмой этих пород.

К глубинным также относятся:

лополит (чаша) S = 300 км2, m - 15 км. в поперечнике, характерен для платформ;

факолит (чечевица) - образуется одновременно со складками; S ~ 300 км2, m ~ 10 км, характерен для

лакколит - грибообразный, верхние слои приподняты; S - 300 км2, m - 10 - 15 км.

Различают глубинные формы такие как:

батолиты - крупные гранитные интрузии, S - сотни и тысячи км2, в глубину - неопределено.

штоки - столбообразные тела, изометричные, S < 100 - 150 км2.

4.Эффузивный магматизм (вулканизм).

4.1.Понятие о вулканизме.

Эффузивный магматизм или вулканизм - это излияние на поверхность Земли лавы, выход газов или выброс обломочного материала взрывом газов.

В зависимости от количества газов, их состава и температуры происходит:

а) изменение лавы - эффузия (медленное выделение газов, Т°С - высокая);

б) взрывное извержение - эксплозия (быстрое выделение газов, вскипание, Т°С - высокая);

в) медленное вскипание магмы - экструзия (вязкая магма, Т°С - высокая).

4.2.Продукты извержения вулканов.

Различают жидкие, твердые и газообразные продукты извержения вулканов.

1) Газообразные (летучие): водяной пар, диоксид углерода (CO2), оксид углерода (CO), азот (N2), диоксид серы (SO2), оксид серы (SO), газообразная сера (S2), водород (H2), аммиак (NH3), хлористый водород (HCl), фтористый водород (HF), сероводород (H2S), метан (CH4), борная кислота (H3BO3), хлор (Cl), аргон (Ar), преобразованные H2O и СО2. Также присутствуют хлориды щелочных металлов и железа. Состав газов и их концентрация зависят от температуры и от типа земной коры, поэтому они могут меняться в пределах одного вулкана.

2) Жидкие вулканические продукты представляют собой лаву, вышедшую на поверхность.

Характер эффузивных извержений, форма и протяженность лавовых потоков определяется химическим составом, вязкостью, температурой, содержанием летучих веществ.

Наиболее распространены - базальтовые лавы, имеют температуру до 1100 - 1200╟С, низкую вязкость, V течения = 60 км/ч (образуют лавовые реки или покровы).

Базальты изливающиеся в подводных условиях образуют подушечные лавы. Это происходит в рифтовых зонах срединно - океанических хребтов.

Сравнительно меньше распространены вязкие, низкотемпературные лавы (андезиты, дациты, риолиты), образующие короткие и мощные потоки. Быстро остывают на поверхности.

3) Твердые вулканические продукты образуются при эксклюзивных взрывных извержениях. При этом образуются вулканические бомбы (застывшие выбросы жидкой лавы), размером 6 см. и более. Скопления вулканических бомб - агломераты.

Лапикки (╚шарик╩) - размеры 1 - 5 см. более мелкие продукты выброса - вулканический песок, пепел и пыль. Последняя разносится на тысячи км. Вулкан Кракатау (между островом Суматра и островом Ява в Зондском проливе), совершив извержение в 1883 году, выбросил тончайшую пыль, которая обошла в верхних слоях атмосферы весь земной шар.

Взрывы дробят и выбрасывают уже отвердевшие вулканические породы и распыляют жидкую лаву, образуя туфы, размеры которых от 1 - 2 долей мм.

4.3.Типы вулканов.

Существует 2 основных вида вулканов: центрального и линейного типа.

Вулканы центрального типа - конусообразные или куполообразные возвышенности, сложенные вулканическими извержениями, высотой несколько тысяч метров.

На вершинах чашеобразные углубления - кратеры, которые соединяются с магматическим очагом, который находится на глубине 80 км. и более в верхней мантии, через жерло. Выбрасываемые при извержении обломки и лава наращивают конус. К кратерам часто приурочены озера. При извержении образуются грязевые потоки, приводящие к катастрофическим разрушениям.

