Лава: образование, геология и разновидности
Поделиться
Лава: от мантиевого расплава до вулканической породы
Лава — это магма, которая достигает поверхности Земли, теряет тепло и газ и становится вулканической породой. Её конечная форма зависит от того, как образовался расплав, где произошло извержение, сколько кремнезёма и газа она содержала и охлаждалась ли она на воздухе, под водой, под корой или в виде воздушных фрагментов.
Что считается лавой?
Лава — это расплавленная или частично расплавленная порода, извергающаяся на поверхность. Пока она находится под поверхностью, её называют магмой; как только она выходит из жерла, трещины или разлома, она становится лавой и начинает остывать, превращаясь в эффузивную магматическую породу.
Быстрое охлаждение придаёт лаве характерные мелкозернистые, стекловидные или пористые текстуры. Плотный базальт, пузырчатая скория, светлый пемза, блестящий обсидиан, блочный купольный камень и округлая подводная подушкообразная лава — все они могут быть вулканическими продуктами, хотя выглядят очень по-разному. Их различия обусловлены химией расплава, содержанием газа, температурой, вязкостью, содержанием кристаллов и условиями охлаждения.
Лавовый поток
Целостный массив расплавленной породы, движущийся по поверхности. Базальтовые потоки могут проходить большие расстояния; кремнезёмсодержащие потоки обычно короткие, толстые и с крутыми склонами.
Фрагмент лавы
Кусок лавы, выброшенный, разбрызганный, оторванный или сломанный от потока. Бомбы, брызги, шлаки и скории сохраняют движение и газовое содержание извержения.
Лавовое стекло
Закалённый расплав, который остыл слишком быстро, чтобы кристаллы могли вырасти. Обсидиан и тахилит — важные стекловидные вулканические материалы.
Как образуется магма
Магма образуется, когда условия позволяют твёрдой породе частично расплавиться. Три основных пути — декомпрессия, добавление летучих веществ и перенос тепла.
Плавление при декомпрессии
Горячая мантия поднимается, и давление падает быстрее, чем материал охлаждается. Это позволяет частичное плавление без значительного повышения температуры. Плавление при декомпрессии питает срединно-океанические хребты, континентальные рифты и многие горячие точки, обычно образуя базальтовую магму.
Плавление за счёт флюса
Вода и другие летучие вещества, выделяющиеся из субдуцирующей плиты, снижают температуру плавления вышележащего мантиевого клина. Этот процесс является ключевым для вулканических дуг, где часто встречаются андезитовые и дацитовые магмы.
Плавление за счёт переноса тепла
Горячая мафическая магма внедряется в более холодную кору и передаёт ей тепло. В континентальных условиях это может способствовать образованию кремнезёмсодержащих расплавов, включая риолитовую магму, связанную с кальдерами, куполами и системами с обсидианом.
Как магма развивается перед извержением
После начала плавления магма может изменяться через фракционное кристаллизацию, ассимиляцию окружающих пород, смешение магм, потерю летучих веществ и хранение в корковых резервуарах. Эти процессы помогают объяснить, почему в одной вулканической провинции могут извергаться базальт, андезит, дацит и риолит в разное время.
Тектонические обстановки
Состав лавы и стиль извержения тесно связаны с тектонической обстановкой. Каждая обстановка обеспечивает разный баланс тепла, давления, воды, взаимодействия с корой и хранения расплава.
