 | Полицикличность вулканического процесса |
C A.Mалышев
http://ai-malyshev.narod.ru/
Hиболее характерные черты вулканического процесса - полицикличность, зависимость формы извержений от поведения летучих. В попытке обобщить явления полицикличности вулканического процесса Г.Н. Ковалев и Ю.Б. Слезин выделили следующие типы пульсаций:
1. Крупные этапы или циклы вулканизма, определяющие развитие целых регионов, связанные с закономерным изменением химизма продуктов и общего характера вулканизма.
2. Рождение, развитие и отмирание вулканических аппаратов - мегациклы
3. Периоды усиления и ослабления активности вулкана – макроциклы и циклы
4. Чередование извержений и периодов покоя.
5. Mикроцикличность – неравномерности отдельного извержения
Особенно широк спектр масштабов цикличностей, отождествляемых с неравномерностями в процессе отдельного извержения. В частности, при исследовании сейсмического сопровождения извержений вулкана Ключевского выявлена полицикличность повышения активности с периодами 1 мин 34 с, 6 мин 10 с, 40 мин, 36 ч и суперпозиции этих гармоник. Этот набор масштабов цикличности сохранялся в течение 1 года и 7 месяцев, а основные частоты являются характерными для деятельности Ключевского вулкана с 1932 г.
Г. Тазиев привел описание экзотического типа цикличности – пульсаций уровня лавового озера вулкана Ньярагонго. Между 1948 и 1958 гг. уровень лавы в озере понизился примерно на 50 м. Озеро продолжало опускаться и в 1959 г., однако при осмотре озера 13 февраля 1966 г. установлено, что оно поднялось на десятки метров по сравнению с уровнем 1948 г. И этот подъем продолжался по крайней мере до 1972 г. Эти долговременные колебания уровня лавы в озере осложнялись кратковременными разливами – быстрыми подъемами уровня лавы в озере, в результате которых оно выходило из берегов, и последующим восстановлением прежнего уровня. Найти какую-либо закономерность в короткопериодных пульсациях уровня лавы в озере Тазиеву не удалось. Связь с приливами и отливами не наблюдалась, а в ночь происходило до шести пульсаций уровня лавы в озере.
В качестве примера циклов вулканизма, определяющих развитие целых регионов, можно привести региональную цикличность Южной Камчатки. Анализ имеющегося материала по масштабам и интенсивности кислого вулканизма в среднеплейстоцен-голоценовое время позволил Н.Н. Кожемяке сделать заключение о резко неравномерном во времени, пульсационном характере его появления. Главная масса материала была извергнута в короткие интервалы одновременно по всей зонe. Длительность проявления каждой последующей вспышки кислого вулканизма и объем изверженного материала уменьшаются с течением времени. При сравнении масштабов и интенсивности основного и кислого вулканизма намечается следующая тенденция: наиболее сильные вспышки кислого вулканизма смещены во времени с максимумами интенсивности основного вулканизма и проявляются позже. Цикличность прослеживается в фациальном и химическом составах пород.
Полицикличность вулканического процесса характерна и для ареального вулканизма. В основаниях лавовых толщ ареальных извержений Ключевской группы доминируют мегаплагиофировые базальты. Вверх по разрезу прослеживается тенденция к их замене последовательно на мезо-, микроплагиофировые и афировые разности. В петрохимическом отношении эта тенденция соответствует переходу от излияний преимущественно субщелочных глиноземистых базальтов к извержениям известково-щелочных магнезиальных базальтов умеренной щелочности.
В силу более высокой эксплозивности магнезиальных базальтов меняется и характер извержений. Если при излияниях субщелочных глиноземистых базальтов формируются обширные лавовые поля с невысокими (5–100 м) шлаковыми конусами при низком коэффициенте эксплозивности (3% по оценкам для Толбачинского дола), то при доминировании магнезиальных базальтов коэффициент эксплозивности возрастает до 20–30% (по Толбачинскому долу) и начинают формироваться очень крупные шлаковые конусы. На эту тенденцию в эволюции вещественного состава и форм ареальных извержений накладывается изменчивость более низких уровней. В общем случае чередование излияния субщелочных глиноземистых и магнезиальных базальтов с контрастными или плавными переходами и соответствующими изменениями форм наблюдается даже в ходе единичного извержения.
