На вулканах - Гарун Тазиев

Первым из вулканов, обладающих постоянным лавовым озером, стал известен Килауэа, открытый в 1823 г. на Гавайях, однако он лишился своего озера при извержении 1924 г. Открытое в 20-х годах озеро вулкана Ньямлагиры в Заире пропало во время извержения 1938 г. Озеро его ближайшего соседа, вулкана Ньирагонго, ждало своего открывателя двадцать лет - до 1948 г., в 1977 г. оно в течение 20 мин полностью ушло в трещины, внезапно открывшиеся в массе конуса, с тем чтобы вновь возникнуть в 1982 г. Далее следует отметить открытие в 50-х годах озера вулкана Михара (Япония), Эрта-Але в Эфиопии (1969) и Эребуса в Антарктике (1973). Два последних, а также озеро Ньирагонго мне особенно дороги, так как я принимал участие в работе групп, вначале открывших, а затем изучавших эти озера.

Наконец, к третьей категории относятся непрерывно действующие вулканы, чья активность носит эффузивный характер и длится в течение долгого периода. Здесь следует различать вулканы с вязкими кислотными и с жидкими основными лавами. К первым я отношу Мерапи (Ява) и Сантьягито, родившийся в Гватемале в 1922 г. Во второй группе имеется один-единственный вулкан - Этна.

По характеру своей деятельности он действительно уникален. Однако есть и другие уникальные вулканы - по той или иной характеристике, например по химико-минералогическому составу своей лавы. Таковыми являются Везувий, Ньирагонго и Эребус, таков танзанийский вулкан Олдойнио Ленгаи, единственный в мире, извергающий не силикатную, а карбонатную лаву... Кстати, я пока ни слова не сказал о составе лавы: ничего себе забывчивость, это в тринадцатой-то главе книги о вулканах!

Карбонатиты африканского вулкана Олдойнио Ленгаи, повторяю, представляют собой абсолютно уникальный, исключительный случай, ибо все остальные вулканы на Земле извергают только лаву силикатного характера. Силикаты составляют 95% (по весу) всех известных минералов, а среди вулканических пород даже 99%. Понятно, что карбонатная лава - это самое настоящее исключение, так как в этот единственный "несиликатный" процент входят преимущественно окислы, в основном окислы железа и титана, так или иначе присутствующие в силикатных лавах.

Силикатами называются производные кремнезема. Кремнезем, или окись кремния, всем хорошо известен. В некристаллической форме это стекло, как искусственное, так и естественное. Под естественным стеклом имеется в виду обсидиан - особая лава, на четыре пятых состоящая из окиси кремния и встречающаяся несравненно реже наиболее распространенных базальтов и андезитов. В кристаллической же форме - это так называемый горный хрусталь, иначе говоря, кварц, его фиолетового цвета разновидность называется аметистом. Кремнезем, кристаллический или аморфный, самый распространенный минерал на свете. Это объясняется чрезвычайной прочностью химической связи в молекуле SiO2 одного атома кремния с двумя атомами кислорода. А эти два элемента встречаются в составе земных минералов намного чаще, чем все остальные: их в земле три четверти. Вот состав в процентах: кислород более 46, кремний около 28, алюминий - 8, железо - 5, кальций - 3,6, натрий - 2,8, калий - 2,6, магний - 2,1, титан - 0,4...

Валентность кремния четыре, а кислорода - два. Поэтому каждый атом кислорода фиксирует по две валентности кремния, и такой союз является одним из наиболее прочных в природе. Что касается силикатов, то это комбинации молекулы SiO4, с другими атомами или молекулами. Действительно, поскольку в этой молекуле четыре валентности атома кремния фиксируются не двумя, а четырьмя атомами кислорода, то у каждою атома кислорода остается по одной свободной связи, а всего их в молекуле четыре. Поэтому к данной молекуле могут присоединяться алюминий, железо, кальций, щелочные металлы и т. п. При этом образуется примерно семьсот кремнийсодержащих соединений. Все они делятся на пять главных семейств: полевые шпаты, слюды, роговые обманки (амфиболы), пироксены и оливины. Мы их перечислили в порядке убывания содержания кремнезема. Наиболее часто из них встречаются светлые, почти белые полевые шпаты.

С уменьшением содержания кремния растет содержание других, в основном железо-магниевых элементов, которые, замещая кремний, образуют тот или иной минерал. Чем меньше в минерале кремния, тем он тяжелее и темнее, поскольку указанные элементы отличаются от окиси кремния более высокой плотностью и менее светлой окраской.

