4.3: Види вулканів
- Page ID
- 36235
Існують численні типи вулканів або вулканічних джерел; деякі з найбільш поширених з них зведені в таблиці 4.1.
| [Пропустити таблицю] | ||||
| Тип | Тектонічна установка | Розмір і форма | Характеристики магми та виверження | Приклад |
|---|---|---|---|---|
| Шлаковий конус | Різні; деякі форми на флангах більших вулканів | Малий (від 10 до 100 метрів) і крутий (більше 20°) | Більшість з них є магічними та утворюються з багатих газом ранніх стадій виверження, пов'язаного з щитом або гвинтами | Єва Конус, північ до н.е. |
| композитний вулкан | Майже всі знаходяться в зонах субдукції | Середній розмір (1000 метрів заввишки і до 20 км в поперечнику) і помірна крутизна (від 10° до 30°) | Склад магми варіюється від фельсичного до магічного, і від вибухонебезпечного до ефузійного | Гора Сент-Хеленс |
| Щит вулкан | Більшість знаходяться на мантійних шлейфах; деякі знаходяться на розкидистих хребтах | Великий (до декількох 1,000 метрів у висоту і до 200 кілометрів в поперечнику), не крутий (зазвичай від 2° до 10°) | Магма майже завжди магічна, і виверження, як правило, виразні, хоча шлакові конуси поширені на флангах щитових вулканів | Кілауеа, Гаваї |
| Великі магматичні провінції | Асоційовані з «супер» мантійними шлейфами | Величезні (до мільйонів квадратних кілометрів) і товщиною 100 метрів | Магма завжди чарівна, а окремі потоки можуть бути товщиною 10 метрів. | Базальти річки Колумбія |
| Вулканізм морського дна | Як правило, асоціюється з розкидними хребтами, а також з мантійними шлейфами | Великі площі морського дна, пов'язані з розкидими хребтами | Подушки утворюються при типових швидкостях виверження; лавові потоки розвиваються, якщо рідкісний потік швидше | Хребет Хуан де Фука |
| Кімберліт | Верхня мантія джерела | Залишки, як правило, від 10 до 100 метрів в поперечнику. | Більшість, здається, мали вибухові виверження, утворюючи шлакові конуси; наймолодший з них датується приблизно 10 ка, а всі інші принаймні 30 Ма | Лак-де-Гра Кімберліт Філд, NW.T. |
Розміри та форми типових щитових, композитних та шлакоконусних вулканів порівнюються на малюнку\(\PageIndex{1}\), хоча, якщо бути справедливим, Мауна-Лоа є найбільшим щитовим вулканом на Землі; всі інші менші. Мауна-Лоа піднімається з навколишнього рівнинного морського дна, а його діаметр становить близько 200 км. Його висота становить 4169 м над рівнем моря. Гора Сент-Хеленс, композитний вулкан середніх розмірів, височіє над навколишніми пагорбами Каскадного хребта. Його діаметр становить близько 6 км, а висота - 2550 м над рівнем моря. Шлакові шишки набагато дрібніше. На цьому кресленні навіть великий шлаковий конус - це просто точка.

Шлакові конуси
Шлакові конуси, як і Єва Конус на півночі до н.е. (рис.\(\PageIndex{2}\)), як правило, мають лише кілька сотень метрів у діаметрі, а деякі з них мають висоту понад 200 м. Більшість з них складаються з фрагментів везикулярної мафічної породи (скорії), які були вигнані, коли магма кипіла, коли вона наближалася до поверхні, створюючи вогняні фонтани. У багатьох випадках вони пізніше стали місцями ефузійних потоків лави, коли гази були виснажені. Більшість шлакових шишок є моногенетичними, що означає, що вони утворилися під час однієї фази виверження, яка могла тривати тижні або місяці. Оскільки шлакові шишки складаються майже виключно з пухких фрагментів, вони мають дуже маленьку міцність. Їх можна легко, і відносно швидко, вивітрювати.

