|
Среди отрицательных
форм рельефа, обусловленных вулканической деятельностью, наряду с уже
упоминавшимися кальдерами, иногда достигающими значительных размеров,
могут быть названы также вулканические грабены и расселины, вулкано-тектонические
депрессии и другие вулкано-тектонические структуры. Однако все эти формы
(кроме кальдер) сами по себе представляют в большинстве случаев результат
различного рода реконструкций, основанных на данных геологического
картирования, сопоставления разрезов, исследования фациальной изменчивости
отложений и тому подобных построений. Поэтому заслуживают дополнительной
характеристики только кальдеры как соответствующий тип вулканических
построек, хорошо известный в областях распространения современных вулканов,
который может служить эталоном для сравнения при изучении древних
вулканических областей, где такие постройки могут быть реконструированы на
основе специальных палеовулканологических исследований.
Морфология кальдер достаточно разнообразна,
вследствие чего для них предложены различные классификации и разработаны
разные варианты объяснения их происхождения. Вильяме [528] , наиболее детально
изучавший кальдеры разных районов мира, различал кальдеры эксплозивные,
небольшие и весьма редкие (примеры Таравера в Новой Зеландии и Бандай в
Японии) ; кальдеры обрушения типа Кракатау, Килауэа, Катмай, Гленко;
смешанные кальдеры обрушения, возникающие вследствие изменения формы или
объема магматического тела на глубине; эрозионные кальдеры. Кальдеры типа
Кракатау, по Вильямсу, в первом его варианте образуются в результате
повторных интенсивных кратковременных эксплозий, сопровождаемых массовыми выбросами
пемзы и пепла, что вызывает истощение магматической камеры на глубине и
проседание ее кровли. В случае, когда такое проседание кровли магматического
очага происходит вследствие излияния лав на склонах вулкана или лайковых
интрузий и внедрения силлов, что приводит к опорожнению центральной
горловины, речь может идти о кальдерах типа Килауэа. Пример кальдер такого
типа — Ньям- лагира, Мокувеовео и Аскья. Катмайский тип отличается, по
Вильямсу, участием наряду с эксплозиями и обрушением стенок также процессов
внутренненго растворения, выраженных в появлении контаминированных пород в
окружении кальдеры. При обрушении кровли магматической камеры вдоль кольцевых
трещи с чем связано опускание цилиндрических блоков коры, можно говорить о
кальдерах типа Гленко [322].
В общую систематику отрицательных форм вулканического
рельефа Вильяме вводил еще и криптовулканические структуры, вулканические
грабены и расселины или трещинные троги, а также различные
вулкано-тектонические структуры — название, которое он применил к своей
классификации вслед за Беммеленом. Однако происхождение криптовулканических
структур постоянно вызывает дискусси, и связь их с вулканической
деятельностью во многих случаях ставится под сомнение. Что касается разного
рода вулкано-тектонических структур, то их включение в единый ряд с
кальдерами вряд ли оправдано. Эти структуры не имеют непосредственного
отношения к вулканической деятельности. Они представляют результат сложного
взаимодействия тектонических и магматических процессов, выявляемых на основе
геологических построений, прилагаемых к элементам строения земной коры,
формировавшимся длительное время, и, таким образом, отнюдь не принадлежат к
эталонам структуры, возникшей в результате современной вулканической
деятельности.
Рассмотренный ряд кальдер, намеченный Вильямсом еще в 1942 г., был существенно расширен им позднее совместно с Мак Бирнеем [417, 532]. В этом новом
варианте систематики кальдер дано их определение как обширных вулканических
провальных депрессий, более или менее округлой формы, с диаметром, во много
раз превышающим расположенные в них жерловины. Размерами кальдера отличается
от кратера, значительно меньшего, чем она, и представляющего конструктивную,
а не деструктивную форму. Опускания размерами менее 1 км в поперечнике выделены в качестве пит кратеров, или кратерных колодцев.
Название "кальдерное опускание"
(cauldrons), как указывают Вильяме и Мак Бирней, следует применять к
кальдерам, образующимся, хотя бы частично, путем пассивного погружения в
обширный неглубокий магматический резервуар. Диаметр кальдерного опускания
приближается или в некоторых случаях превышает размеры сопровождающего
конуса, но имеются многие такие опускания, в которых нет крупных вулканов.
Резких различий между кальдерами и каль- дерными опусканиями нет; извержения
на поверхности и опускание в неглубоко залегающую магматическую камеру
типичны для тех и других. Принципиальное отличие состоит в том, что кальдеры
сопровождаются обрушением, следующим за удалением магмы из глубинной камеры,
тогда как кальдерные опускания представляют результат пассивного погружения
кровли в стационаруную или поднимающуюся вдоль тре щин Mai матическую массу
Общий ряд, охватывающий большинство, но не все кальдеры в
новом варианте Вильямса, совместно с Мак Бирнеем, включает 7 типов: Кракатау,
катмайский, Вэл- лис, гавайский, галапагосский, Масайя и Атитлан. Тип
Кракатау образуется при опускании вершины крупного сложного вулкана вслед за
эксплозивным извержением из одной или нескольких жерловин, в некоторых
случаях — из дугообразных трещин на его склонах. Объем выбросов обычно
значительно меньше 100 км3. Катмайский тип представляет результат обрушения
вследствие дренирования центрального магматического резервуара, питающего
новые вулканы или трещинные извержения вне пределов основания конуса. Тип
Вэллис возникает вследствие опускания вдоль дугообразных трещин, независимо
от ранее существовавших вулканов, одновременно с разгрузкой колоссальных
объемов силикатной пемзы, обычно значительно больших 100 км'1. К гавайскому типу относятся случаи обрушения вершины щитового вулкана на поздней стадии его
роста.