В состав лавы входят в основном от трех до пяти различных силикатов, а также (не всегда) кварц и окислы. Лавы различаются прежде всего по содержанию кремнезема: лавы с высоким содержанием кремнезема называются кислыми (и даже сверхкислыми), с низким - основными (и также сверхосновными), между ними помещаются так называемые "средние" породы.

Кислые породы настолько богаты кремнеземом, что часть его не соединяется с глиноземом (окисью алюминия) или железо-магниевыми элементами, а остается в породе в свободном виде, то есть в форме кварца. В зависимости от размера кристаллы кварца можно увидеть невооруженным глазом, под увеличительным стеклом или под микроскопом. Неоткристаллизовавшийся кремнезем выступает в виде аморфного остаточного стекла. Основные же лавы не содержат свободного кремнезема, который целиком и полностью соединен с глиноземом, щелочными металлами и железо-магниевыми элементами. Чем меньше в минерале кремнезема, тем больше в нем, естественно, оливинов и пироксенов, весьма богатых железом и магнием. И, как я уже говорил, тем тяжелее минерал и тем ближе к черному его цвет. Верно и обратное. Я уже упоминал, что базальты встречаются значительно чаще, чем все другие виды лав вместе взятые. Именно из базальтов состоит в основном дно океанов, занимающее три четверти площади земной поверхности. И лавы нашей Этны почти исключительно базальты. Я не буду описывать тонкие различия, существующие в петрологии между разными базальтами, которых великое множество, и то значение, которое они имеют для магмы: все это описано в специальной литературе.

Надо помнить, что граница между кислыми, средними и основными породами не является чем-то непреодолимым и что переход из одной категории в другую может происходить весьма плавно. Сначала лаву относят к той или иной категории приблизительно на глаз. Потом берут лупу и ищут кристаллы, по размеру которых можно делать соответствующий вывод. Чем больше видно под лупой кристаллов, тем точнее будет вывод. Кристаллы размером порядка одного миллиметра называются фенокристаллами (от греч. phaino - являю). Они образуются за время долгого пути магмы к поверхности. Чем дольше магма путешествовала по трещинам земной коры, тем крупнее кристаллы. Основная масса породы состоит из микрокристаллов и некристаллических силикатов, то есть стекла. Микрокристаллы изучают под микроскопом, это третья стадия определения класса лавы. Что касается основной, стеклообразной массы, то ее состав определить удается только химическим путем либо физическим методом химического анализа.

Может показаться, что все это имеет мало общего с деятельностью Этны. Но это не так. Дело в том, что эруптивная активность определяется в первую очередь именно характером изливающейся магмы, а более конкретно ее вязкостью (это главная характеристика) и содержанием в ней газов (что также очень важно). Почему? Да потому, что температура плавления породы зависит от ее химического (а следовательно, и минералогического) состава; температура в свою очередь определяет вязкость, а вязкость вместе с газосодержанием определяет как эксплозивность, так и скорость и мощность лавовых потоков. То есть, собственно говоря, характер извержения. Некоторые потоки лав из риолитов, дацитов и даже андезитов с содержанием более 55% кремнезема (в риолитах его бывает до 70%) не идут дальше нескольких десятков метров такие они густые. По той же причине они достигают значительной толщины. А вот жидкие базальты растекаются на километры и даже на десятки километров.

Однако помимо двух основных параметров, определяющих вязкость лавы, температуры и химического состава, существует еще одна важнейшая характеристика: кристалличность. Чем больше в лаве кристаллов, тем выше вязкость потока. Помню, какое удивление мы испытали в феврале 1974 г., наткнувшись на новый конус, выросший в сосновому лесу на западном склоне Этны, на полпути к вершине. Меня поразила не столько высота конуса, который за одни сутки успел вымахать метров на сто благодаря необычно интенсивной деятельности Этны (извержение поражало своей силой и яростью), сколько черепашья скорость двух непривычно толстых для Этны лавовых потоков, выползших у подножия конуса по обе его стороны. Обычно этнейские лавы проходят от одного до нескольких метров в секунду, а в некоторых (редких) случаях несутся со скоростью до 20 м/с, как это было например, во время крупнейшего извержения 1950-1951 гг. в Валле-дель-Бове. А тут я с удивлением смотрел, как лава ползет еле-еле, с трудом покрывая несколько сантиметров в секунду, подобно андезиту. Я подумал: уж не сменились ли обычные этнейские базальты андезитами?