О.Б. Селянгин рассматривает вулканический процессе как о пульсационный (в целом прогрессирующий): поднятиe магмы к поверхности Земли, феномен долговременной ритмической дегазации питающей вулкан магмы (фракционирование летучих, смещение минеральных равновесий в магме и, возможно, связанное с этим изменение сериальной принадлежности и металлогенической специализации изверженных пород). Рассматривает Селянгин и возможность того, что “вскипание магмы вносит существенный вклад в интрузивное давление”. Oт этих идей до представлений о динамической активности магм остается один шаг.
Автоколебательный режим вулканической деятельности - универсальное явление.
“Причем сообщает господин Стеллер следующие примечания: 1) что горят только одинакие горы, а не хребты гор. 2) что все оные горы имеют снаружи одинакой вид, следовательно, и внутри одинакое состояние, и кажется ему, будто внешний их вид придает некоторую силу к внутреннему существу и произведению горящих материй и к действию возжигания. 3) что на самых верхах всех гор, которые курились или горели прежде, а после загасли, выходят моря или озера; почему рассуждать можно, что как горы выгорели до самой подошвы, то водяные проходы отворились и заняли полое место: и сие служить может к истолкованию возгорения гор и горячности теплых вод”.
Исследования фумарол и гидротермальных источников выявляют тесную связь между характером активности вулкана, вариациями состава флюидов и режимом их выделения и это выражается в постепенном нарастании дебета источников и их температуры, а также в изменениях концентрации отдельных компонентов вулканического флюида перед извержением, газы высокотемпературных фумарол служат индикаторами вулканической активности.
Так, для вулканов Камчатки И.А. Меняйлов отмечает, что в предэруптивный период в фумаролах возрастает температура, увеличивается содержание кислых газов и наблюдается рост S/Cl. На вулканах Асама и Мохера за несколько месяцев до извержения повысился дебет эманаций и понизилась их радиоактивность.
Одновременно в составе вулканических газов повысилась концентрация серных и галоидных соединений. Эта тенденция сохранялась вплоть до кульминационной стадии извержения. Возрастание концентрации соединений серы за несколько месяцев до извержений зафиксировано в фумаролах Гавайских вулканов, на острове Маунт-Рейнер и др. Выявленные связи позволили ряду исследователей предложить использование изменений содержания компонентов в вулканических газах для прогноза вулканических извержений, анализа динамики извержений и предсказания их спада.
При анализе любого извержения прослеживаются жесткая связь динамики извержений с газоотделением и зависимость режима извержения от поведения летучих. Наиболее наглядно импульсы активности, осложняющие течение каждого извержения и их отражение в формах извержения, отображают диаграммы Ритманa, на которых oн предложил по абсциссам откладывать время, а по ординатам – интенсивность явлений извержения. Характер активности вулкана на такой диаграмме наносится условными значками.
Цикличность свойственна вулканическому процессу во все времена. Ее проявления в развитии древнейших вулканических областей можно проиллюстрировать на примере зелено-каменного пояса Абитиби. Этот пояс, называемый также осадочно-вулканическим, представляет собой архейскую (2.7 млрд. лет) складчатую область субширотного простирания, расположенную в южной части Канадского щита. Между стратиграфическими схемами различных авторов существуют расхождения, однако все они отражают главную особенность вулканической толщи – гомодромную в целом эволюцию вулканизма толщи. В ее низах преобладают подушечные ультрамафитовые и мафитовые лавы (коматииты, базальты), в средней части – подушечные базальты и андезиты, а в верхней – туфы и в меньшей степени лавы дацитов и плагиориолитов в чередовании с потоками андезитов. Редкие прослои кислых вулканитов – предполагаемые пепловые туфы – встречаются и в более низких частях разреза.
Джолли [Jolly, 1980] выделяет в сводном разрезе вулканитов Абитиби следующие четыре серии (снизу вверх): магнезиальную, магнезиально-толеитовую, толеитовую и известково-щелочную. Джолли трактует эти серии как результат четырехкратного возобновления базальтоидного вулканизма, связанного с плавлением мантийного перидотита и последующей дифференциацией в субвулканических камерах. В итоге внутри каждой серии наблюдается следующая эволюция составов: в магнезиальной – от коматиитов до андезитов; в магнезиально-толеитовой и толеитовой – от мафических базальтов до дацитов; в известково-щелочной – от базальтов до риолитов (плагиориолитов). Таким образом, на общем фоне гомодромного развития вулканизма в зоне Абитиби прослеживаются четыре вложенных цикла с эволюцией в противоположном направлении. Однако наличие в самых низах разреза прослоев кислых вулканитов заставляет предполагать, что гомодромной направленности общего развития вулканизма в Абитиби предшествовали в редуцированном виде либо антидромная ветвь, либо еще один слабо выраженный цикл гомодромной направленности.