Композитні вулкани
Композитні вулкани, такі як гора Сент-Хеленс у штаті Вашингтон (рис.\(\PageIndex{3}\)), майже всі пов'язані з субдукцією на границях конвергентних плит - або океан-континент, або кордони океану і океану (рис.\(\PageIndex{2}\) b). Вони можуть простягатися до декількох тисяч метрів від навколишньої місцевості, причому, при схилах до 30˚ Вони можуть досягати приблизно 20 км в поперечнику. На багатьох таких вулканах магма зберігається в камері магми у верхній частині кори. Наприклад, на горі Сент-Хеленс є дані про магматичну камеру, яка має ширину приблизно 1 кілометр і простягається приблизно від 6 км до 14 км нижче поверхні (рис.\(\PageIndex{4}\)). Систематичні варіації складу вулканізму за останні кілька тисяч років на горі Сент-Хеленс означають, що магматична камера зонована, від більш фелсической вгорі до більш магічної внизу.


Мафічні виверження (і деякі проміжні виверження), з іншого боку, виробляють потоки лави; той, який показаний на малюнку\(\PageIndex{5}\) b, досить товстий (загалом близько 10 м), щоб охолонути у стовпчастий формі з'єднання (рис.\(\PageIndex{7}\)). Лавові потоки як вирівнюють профіль вулкана (оскільки лава зазвичай тече далі, ніж падає пірокластичні сміття) і захищають фрагментарні відкладення від ерозії. Незважаючи на це, композитні вулкани, як правило, швидко розмиваються. Патрік Прінгл, вулканолог з Департаменту природних ресурсів штату Вашингтон, описує гору Сент-Хеленс як «купу мотлоху». Скеля, що становить гору Сент-Хеленс, коливається за складом від риоліту (рис.\(\PageIndex{5}\) А) до базальту (рис.\(\PageIndex{5}\) Б); це означає, що типи минулих вивержень широко змінювалися за характером. Як вже зазначалося, фелсическая магма не тече легко і не дозволяє газам легко виходити. За цих обставин тиск накопичується до відкриття трубопроводу, а потім вибухове виверження виникає з багатою газом верхньої частини магматичної камери, утворюючи пірокластичні сміття, як показано на малюнку\(\PageIndex{5}\) а Цей тип виверження також може призвести до швидкого танення льоду та снігу на вулкан, який зазвичай викликає великі селі, відомі як \(\PageIndex{5}\)лахари (рис. Гарячі, швидко рухаються пірокластичні потоки і лахари є двома основними причинами жертв при виверженнях вулканів. Пірокластичні потоки вбили приблизно 30 000 чоловік під час виверження гори 1902 року. Пеле на Карибському острові Мартініка. Більшість були спалені в своїх будинках. У 1985 році масивний лахар, спровокований виверженням Невадо-дель-Руїс, вбив 23 000 чоловік в колумбійському містечку Армеро, приблизно в 50 км від вулкана.
У геологічному контексті композитні вулкани, як правило, утворюються відносно швидко і тривають не дуже довго. Наприклад, гора Сент-Хеленс складається з скелі, яка все молодше 40 000 років; більшість з них молодше 3000 років. Якщо його вулканічна активність припиниться, вона може зруйнуватися протягом декількох десятків тисяч років. Багато в чому це пов'язано з наявністю пірокластичного матеріалу, який не є міцним. Home


Карта, показана тут, ілюструє взаємодію між Північною Америкою, Хуаном де Фукою та Тихоокеанськими плитами біля західного узбережжя Канади та Сполучених Штатів. Плита Хуан де Фука утворюється уздовж хребта Хуан-де-Фука, а потім підпорядковується під Північноамериканською плитою уздовж червоної лінії з зубами на ній («Межа субдукції»).
- Використовуючи шкалу в нижньому лівому куті карти, оцініть середню відстань між межею субдукції та композитними вулканами Каскадія.
- Якщо підпорядкована плита Хуан де Фука спускається на 40 км на кожні 100 км, які вона рухається вглиб країни, яка її ймовірна глибина в районі, де утворюються вулкани?
Див Додаток 3 для вправ 4.3 відповіді.

