Cхема динамики вулканического процесса 

c A.Mалышев
http://ai-malyshev.narod.ru/

Bулканизм - процесс, протекающий внутри земной коры и под ней.

Oбщие закономерности вулканического процесса: зависимость формы извержений от поведения летучих, полицикличность, признаки саморазвития, отражение полицикличности вулканического процесса в фациальном, химическом, минеральном и газовом составах извергающегося материала, эволюции вулканической постройки.

Kлючевым моментом для понимания сути происходящих процессов является тройственная взаимосвязь динамики (силы) извержений, газонасыщенности и кристалличности пород.

Сам факт извержений свидетельствует о наличии избыточного по отношению к литостатическому, внутримагматического давления, a полицикличность вулканического процесса соответствует полицикличности изменений этого давления. П ризнаки саморазвития в виде прямой и обратной лавинообразности свидетельствуют о том, что это избыточное давление генерируется внутри самой системы.

Mагматическая система вулканa имеет более высокую температуру по сравнению с окружающими породами. На неизбежный в этих условиях теплоотвод система реагирует ростом упорядоченности структуры в виде перехода части расплава в кристаллическую фазу.

Теплопотери при этом полностью или частично компенсируются за счет выделения скрытой теплоты кристаллизации.

B питающей вулкан магме всегда присутствуют летучие в свободной фазе. Помимо этого летучие находятся и в магматическом расплаве в растворенном состоянии. Особенно хорошо известна и широко изучена экспериментально растворимость в расплаве паров воды. Оценки содержания воды в магмах вулканических областей, проведенные различными способами, показывают, что оно составляет 1–3 мас. %. Совместная кристаллизация амфибола и плагиоклаза в андезитах Безымянного, по экспериментальным данным, требует наличия на заключительном этапе кристаллизации содержания воды не менее 6 мас. %, а содержание воды в отдельных вулканических породах (пехштейнах) достигает 8 мас. % и более.
Кроме воды в растворенном состоянии находятся другие легкие элементы и их соединения, определяемые в вулканических эксгаляциях.

Dля любого из летучих компонентов существует предел растворимости в расплаве.Hаличие в магме летучих в свободной фазе свидетельствует о том, что содержание летучих в расплаве близко к пределу растворимости, т.е. расплав по отношению к летучим всегда насыщенный. Кроме того, летучие не входят в кристаллическую решетку большинства породообразующих минералов вулканических пород и должны оставаться в расплаве.

В этих условиях теплопотери и частичная кристаллизация расплава ведут к тому, что оставшийся расплав по отношению к летучим оказывается пересыщенным, и летучие начинают выделяться из расплава. Из-за высоких температур наиболее легкая (газовая) фракция летучих сразу оказывается в надкритическом состоянии и обособляется в газовую фазу, обеспечивая значительный прирост магматического давления.

В этом плане магматические системы можно рассматривать как динамически активные, т.е. испытывающие тенденцию к непрерывному расширению.

Однако объем каждой магматической системы остается неизменным при нарастающем внутримагматическом давлении до тех пор, пока последнее не превысит статическое сопротивление окружающих пород, их предел прочности.

В последнем случае происходит частичное разрушение окружающих пород, что и делает возможным расширение системы.

Из-за невозможности длительного сохранения как объема системы при нарастающем давлении, так и расширения системы при постоянном давлении процесс принимает автоколебательный характер по бесконечно большому числу собственных частот системы. Форма колебаний определяется периодическими переходами системы из состояния неустойчивого равновесия и в устойчивое, затем снова (спустя некоторое время) в неустойчивое.

Источником динамической активности магматических систем является рассеивание их тепла в окружающее пространство, сама активность возникает за счет выделения из расплава кристаллической и газовой фазы и нарастания внутримагматического давления, а сброс этого давления носит полициклический характер.

А.П. Хренов заметил, что “синхронное изменение вкрапленников плагиоклаза и фемических минералов в ходе извержения, а также дискретный характер их распределения, отражающих этапность эруптивного процесса, указывают на то, что рост вкрапленников происходит в вулканическом канале на уровне отделения газовой фазы”.

Полициклическая изменчивость внутримагматического давления накладывает отпечаток и на все процессы, происходящие в магме. Широко известен факт смещения под большим давлением летучих минеральных равновесий в магме в сторону водосодержащих минералов, или в реакционных замещениях пироксена роговой обманкой при нарастании давления летучих и переходе от роговообманково-пироксеновых андезитов к пироксеновым – при сбросе давления. Однако еще более ярко полицикличная изменчивость внутримагматического давления отражается в образовании порфировых и серийно-порфировых структур вулканических пород.

Kристаллизация для образования четко выраженных порфировых и серийно-порфировых структур предполагает не просто непрерывноe падениe температуры, а скачкообразноe ее уменьшениe. Из-за высокой теплоемкости силикатных расплавов, их сравнительно низкой теплопроводности и выделении компенсирующей теплопотери скрытой теплоты кристаллизации добиться скачкообразного снижения температуре можно лишь в условиях закалки небольших объемов расплавов. Для более или менее значительных объемов расплава скачкообразный сброс температуры невозможен.

Если магматическая система теряет тепло, то из-за уменьшения теплового движения, вне зависимости от значения давления, будет происходить упорядочивание молекул расплава с образованием кристаллических структур. Однако процесс определяется уровнем внутримагматического давления. В условиях высокого давления преодоление потенциального барьера кристаллическими зародышами наименее вероятно, скорость образования новых центров кристаллизации будет падать.

Поскольку в условиях постоянного теплоотвода количество образующейся кристаллической фазы должно оставаться неизменным, то уменьшение образования новых центров кристаллизации должно приводить к одновременному увеличению скорости роста уже возникших кристаллов. Сброс давления облегчает образование новых центров кристаллизации, скорость их образования возрастает, тогда как скорость роста уже возникших кристаллов соответственно падает. Другими словами, система в соответствии с принципом Ле Шателье–Брауна будет реагировать на внешнее воздействие в направлении максимальной его компенсации.

Тем самым изменчивость внутримагматического давления находит свое отражение в образовании кристаллических структур вулканитов, а полицикличность вулканического процесса прослеживается в серийно-порфировых и порфировых структурах в виде полицикличного распределении кристаллов вулканических пород по размерам. Если температуру в системе и количество рассеиваемого в окружающее пространство тепла можно рассматривать как факторы, регулирующие стратегическое направление кристаллизации и определяющие, какие минеральные фазы и в каком количестве образуются, то изменение внутримагматического давления руководит тактикой кристаллизации, определяя, будет ли происходить усиленный рост уже образовавшихся кристаллов или возникновение новых центров кристаллизации.

Однако поскольку для различных минеральных фаз высота потенциального барьера должна быть различной, то при значительных изменениях внутримагматического давления этот параметр может оказывать влияние и на стратегическое направление кристаллизации, вызывая смещения минеральных равновесий в магме. Еще одним фактором, вероятно, очень существенно влияющим на кристаллизационные процессы является диффузионный газовый массоперенос, который будет рассмотрен в последующих разделах.

Хостинг от uCoz