» » Остывание лавы
Время, необходимое для остывания лавы, не может быть определено точно: в зависимости от мощности потока, строения лавы и степени первоначального жара оно бывает очень различно. В некоторых случаях лава застывает чрезвычайно быстро; так, напр., один из потоков Везувия в 1832 г. застыл в два месяца. В других случаях лавы находятся в движении до двух лет; часто по прошествии несколько лет температура лавы остается чрезвычайно высокой: кусок дерева, воткнутый в нее, мгновенно загорается. Такова была, напр., лава Везувия в 1876 г., через четыре года после извержения; в 1878 г. она уже остыла.
Некоторые потоки в течение многих лет образуют фумаролы. На Хорулло, в Мексике, в ключах, проходивших через лаву, которая вылилась 46 лет тому назад, Гумбольдт наблюдал температуру в 54°. Потоки значительной мощности застывают еще дольше. Скаптар-иокул в Исландии в 1783 г. выделил два лавовых потока, объем которых превосходил объем Моцблана; нет ничего удивительного в том, что такая мощная масса застывала постепенно в течение ПО лет.
Мы видели, что лавовые потоки быстро застывают с поверхности и одеваются твердой корой, в которой жидкая масса движется, точно в трубе. Если после этого количество выделяющейся лавы уменьшится, то такая труба не будет совсем ей заполнена: верхний покров станет понемногу опускаться, сильнее в середине и меньше по краям; вместо обычной выпуклой поверхности, какую представляет всякая густая текучая масса, получится вогнутая поверхность в виде желоба. Впрочем, твердая кора, одевающая поток, опускается далеко не всегда: если она будет достаточно мощна и крепка, то выдержит собственную тяжесть; в таких случаях внутри застывшего потока образуются пустоты; без сомнения, таким именно путем возникли знаменитые гроты Исландии. Наибольшей известностью среди них пользуется Суртсхеллир («Черная пещера») у Калманстунга, расположенный среди огромного лавового поля; длина его 1600 м, ширина 16-18 м и высота 11 - 12 м. Он состоит из главной залы с целым рядом боковых камер. Стены грота покрыты стекловатыми блестящими образованиями, с потолка спускаются великолепные лавовые сталактиты; по бокам видны длинные полосы - следы двигавшейся огненно-жидкой массы. Многие лавовые потоки острова Гаваи прорезываются длинными гротами, вроде туннелей: местами эти гроты очень узки, иногда расширяются до 20 м и образуют обширные высокие залы, украшенные сталактитами; они тянутся иногда на протяжении многих километров и извиваются, следуя всем направлениям лавового потока. Подобные туннели были описаны также на вулканических островах Бурбон (Реюньон) и Амстердам.
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.
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 км 3 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. км 2 . 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. км 2 , а их суммарная толщина в районе Норильска достигала трех километров.
Черная кровь планетыЛавы, 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.
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.
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.
» Движение лавы
Быстрота движения лавы различна, смотря по ее густоте и по наклону местности, где она совершает свой путь. Относительно небольшие лавовые потоки, льющиеся по крутым склонам, подвигаются вперед чрезвычайно быстро; поток, выброшенный Везувием 12 августа 1805 г., мчался по крутым склонам конуса с поразительной скоростью и в первые четыре минуты сделал 5 ½ км, а в 1631 г. другой поток того же вулкана достиг моря в течение одного часа, т.е. прошел в это время 8 км. Особенно жидкие лавы выделяются открытыми базальтовыми вулканами о-ва Гавайи; они до того подвижны, что на обрывах образуют настоящие лавопады и могут двигаться при самом ничтожном наклоне почвы, даже в Г. Неоднократно наблюдалось, как эти лавы проходили 10-20 и даже 30 км в час. Но такая быстрота движения принадлежит во всяком случае к числу исключений; даже та лава, которую наблюдал Скроп в 1822 г. и которая в течении 15 минут успела спуститься от края кратера Везувия до подножия конуса, является далеко не обычной. На Этне движение лавы считают уже быстрым, если оно совершается со скоростью 1 км в 2-3 часа. Обыкновенно лава движется и того медленнее и в некоторых случаях проходит только 1 м в час.