Щит вулканів
Більшість щитових вулканів пов'язані з мантійними шлейфами, хоча деякі утворюються на розбіжних межах, або на суші, або на морському дні. Через свою нев'язку магічну магму вони, як правило, мають відносно пологі схили (від 2 до 10˚), а більші можуть бути більше 100 км в діаметрі. Найвідоміші щитові вулкани - це ті, що складають Гавайські острови, і з них єдині активні - на великому острові Гаваї. Мауна-Лоа, найбільший у світі вулкан і найбільша в світі гора (за обсягом) востаннє вивергалася в 1984 році. Кілауеа, мабуть, найактивніший вулкан у світі, вивергається практично без перерви з 1983 року. Лоіхі - підводний вулкан на південно-східній стороні Гаваїв. Останній відомо, що він вибухнув у 1996 році, але, можливо, вибухнув з тих пір, не будучи виявленим.
Всі гавайські вулкани пов'язані з мантійним шлейфом, який в даний час лежить під Мауна-Лоа, Кілауеа та Лоіхі (рис.\(\PageIndex{8}\)). У цій області Тихоокеанська плита рухається на північний захід зі швидкістю близько 7 сантиметрів (см) на рік. Це означає, що раніше сформовані - а тепер вимерлі - вулкани тепер добре відійшли від мантійного шлейфу. Як показано на малюнку\(\PageIndex{8}\), є свідчення про земну кору магматичних камер під усіма трьома діючими гавайськими вулканами. У Кілауеа магматична камера, здається, має кілька кілометрів у діаметрі і знаходиться між 8 км і 11 км нижче поверхні. [1]

Хоча це не видатна гора (Рисунок\(\PageIndex{2}\)), вулкан Кілауеа має велику кальдеру у своїй вершині (рис.\(\PageIndex{9}\)). Кальдера - це вулканічний кратер діаметром більше 2 км; цей 4 км завдовжки і 3 км в ширину. Він містить меншу особливість під назвою кратер Halema'uma'u, яка має загальну глибину понад 200 м нижче навколишньої території. Більшість вулканічних кратерів і кальдер утворюються над магматичними камерами, а на рівень дна кратера впливає величина тиску, що чиниться тілом магми. В історичні часи підлоги як кальдери Кілауеа, так і кратера Халемаума'у перемістилися вгору під час розширення камери магми і вниз під час дефляції камери.

Однією з помітних рис кальдери Кілауеа є піднімається водяна пара (біла хмара на малюнку\(\PageIndex{9}\)) і сильний запах сірки (рис.\(\PageIndex{10}\)). Як це характерно для магматичних регіонів, вода є основним летючим компонентом, за яким слідують вуглекислий газ і діоксид сірки. Ці, а також деякі незначні гази, походять з магматичної камери на глибині і піднімаються вгору через тріщини у вищерозташованій породі. Ця дегазація магми має вирішальне значення для стилю виверження в Кілауеа, який протягом більшої частини останніх 35 років був виразним, а не вибухонебезпечним.

Виверження Кілауеа, яке почалося в 1983 році, почалося з формування конуса шлаку в Pu'u 'O'o, приблизно в 15 км на схід від кальдери (рис.\(\PageIndex{11}\)). Магма, що живить це виверження, текла вздовж великої системи трубопроводів, відомої як Східний Ріфт, яка простягається приблизно на 20 км від кальдери, спочатку на південний схід, а потім на схід. Фонтан лави та будівництво шлакового конуса Pu'u 'O'o (\(\PageIndex{12}\)Рисунок а) тривали до 1986 року, в цей час потік став ефектним. З 1986 по 2014 рік лава текла з розриву в південному фланзі Pu'u 'O'o вниз по схилу Кілауеа через лавову трубку (рис.\(\PageIndex{12}\) d), що виникає біля океану або поблизу нього. Протягом 2014 та 2015 років лава текла на північний схід до громади Пахоа (див. Вправа 4.4). У травні 2018 року нове виверження почалося ще 15 км на схід від потоку 2014/15 в районі, відомому як Leilani Estates. Нижньосхідний рифтовий потік був активним протягом 6 місяців. За цей час 35 км 2 існуючої землі було покрито лавою і 3.5 км 2 нової землі було створено (Рисунок\(\PageIndex{11}\)), близько 48 км дороги були покриті лавою і 716 житлових приміщень було зруйновано (див. Огляд USGS про виверження вулкана Кілауеа 2018 року [PDF]). Вулканічна активність на Східному рифті припинилася в серпні 2018 року, і з тих пір на Кілауеа не було жодної активності. Це, здається, знаменує кінець циклу виверження, який тривав - лише з кількома короткими перервами - протягом 35 років. Кілауеа майже напевно знову вивернеться протягом багатьох років або десятиліть.