| Среда | Процесс плавления | Типичные продукты лавы | Геологическое выражение |
|---|---|---|---|
| Срединно-океанические хребты | Плавление при декомпрессии восходящей мантии. | Толеитовый базальт, подушечная лава, листовые потоки, дайки. | Образование океанической коры и подводных вулканических хребтов. |
| Зоны субдукции | Плавление с участием воды и летучих веществ из субдуцируемой плиты. | Базальт, андезит, дацит, риолит, купола, блочные потоки. | Островные дуги, континентальные дуги, стратовулканы и взрывные центры. |
| Горячие точки | Плавление при декомпрессии в мантии или длительных тепловых аномалиях. | Базальтовые щиты, щелочные базальты, лавовые трубы, пахоэхо, а’а. | Острова океана, щитовые вулканы и длинные вулканические цепи. |
| Континентальные рифты | Растяжение, декомпрессия и передача тепла коры. | От базальтов до риолитов, обсидиановые потоки, купола и щелочные лавы. | Рифтовые долины, системы трещин, вулканические поля и кальдерные комплексы. |
| Крупные магматические провинции | Высокий объём плавления мантии и извержения через трещины. | Потопные базальты, толстые последовательности потоков, лавовые плато. | Слоистые вулканические плато и обширные базальтовые провинции. |
Химия, температура и вязкость
Содержание кремнезёма — один из самых сильных факторов, влияющих на поведение лавы. Лава с низким содержанием кремнезёма (базальтовая) горячее и более текучая; лава с высоким содержанием кремнезёма (риолитовая) холоднее, вязче и с большей вероятностью задерживает газ или быстро застывает в стекло.
| Тип лавы | Типичное содержание SiO2 | Типичная температура извержения | Относительная вязкость | Распространённые продукты |
|---|---|---|---|---|
| Базальтовая | Около 45-52 мас.% | Около 1100-1250 °C | Низкая | Пахоэхо, а’а, лавовые трубы, листовые потоки, подушечная лава, шлаки. |
| Андезитовая | Около 52-63 мас.% | Около 900-1100 °C | Средний | Блочные потоки, лавы составных конусов, шлаковые выбросы, брекчии. |
| Дацитовая | Около 63-69 мас.% | Около 800-950 °C | Высокая | Короткие толстые потоки, купола, шпили, пемзовые края. |
| Риолитовая | Более примерно 69 мас.% | Около 650-850 °C | Очень высокая | Обсидиан, пемза, лавы с полосами потока, купола, кулеи. |
Почему газ меняет всё
Летучие вещества, такие как вода, углекислый газ и диоксид серы, растворяются в магме на глубине. По мере подъёма магмы и снижения давления эти летучие вещества образуют пузырьки. Если лава жидкая, газ может легче выходить. Если лава вязкая, газ может оставаться в ловушке, образуя пемзу, вызывая взрывное фрагментирование или рост куполов под давлением.
Поверхностные и подводные стили потоков
Стиль лавового потока напрямую отражает вязкость, уклон, скорость излияния, скорость охлаждения, содержание кристаллов и формирование корки. Базальтовые системы могут образовывать как гладкие, так и зазубренные формы, тогда как лавы, богатые кремнезёмом, обычно создают короткие, толстые, блочные массы.
Пахоэхо
Текучий базальт образует тонкую, гибкую корку, которая морщится и складывается, пока лава продолжает движение под ней. В результате образуются гладкие, веревочные, вздутые или раковинные поверхности.
ʻАʻā
Разрушенный базальтовый поток распадается на угловатый клинкер и движется с грубой, шлифующей поверхностью. Обычно образуется, когда лава холоднее, более кристаллическая или движется под большим напряжением.
Блочные потоки
Андезитовая до риолитовой лава часто образует толстые потоки с треснувшими блочными поверхностями. Их внутренности могут оставаться горячими и пластичными, в то время как внешняя кора ломается на угловатые плиты.
Лавовые купола
Очень вязкая дацитовая или риолитовая лава может накапливаться возле жерла, а не течь далеко. Купола могут расти в виде лопастей, шпилей или куле, а их обрушение может создавать отложения из блоков и пепла.
Подушечная лава
Подводное извержение быстро охлаждает лаву, образуя округлые лопасти с стекловидными охлажденными краями. Подушечная лава фиксирует подводное или подледниковое извержение и часто встречается в океаническом базальте.
Лавовые трубы
Базальтовый поток может покрываться коркой, пока жидкая лава стекает через термически изолированный внутренний слой. Когда поток опустошается, он может оставить трубоподобную пещеру.