Лава, вытекающая из вулкана в расплавленном состоянии, обладает бело-калильным блеском и внутри кратера долго его сохраняет: это хорошо можно видеть там, где, благодаря трещинам, обнажаются глубокие части потока. Вне кратера лава быстро охлаждается, и поток покрывается скоро твердой корой, состоящей из темной шлаковой массы; в течение непродолжительного времени она становится столь крепкой, что человек может спокойно ходить по ней; иногда по такой коре, покрывающей еще движущийся поток, можно подняться до того места, откуда лава вытекает. Твердая шлаковая кора образует нечто вроде трубы, внутри которой движется жидкая масса. Передний конец лавового потока также покрывается черной твердой корой; при дальнейшем движении лава придавливает эту кору к земле и течет по ней дальше, покрываясь спереди новой шлаковой оболочкой. Это явление не имеет места только при очень быстром движении лавы; в остальных случаях путем сбрасывания и передвигания шлаков образуется слой застывшей лавы, по которому и движется поток. Последний представляет редкое зрелище: переднюю часть его Пулет Скроп сравнивает с огромной кучей углей, которые, под влиянием какого-то давления сзади, нагромождаются друг на друга. Движение его сопровождается шумом, подобным звону разливающегося металла; этот шум происходит вследствие трения отдельных комков лавы, их раздробления и сокращения.
Твердая кора лавового потока обыкновенно не представляет ровной поверхности; она покрыта множеством трещин, через которые иногда вытекает жидкая лава; глыбы, образовавшиеся вследствие раздробления первоначального покрова, сталкиваются друг с другом, подобно льдинам во время ледохода. Трудно вообразить более дикую и угрюмую картину, чем та, которую представляет нам внешняя поверхность потока глыбовой лавы. Еще своеобразнее формы так называемой волнистой лавы, которая наблюдается реже, но хорошо известна всякому посетителю Везувия. Дорога от Резины до обсерватории проложена на значительном протяжении по такой лаве; последняя выброшена Везувием в 1855 г. Покров таких потоков не разбивается на куски, а представляет сплошную массу, неровная поверхность которой своим своеобразным видом напоминает кишечные сплетения.
Вулканы всегда привлекали как учёных, так и обывателей. Их называют тоннелями или ходами в центр Земли, ведь при их извержении на поверхность выходит лава, наполняющая глубокие недра нашей планеты. Именно изучение вулканов позволило учёным выдвинуть множество гипотез о сложных физических и химических процессах, протекающих на глубине, исчисляющейся тысячами километров.
Извержение вулканов
Извержение вулканов может начинаться по-разному. Иногда дремлющий великан заранее предупреждает о своём скором пробуждении. В этом случае происходят мелкомасштабные землетрясения в его окрестности, а из жерла перед истечением лавы выходит дым с примесью пепла, который поднимается высоко в атмосферу и не даёт лучам Солнца проникать к земной поверхности. Бывает даже так, что явления, предшествующие самому извержению вулкана, начинаются за несколько недель и даже месяцев до выхода лавы из вулкана. Но так бывает не всегда. Иногда извержение вулкана происходит почти мгновенно, без предварительных предупреждающих признаков.
Скорость извержения вулканов
Учёные выяснили, что скорость данного процесса напрямую зависит от вещества, составляющего основу лавы. У этих веществ разная температура плавления и разное влияние на текучесть лавы, в которой у медленно извергающихся вулканов преобладают андезит и дацит, а у быстро извергающихся – риолит. Помимо химического состава лавы на скорость извержения вулканов большое влияние оказывает количество газов, растворённых в лаве. Чем их больше, тем скорость истечения потока выше. Иногда при очень большом количестве газов может произойти взрыв, приводящий к стремительному выходу лавины из вулканического жерла.
Эксперимент выхода лавы
Некоторые данные о вулканах были подтверждены в лабораторных условиях: риолит был нагрет до 800 градусов по Цельсию, что приблизительно соответствует температуре вулканических недр при начале извержения. Было доказано, что при данных условиях это вещество становится очень текучим из-за низкой вязкости. Поэтому в реальных условиях позволяет ему выходить из жерла вулкана с большой скоростью. К сожалению, толчком к проведению данного эксперимента стала природная катастрофа, имевшая место в Чили в городке Чайтен, который находится в 10 километрах от вулкана с тем же названием.
Трагедия произошла 1 мая 2008 года. Меньше, чем за сутки до извержения начались интенсивные подземные толчки, и вскоре дым с пеплом стал подниматься в атмосферу. Всё произошло настолько быстро, что осуществить спасательные мероприятия было практически невозможно. Извержение было продолжительным и интенсивным, что за ним можно было наблюдать даже с околоземной орбиты. Это было событие мирового масштаба, за которым следили учёные многих стран. Анализ образцов пемзы проводили двое учёных – Дональд Дингвелл и Джонатан Кастро.