Два основних типи текстур, створених під час еффузійних підземних вивержень, - це пахоехо і аа. Pahoehoe, Ropy лава, яка утворює як нев'язкі лави, тече м'яко, утворюючи шкіру, яка гелі, а потім зморшки через постійний потік лави нижче поверхні (рис.\(\PageIndex{12}\) Б, і «відео потоку лави»). Аа, або блокова лава, утворюється, коли магма змушена текти швидше, ніж вона здатна (вниз по схилу, наприклад) (\(\PageIndex{12}\)Рис. Тефра (фрагменти лави) утворюється при вибухових виверженнях, і накопичується поблизу шлакових конусів.
Малюнок\(\PageIndex{12}\) d - вид в активну лавову трубку на південному краю Кілауеа. Червоне світіння - від потоку дуже гарячої лави (~ 1200° C), який протікав під землею протягом більшої частини 8 км від вентиляційного отвору Pu'u 'O'o. Лавові трубки утворюються природно і легко як на щитових, так і на композитних вулканах, тому що тече мафічна лава переважно охолоджує біля своїх країв, утворюючи тверді рівні лави, які в кінцевому підсумку закриваються над вершиною потоку. Магма всередині лавової трубки не піддається впливу повітря, тому вона залишається гарячою і текучою і може протікати протягом десятків км, тим самим сприяючи великим розмірам і низьким схилам щитових вулканів. Гавайські вулкани пронизані тисячами старих лавових труб, деякі довжиною до 50 км.

Кілауеа почав формуватися приблизно 300 ка, в той час як сусідні Mauna Loa датується 700 ка і поблизу Mauna Kea ito навколо 1 травня. Якщо вулканізм продовжується над шлейфом мантії Гаваїв таким же чином, як він має з 85 Ма, цілком ймовірно, що Кілауеа продовжить вивергатися принаймні ще 500 000 років. На той час його сусід, Лоіхі, вийде з морського дна, а інші його сусіди, Мауна-Лоа та Мауна-Кеа, значно розмиються, як і їхні двоюрідні брати, острови на північний захід (рис.\(\PageIndex{8}\)).
Карта Геологічної служби США Гавайської обсерваторії вулканів (HVO), показана тут, датована 29 січня 2015 року, показує контур лави, яка почала текти на північний схід від Pu'u 'O'o 27 червня 2014 року («27 червня потік лави», він же «Східний рифтовий потік лави»). Потік досяг найближчого населеного пункту, Пахоа, 29 жовтня через 124 дні. Після пошкодження деякої інфраструктури на захід від Пахоа потік припинив наступ. Новий спалах стався 1 листопада, розгалужуючись на північ від основного потоку.
Яка середня швидкість просування фронту потоку з 27 червня по 29 жовтня 2014 року, в метрах на добу і метрах на годину? Home

Див Додаток 3 для вправ 4.4 Відповіді.
Великі магматичні провінції
Хоча шлейф мантії Гаваї виробляв відносно низький обсяг магми протягом дуже тривалого часу (~ 85 Ма), інші шлейфи мантії менш послідовні, а деякі генерують масивні обсяги магми протягом відносно коротких періодів часу. Хоча їх походження все ще суперечливе, вважається, що вулканізм, що веде до великих магматичних провінцій (LIP), пов'язаний з дуже великими обсягами, але відносно короткою тривалістю сплесками магми з мантійних шлейфів. Прикладом LIP є Базальтова група Колумбії (CRGB), яка простягається через Вашингтон, Орегон та Айдахо (рис.\(\PageIndex{14}\)). Цей вулканізм, який охоплював площу близько 160 000 квадратних кілометрів (км 2) з базальтовою породою товщиною до декількох сотень метрів, відбувся між 17 і 14 Ма. Home