Кратер древнего вулкана, разрушенного в результате экзогенных процессов, внутри которого располагается несколько более молодых конусов, до 2 - 3 десятков км. в поперечнике, называется кальдерой. По генезису различают кальдеры:

взрывные, образующиеся при извержениях взрывного типа;

кальдеры обрушения или проседания, вследствие обрушения кровли подземной полости, откуда была внезапно выброшена эмульсия магмы и частичного оседания низвергнутой лавы;

эрозионные - образованные в результате экзогенных процессов в длительный период покоя вулкана;

смешанные - в формировании их участвовали как эндогенные так и экзогенные процессы.

Вулканы линейного или трещинного типа - имеют протяженные подводящие каналы

Как правило изливается базальтовая жидкая лава, образуя покровы. Вдоль трещин образуются валы разбрызгивания (лавы), плоские конусы, лавовые поля.

Если магма кислая, то образуются кислотные экструзивные валы и массивы.

4.4.Образование и распространение минералов.

Гаванский тип извержений - выбросы очень жидкой базальтовой лавы. Образуются щитовидные вулканы. Температура лавы очень высокая - 1200 - 1300╟С. Сопровождается лавовыми фонтанами высотой до сотен метров. V = 4-5 м/сек. Твердые продукты извержения не образуются. (Гавайские острова: Д - 155╟, Ш - 20╟. В 1959 году вулкан Куладэа извергался в течении недели. Поперечник кратера - 5000 м.).

Стромболманский тип - более вязкая основа лавы (больше кремнекислоты), температура более низкая - 1050 - 1100╟С. С трудом отдает газы. Выбрасывает лапикки, бомбы, а через 1 - 2 суток происходит излияние лавы, затем снова взрывы, клубы дыма. (Вулкан Стромболи в Средиземном море - Липарские острова, у верхнего носка ╚итальянского сапога╩. Высота над уровнем моря - 900 м.).

Плинианский тип (везувианский). Плиний старший (римский ученый) погибший при извержении Везувия в 79 году н. э., уничтожившего города Геркуланум, Стабисо и Помпею. Характерны мощные, внезапные взрывы, сопровождающиеся выбросами огромного количества пепла. Лавы базальтовые с еще большим содержанием кремнекислоты, поэтому ближе к средним, температура до 1000╟С. Вязкая, нередко закупоривает жерло. Пример - вулкан Кракатау.

Пелейский тип - образует раскаленные лавины и купола вязких лав. Продукты извержения:пепел, пемза, кристаллы, вулканические породы. После извержения выдвигается ╚игла╩ вязкой магмы. Вулкан Моп - Пеле на острове Мартиника (к юго - востоку от Кубы, Карибское море) в группе мелких Антильских островов 8 мая 1902 года уничтожил город Сен - Пьер с 40 000 жителями.

Газовый тип - сильные подземные толчки, взрывы и выбросы большого количества пепла и газов. Бандай в Японии (1888 г.). Была снесена вся вершина вулкана (высота 640 м.). Продукты извержения покрыли площадь ~ 70 км2 (бедствие).

Извержение шпатовых потоков происходило в геологическом прошлом, человеком не наблюдалось: палящие тучи или раскаленные лавины.

5.Постмагматические процессы.

Различают такие постмагматические процессы как:

фумаролы - выход вулканических газов на поверхность. Это и газы из расплавов и превратившиеся в пар грунтовые воды. Фумаролы бывают кислые, щелочно - нашатырные, сернистые, сероводородные и др.

термы - горячие источники, связаны с современным вулканизмом (Камчатка, Кавказ). Воды бывают: натриево - хлоридными, кислыми, сульфитно - хлоридными, кислыми сульфатными и т. д. Радиоактивные вещества (радон). Изменяют окружающие породы (глины, известняки).

гейзеры - горячие, периодически фонтанирующие (на десятки метров) источники. Великий Гейзер в Исландии (к востоку от Канады). Температура + 75 - 100╟ С. Существуют гейзерные электростанции в Италии, Исландии, Калифорнии, на Камчатке.

6.Магматические горные породы.