В результате эксперимента выяснилось, что лава поднималась приблизительно с пятикилометровой глубины с потрясающе высокой скоростью – 1 метр в секунду. Следовательно, при такой скорости для достижения земной поверхности требовалось всего лишь около 4 часов. При проведении химического анализа было обнаружено значительное содержание риолита. Также пемза содержала большое количество пустот, что говорит о значительном содержании газов в составе извергающейся лавы.
Эти данные послужили ключом к раскрытию тайны такого стремительного выхода лавы из земных недр. Вулканы – очень интересная и захватывающая тема для исследований. Они таят в себе множество таинств, разгадать которые предстоит многим учёным будущего времени.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Вопрос о том, что такое лава, интересует многих учёных уже на протяжении долгого времени. Состав этого вещества, а также его форма, скорость передвижения, температура и другие аспекты стали предметом целого ряда исследований и научных работ. Объяснить это можно тем, что именно её застывшие потоки представляют собой чуть ли не единственный источник информации относительно состояния недр Земли.
Общее понятие
Для начала следует разобраться, что такое лава в современном понимании? Учёные называют ею материал в расплавленном состоянии, находящийся в верхней части мантии. Во время нахождения в земных недрах состав вещества является однородным, но как только оно приближается к поверхности, начинается процесс закипания с выделением газовых пузырьков. Именно они двигают раскалённый материал по направлению к трещинам в коре. При этом далеко не вся жидкость извергается на поверхность. Говоря о том, каково значение слова «лава», следует отметить, что это понятие распространяется только на вылившуюся часть материи.
Базальтовая лава
Наиболее распространённым видом на нашей планете является базальтовая лава. Большинство из всех геологических процессов, которые происходили на Земле много тысяч лет назад, сопровождались многочисленными извержениями именно этого типа раскалённого вещества. После его застывания образовывалась одноименная горная порода чёрного цвета. Половина состава базальтовых лав представляет собой магния, железа и некоторых других металлов. За счёт них температура расплава достигает отметки около 1200 градусов. При этом лавовый поток движется со скоростью около 2 метров в секунду, что сопоставимо с бегущим человеком. Как показывают исследования, в дальнейшем по так называемым «горячим следам» они движутся гораздо быстрее. Базальтовая лава из вулкана отличается небольшой толщиной. Течёт она довольно далеко (до нескольких десятков километров от кратера). Следует отметить, что данная разновидность характерна как для суши, так и для океана.
Кислая лава
В том случае, когда в составе вещества имеется 63% и более кремнезёма, оно называется кислой лавой. Раскалённый материал является очень вязким и практически неспособен течь. Скорость движения потока зачастую не достигает даже отметки в несколько метров за день. Температура вещества при этом находится в диапазоне от 800 до 900 градусов. С расплавами такого рода связано образование необычных горных пород (игнимбритов, к примеру). Если кислая лава сильно насыщается газом, она вскипает и становится подвижной. После выброса из кратера она быстро стекает обратно в получившуюся впадину (кальдеру). Следствием этого становится появление пемзы - сверхлёгкого материала, плотность которого меньше, чем у воды.
Карбонатная лава
Говоря о том, что такое лава, многие учёные до сих пор не могут определить принцип образования её карбонатной разновидности. В состав данного вещества входят и натрия. Оно извергается только одним вулканом на планете - Олдоиньо-Ленгаи, что находится на территории Северной Танзании. Карбонатная лава является самой жидкой и холодной из всех существующих видов. Её температура равняется примерно 510 градусам, а движется она по склонам с такой же скоростью, как и вода. Изначально вещество имеет тёмно-коричневый либо чёрный окрас, однако уже через несколько часов пребывания снаружи становится светлее, а еще через несколько месяцев вовсе белеет.
Выводы
Подводя итог, следует сакцентировать внимание на том, что с лавой связана одна из самых острых геологических проблем. Она заключается в том, что это вещество разогревает земные недра. Очаги горячего материала поднимаются к земной поверхности, после чего проплавляют её и образуют вулканы. Однозначного ответа на вопрос о том, что такое лава, не могут дать даже ведущие мировые учёные. Вместе с этим можно утверждать наверняка, что она является лишь мизерной частью глобального процесса, движущая сила которого спрятана очень глубоко под землей.