Більшість інших висипань LIP набагато більше. Сибірські пастки (також базальтові), які вибухнули наприкінці пермського періоду на 250 Ма, за оцінками, виробили приблизно в 40 разів більше лави, ніж CRBG.
Мантійний шлейф, який, як передбачається, відповідає за CRBG, зараз знаходиться під районом Єллоустоуна, де це призводить до фелсічного вулканізму. За останні 2 Ма три дуже великі вибухові виверження в Йеллоустоуні дали приблизно 900 кубічних кілометрів (км 3) фельсичної магми, що приблизно в 900 разів перевищує обсяг виверження 1980 року гори Сент-Хеленс, але лише 5% від обсягу магічної магми в CRBG.
Вулканізм морського дна
Деякі виверження LIP відбуваються на морському дні, найбільшим відомим є той, який створив плато Онтонг Ява в західній частині Тихого океану приблизно на 122 Ма. Але більшість вулканізму на морському дні бере початок на розбіжних межах і передбачає відносно низькі обсяги вивержень. У цих умовах гаряча лава, яка просочується в холодну морську воду, швидко охолоджується зовні, а потім поводиться трохи як зубна паста. Утворені краплі лави відомі як подушки, і вони, як правило, утворюють купи навколо вентиляційного отвору лави на морському дні (рис.\(\PageIndex{15}\)). З точки зору площі, на морському дні, швидше за все, більше подушкового базальту, ніж будь-який інший тип гірських порід на Землі.

Кімберліти
Хоча весь обговорюваний досі вулканізм, як вважають, походить від часткового танення у верхній мантії або в корі, існує особливий клас вулканів, які називаються кімберлітами, які мають своє походження набагато глибше в мантії, на глибині від 150 км до 450 км. Під час виверження кімберліту матеріал з цієї глибини може швидко пробиратися на поверхню (від годин до днів) з невеликою взаємодією з навколишніми породами. В результаті кимберлітовий еруптивний матеріал є представником мантійних складів: він ультрамафічний.
Кімберлітові виверження, що виникають на глибині понад 200 км, в межах областей під старою товстою корою (щитами), проходять область стійкості алмазу в мантії, а в деяких випадках виводять алмазоносний матеріал на поверхню. Вважається, що всі родовища алмазів на Землі утворилися таким чином; прикладом є багата шахта Екаті на Північно-Західних територіях (рис.\(\PageIndex{16}\)).