Геологические варианты лавы
Варианты лавы лучше всего понимать как сочетание состава и текстуры. Названия, такие как базальт, андезит или риолит, описывают химию и минералогию; названия, такие как скория, пемза, обсидиан или подушечная лава, описывают текстуру или среду извержения.
| Вариант | Состав или процесс | Видимый характер | Что она фиксирует |
|---|---|---|---|
| Базальт | Мафическая, низкокремнеземистая лава. | Темная, мелкозернистая, иногда пористая или порфировая. | Горячая, текучая лава, распространенная на хребтах, горячих точках, рифтах и провинциях потопленных базальтов. |
| Андезит | Промежуточная лава, часто связанная с дугами. | Серый до коричневого, часто порфировый, блочный или брекчиевый. | Более вязкая лава, подверженная влиянию водонасыщенных субдукционных систем и эволюции коры. |
| Дацит | Кремнеземистая промежуточная до фельзитовой лава. | Светло-серый до коричневого, блочный, образующий купола, иногда пемзовый. | Высокая вязкость, высокая газоудерживающая способность и короткие, толстые потоки или купола. |
| Риолит | Лава с высоким содержанием кремнезема. | Светлое до красноватого, с полосами потока, стекловидное, пемзовое или образующее купола. | Кремнеземистые расплавы, которые остывают как обсидиан, пемза, купола или полосатые потоки. |
| Обсидиан | Быстро закаленное вулканическое стекло, обычно риолитовое. | Блестящее черное, коричневое, серое или полосатое стекло с конхоидальным изломом. | Охлаждение настолько быстрое, что кристаллы не успели вырасти. |
| Скория | Фрагменты газонасыщенной мафической или промежуточной лавы. | Темная, красная или коричневая пористая порода с толстыми стенками пузырьков. | Стилы извержений с дегазацией, окислением и образованием шлака. |
| Пемза | Газонасыщенная фельзитовая лава, расширившаяся в пенистое стекло. | Светлый, сильно пористый, легкий материал, который может сначала плавать. | Взрывная или эффузивная силикатная активность с высоким содержанием летучих веществ. |
| Брызги и бомбы | Расплавленные фрагменты, выброшенные из жерла. | Сваренные капли, скрученные ленты, веретенообразные бомбы, формы корки хлеба. | Фрагментация и формирование, пока лава ещё была пластичной или расплавленной. |
Структуры охлаждения и постпотоковые особенности
После прекращения движения лавы охлаждение продолжает формировать новые структуры в породе. Эти особенности помогают геологам восстановить направление потока, историю охлаждения, взаимодействие с водой и последующие изменения.
Столбчатая трещиноватость
Толстые потоки и лавовые озёра могут сжиматься в полигональные столбы при остывании. Столбы растут примерно перпендикулярно охлаждающим поверхностям.
Полосатость потока
Кремнезёмная лава и обсидиан могут сохранять полосы, складки и полосатость от движения слегка различных слоёв расплава до окончательного остывания.
Охлаждённые края
Лава, контактирующая с водой, влажным осадком, льдом или холодным воздухом, может образовывать стеклянные края или тонкозернистые корки.
Трещины и изломы
Охлаждение с сокращением, надувание потока и последующее напряжение создают трещины, которые могут направлять жидкости и рост вторичных минералов.
Надувание лавы
Жидкий базальт может продолжать поступать под корку, поднимая поверхность и создавая тумулы, приподнятые гребни и полые полости.
Амигдалы
Пузыри могут позже заполняться минералами, такими как кальцит, кварц, халцедон, цеолиты, хлорит или эпидот, образуя амигдалоидную лаву.
Пузыри, амигдалы и газовые следы
Пузыри — это замороженные газовые пузырьки. Их размер, форма, количество и расположение показывают, как выходил газ, как быстро двигалась лава и как остывал поток.
- Круглые пузыри образуются, когда пузырьки сохраняются без значительного растяжения.
- Вытянутые пузыри фиксируют движение потока или сдвиг, пока лава ещё была мягкой.
- Верхние слои с большим количеством пузырьков часто показывают скопление газа в верхней части базальтового потока.
- Амигдалы показывают, что жидкости позже проходили через породу и откладывали вторичные минералы.
- Пемзовая пена представляет собой экстремальное пузыристое состояние в кремнезёмном стекле.
Идентификация и похожие объекты
Лаву определяют по текстуре, контексту, минералогии, плотности, магнитности и излому. Цвет сам по себе ненадёжен, так как промышленный шлак, клинкер печи, искусственное стекло, угольные отходы и окрашенные пористые материалы могут напоминать вулканическую породу.