Магматические горные породы образуются в результате остывания и кристаллизации магмы и называются изверженными породами.

Магма представляет собой огненно - жидкий силикатный расплав. В первом случае остывание протекает медленно, вся магма успевает раскристаллизоваться - образуются полнокристаллические зернистые породы. При быстром поднятии магмы на поверхность Земли температура ее быстро падает, давление понижается до нормального и от магмы отделяется летучие компоненты (F, Cl, H2O).В этом случае породы могут иметь стекловатую структуру, т. е. не являются полностью раскристаллизованными.

Магматические породы, образовавшиеся в глубоких недрах Земли, называются интрузивными или глубинными. Если застывание магмы происходит на поверхности Земли, то образуются эффузивные или излившиеся породы. Интрузивные и эффузивные породы отличаются условиями залегания и по сложению (структуре и текстуре). Несколько особняком стоит третья группа - жильные породы, которые заполняют трещины.

Интрузивные породы в зависимости от глубины застывания магмы делятся на две фракции:

абиссальные породы, образовавшиеся на значительной глубине;

гипабиссальные (полуглубинные) породы, которые затвердели на сравнительно небольшой глубине и которые являются переходными от интрузивных к эффузивным.

Содержащееся в магме некоторое количество газов и перегретых паров воды при извержении нередко взрывается. Вулканические выбросы (вулканический пепел и песок, лапикки и вулканические бомбы) называются пиропластическим материалом, который накапливается по склонам вулканов, оседает, цементируется и в результате образуются вулканические туфы.

Химический и минеральный состав магматических пород.

В магматических породах содержатся практически все химические элементы. Главными являются: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, Ti, H. Это петрогенные элементы. Химический состав пород не соответствует химическому составу магмы, из которой они образовались, т. к. многие составные части магмы (вода, углекислота, соединения Cl, F и другие летучие соединения) при застывании выделяются из нее.

Минеральный состав магматических горных пород также разнообразен: полевые шпаты, кварц, амфиболы, пироксины, слюды, в меньшей степени - оливин, нефелин, лейцит, магнетит, апатит и другие минералы.

Различают главные породообразующие минералы, слагающие основную массу породы и второстепенные, присутствующие в меньшем количестве (могут отсутствовать). Это - кварц. Калиевые полевые шпаты, плагноклазы, лейцит, нефелин, пироксены, амфиболы, слюды, оливин и др.

Акцессорные минералы - это те, что присутствуют в небольшом количестве в виде редкой, но характерной примеси: циркон, титанит, ортит и другие; иногда присутствуют и рудные минералы (магнетит, хромит, пирит, пирротин и др.).

Минералы богатые Si и Al - силлические и имеют светлую окраску (полевые шпаты, кварц, пусковит).

Минералы содержащие Mg и Fe - Мафические или фемические или цветные минералы. Они темноокрашенные (пироксены, амфиболы,биотит, оливин).

Лейкократовая порода - светлая (цветные минералы отсутствуют либо присутствуют в малом количестве); меланократовая порода - темная.

По происхождению минералы магматических пород делятся на первичные, образованные в результате кристаллизации самой магмы и вторичные, полученные за счет первичных в результате дальнейшего их преобразования.

Плагиоклазы ® серицит, цеолит.

Пироксены и амфиболы ® хлорит, эпидот.

Процессы вторичного минералообразования: серицитизация, каолинизация, хлоритизация, серпентинизация и т. д.

В результате изменений, которым подвергаются магматические породы с течением времени, они приобретают различное состояние, называемое фазой породы. Различают первичную (породы свежие, минералы почти не изменены); диагенетическую (благодаря выветриванию порода буреет и мутнеет); земнокаменную (сильно изменяются породы, интенсивный процесс хлоритизации, приобретают зеленый цвет). В зависимости от измененности породы носят различные названия: свежая эффузивная порода среднего состава - андезит, а сильно измененная - порфирит или андезитовый порфирит.

По содержанию Si O2, %:

Ультраосновные < 45,0

Основные 45 - 52,0

Средние 52 - 65,0

Кислые 65 - 7