Кімберліти в Екаті спалахнули між 45 і 60 Ма. Багато кімберліти старше, деякі набагато старше. В історичні часи не було вивержень кімберліту. Наймолодші відомі кімберліти знаходяться на пагорбах Ігвісі в Танзанії і їм лише близько 10 000 років. Наступні наймолодші відомі датуються приблизно 30 Ма.
Як часто вивергаються вулкани?
Смітсонівський інститут веде повний каталог вулканів світу, з інформацією та історією виверження майже 2700 вулканічних місць. Якщо ви витратите деякий час, оглядаючи цей сайт, ви виявите, що частота вивержень на різних вулканах надзвичайно мінлива, хоча ми можемо зробити деякі узагальнення. Орієнтуючись лише на щитові вулкани та композитні вулкани, деякі дані такі:
| композитні вулкани | Щит вулканів |
|---|---|
| Авачинський (Росія): 5 вивержень за останні 7000 років | Фернандіна (Галапагос): 31 виверження за останні 1000 років |
| Пінатубо (Філіппіни): 4 виверження за останні 9000 років | Кілауеа (Гаваї): 62 виверження за останні 250 років |
| Адамс (Орегон, США): 6 вивержень за останні 7000 років | Ньямурагіра (Конго): 48 вивержень за останні 154 роки |
Виходячи лише з цих цифр, видно, що в цілому щитові вулкани набагато активніші, ніж композитні вулкани, але є багато винятків з цієї тенденції. Деякі композитні вулкани майже такі ж активні, як і щитові вулкани, перераховані тут, а деякі щитові вулкани, які все ще вважаються «активними», майже такі ж неактивні, як і перераховані тут складові вулкани.
Описи зображень
HomeОпис\(\PageIndex{4}\) зображення на малюнку: Гора Сент-Хеленс піднімається на 2,5 кілометри над морським важелем і складається здебільшого з скелі віком менше 3000 років. Під горою знаходиться старіша вулканічна порода. Трохи нижче рівня моря знаходиться невелика магматична камера, яка є ймовірним резервуаром для 1981 і більш пізніх вивержень. Вниз на 5-14 кілометрів нижче рівня моря знаходиться головна магматична камера. Варіації в складі прорізавшейся магми мають на увазі, що ця камера розшаровується, з більшою кількістю магми внизу. [Повернутися до малюнка\(\PageIndex{4}\)]
HomeОпис\(\PageIndex{5}\) зображення на малюнку: Зображення (A) показує стіну скелі з сірими/коричневими та помаранчевими горизонтальними шарами. Боки виглядають м'якими, ніби вони легко стираються. Сіри/коричневі шари - це відкладення лахар, а помаранчеві шари - це фельсічні пірокластичні відкладення. Зображення (B) показує стовпчастий потік базальтової лави, який виглядає як скелястий кам'яний скеля з вертикальними шарами. [Повернутися до малюнка\(\PageIndex{5}\)]
HomeОпис\(\PageIndex{13}\) зображення на малюнку: Карта Геологічної служби США Гавайської обсерваторії вулканів (HVO), датована 29 січня 2015 року, показує контур лави, яка почала текти на північний схід від Pu'u 'O'o 27 червня 2004 року («27 червня потік лави», він же «Східний рифтовий потік лави»). Потік досяг найближчого населеного пункту, Пахоа, 29 жовтня, пройшовши відстань 20 км за 124 дні. Після пошкодження деякої інфраструктури на захід від Пахоа потік припинив наступ. Новий спалах стався 1 листопада, розгалужуючись на північ від основного потоку приблизно в 6 км на південний захід від Пахоа. [Повернутися до малюнка\(\PageIndex{13}\)]
HomeОпис\(\PageIndex{14}\) зображення на малюнку: Базальтова група річки Колумбія охоплює більшу частину південно-східного штату Вашингтон і простягається уздовж кордонів між Вашингтоном, Айдахо та Орегоном. Стовпчасті базальти, показані на фото, знаходяться в східному Вашингтоні. Вони піднімаються вгору з рівнинної долини як високі скелі. [Повернутися до малюнка\(\PageIndex{14}\)]
Атрибуції ЗМІ
- Малюнок\(\PageIndex{1}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{2}\): Єва Конус © nass5518. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{3}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{4}\): Оригінальне зображення © Pringle, 1993. Модифікований Стів Ерл.
- Малюнок\(\PageIndex{5}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{6}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{7}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{8}\): «Схема поперечного перерізу гарячої точки Гаваї» USGS. Публічне надбання.
- Малюнок\(\PageIndex{9}\): «Кілауеа Алі 2012 01 28» НАСА. Публічне надбання.
- Малюнок\(\PageIndex{10}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Ілюстрація\(\PageIndex{11}\): Острів Гаваї — мозаїка Landsat від NOAA. Публічне надбання. Модифікований Стівеном Ерлом.
- Малюнок\(\PageIndex{12}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{13}\): Зображення з USGS. Публічне надбання.
- Малюнок\(\PageIndex{14}\): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{15}\) (ліворуч): Подушка базальтової культури по NOAA. Публічне надбання.
- Малюнок\(\PageIndex{15}\) (праворуч): © Стівен Ерл. КУБ.СМ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{16}\): «Шахта Екаті» © Джейсон Піно. КУБ.СМ ПО-СА.
- Lin, G, Amelung, F, Lavallee, Y та Okubo, P, 2014, Сейсмічні докази для водосховища магми земної кори під верхньою східною зоною рифту вулкана Кілауеа, Гаваї. Геологія. В.