Полезные подсказки
- Пузыри могут быть округлыми, вытянутыми, открытыми или заполненными минералами.
- Базальт обычно плотный, тёмный и слабо магнитный из-за оксидов железа и титана.
- Обсидиан имеет стеклянный блеск и раковистый излом.
- Пемза необычно лёгкая из-за обилия запечатанных пор.
- Вулканический контекст сильно поддерживает идентификацию.
Шлак и клинкер
Шлак может быть тёмным и пористым, но он может содержать металлические капли, неестественные цвета, промышленные стеклянные поверхности или контекст, связанный с литейными цехами, железнодорожными насыпями, печами или свалками отходов.
Естественное стекло против искусственного стекла
Обсидиан и искусственное стекло могут ломаться с раковинным изломом. Потоковое полосатое строение, сферулиты, вулканические включения и геологический контекст помогают подтвердить идентификацию обсидиана.
Уход и обращение
Плотный базальт и многие лавовые образцы стабильны для демонстрации, но пористые и стекловидные формы требуют более осторожного обращения. Пемза и скория могут терять зерна из тонких стенок пузырьков, а обсидиан может иметь очень острые края. Избегайте термического шока, кипятка, открытого пламени и тяжёлых масел или восков, которые могут впитываться в пористый материал и изменять его поверхность.
Чистка
Используйте мягкую кисть, воздушную грушу или сухую ткань. Стабильный базальт можно кратковременно промыть и тщательно высушить, но пористую скорию и пемзу не следует оставлять влажными.
Хранение
Оборачивайте обсидиан и другие острые стекловидные куски, чтобы края не порезали кожу и не царапали соседние образцы. Поддерживайте хрупкую пемзу и скорию снизу.
Демонстрация
Боковое освещение лучше выявляет пузырьки, линии течения, стекловидный блеск и минералами заполненные амигдалы, чем резкий прямой свет.
Часто задаваемые вопросы
Всегда ли лава базальтовая?
Нет. Базальт — самый распространённый тип лавы на поверхности Земли, особенно в океанических и горячих точках, но лава также может быть андезитовой, дацитовой, риолитовой или иметь более необычный состав.
Почему одни лавовые потоки выглядят гладкими, а другие — зазубренными?
Гладкая pāhoehoe и зазубренная ʻaʻā могут быть обе базальтовыми. Разница зависит от температуры, кристалличности, содержания газа, уклона, скорости потока и того, как внешняя кора ломается или складывается, пока внутренность продолжает движение.
Как лава превращается в обсидиан?
Обсидиан образуется, когда кремнезёмсодержащая лава охлаждается настолько быстро, что кристаллы не успевают вырасти. В результате получается вулканическое стекло с блестящим блеском и раковинным изломом.
Почему пемза может плавать?
Пемза содержит так много запечатанных газовых пузырьков, что её объёмная плотность может быть ниже плотности воды. Как только вода проникает в пористую сеть, кусок, который раньше плавал, может в конечном итоге утонуть.
Что такое амигдалы в лаве?
Амигдалы — это бывшие газовые пузырьки, впоследствии заполненные минералами, переносимыми жидкостями. Распространённые заполнения включают кальцит, кварц, халцедон, цеолиты, хлорит и эпидот.
Может ли лава образовываться под водой?
Да. Подводные извержения часто происходят на срединно-океанических хребтах и в океанических вулканических зонах. Лава, извергающаяся в воду, часто образует подушечные структуры с стекловидными охлаждёнными краями.
История формирования в одном обзоре
Лава — это видимый результат глубокого геологического процесса: порода частично плавится, магма поднимается, газы расширяются, и расплавленный материал выходит на поверхность воздуха, воды, льда или открытой земли. С этого момента начинается охлаждение, превращающее движение в текстуру. Верёвочный базальт, зазубренный ʻaʻā, подушечная лава, обсидиановое стекло, пемзовая пена, скория, купола, трубки, колонны, пузырьки и амигдалы — все это записи одного и того же превращения: тепло Земли становится постоянным языком поверхности.