Первоначальное вздутие сменяется подземным дрени рованием
основной магмы из-под вершинной области в рифтовые зоны и во глногих случах
посредством боковых извержений лавы. Галапагосский тип также связан с
обрушением, происходящим на последних стадиях роста базальтового щитового
вулкана, но является следствием инъекций магмы и извержений лавы через
окаймляющие трещины, расположенные близ вершины, реже через радиальные
трещины на флангах щита. Тип Масайя возникает при постепенном опускании
обширных неглубоких депрессий, занимающих центральную часть невысокого
уплощенного щита; извержения через дугообразные и радиальные трещины вне
кальдеры не происходят, и почти все лавы располагаются внутри сложного
эскарпа.
Тип Атитлан образуется при кальдерном опускании независимо
от прежнего конуса, но сопровождается извержениями из вулкана близ его края
или соседних трещин. Весь этот перечень сам по себе интересен, но не вносит
существенно новых сведений, позволяющих расширить перспективы
палеовулканологических реконструкций. По-видимому, детали строения кальдер
редко могут быть восстановлены с такой полнотой, чтобы можно было провести
разграничения между представителями такого длинного ряда эталонов. Тем не
менее знание этих эталонов может способствовать большей полноте проводимого
палеовулканологического исследования. Важно, кроме того, иметь некоторые
общие представления, касающиеся дискуссий о строении и происхождении кальдер.
Новые веяния в систему общих представлений о строении
кальдер внесли геофизические исследования, осуществленные в Японии,
Индонезии, отчасти в Италии Йоко- ямой [383—3851. нч Гавайских островах -
Коянаги с соавторами [398]. Эти исследования показали, что по
гравиметрическим наблюдениям кальдеры могут быть раз делены на две группы с
типичными для них либо отрицательными, либо положительными аномалиями силы
тяжести, сосредоточенными в центральной части депрессии. По мнению Йокоямы,
первая группа кальдер отличается присутствием рыхлого пористого материала,
богатого кремнеземом, заполняющего ранее образовавшуюся впадину. Для второй
группы характерна аккумуляция на дне кальдеры плотного мафического материала.
Расчеты Йокоямы привели его к выводу, что основание рыхлых накоплений в краевой
зоне кальдеры первой группы очень полшо наклонено к их центру. Все это
позволило ему утверждать, что кальдеры первой группы образовались в качестве
отрицательных форм рельефа прежде, чем они были заполнены рыхлым материалом.
Общая история образования таких кальдер была объяснена Йокоя- мой в
соо1ветствии с взглядами Минато с соавторами [423], предполагавших, что
кальдера Сикоту, принадлежащая первой группе, образовалась вследствие
извержения магмы через систему трещин, возникших вследствие расширения магматического
очага, расположенного на сравнительно небольшой глубине. В результате
сильнейшего извержения кровля магматического очага была разорвана на мелкие
части, и образовавшиеся обпомки стали падать на дно возникшей кальдеры В
итоге кальдера была заполнена пирокластическим материалом того же типа, что и
в ее окружении. Этот вывод Йокоямы принципиально противоречит представлениям
Вильямса о том, что кальдера заполняется породами кровли магматического
очага. Эти породы, как считал Вильяме, обрушиваются внутрь кальдеры
вследствие утраты поддержки со стороны магматических масс, стремительно
выбрасываемых из расположенной на глубине камеры при единовременной или
многократных сильнеиших эксплозиях.
Поддерживая взг пяды Йокоямы, С. Арамаки 15] отметил, что
многие скважины, пробуренные в Японии на дне кальдер типа Кратер-Лейк,
встретили породы цоколя на неожиданно небольшой глубине. Так, две скважины в
кальдере Асо подсекли граниты, в кальдере Хаконе бурением в ряде точек
вскрыто третичное основание, а в кальдере Какуто на юге Кюсю достигнута
древняя вулканическая толща. Поэтому Арама- ки считает, что внутренняя
структура вулканической постройки много меньше морфологически выраженной на
поверхности депрессии. Он предполагает формирование магматического очага на глубине
около 10 км, откуда вследствие лавинообразно развивающегося процесса
вскипания выбрасываются через сравнительно узкую жерло- вину пирокластические
потоки. Так как вмещающие породы близ поверхности подвергаются дроблению
извергающейся магмой, то верхняя часть жерловины приобретает форму плоской
воронки, заполняемой пирокластическими потоками, а также резургентными
обломками и глыбами.
Арамаки подверг также сомнению возможность строгой оценки
количества литоид- ных обломков в пирокластике, что является одной из
существенных опор в построениях Вильямса. Однако ограниченная роль материала
старой постройки в пирокластических потоках представляется достаточно
наглядной на примере многих, в том числе и японских (Асо и другие) кальдер, а
построения Йокоямы — Арамаки противоречат широкоизвестным данным о
повсеместно наблюдаемых крутых обрывах, ограничивающих кальдеры.
Построения Йокоямы вызвали соответственно возражения со
стороны Вильямса [532). Он подчеркивал, что такие построения противоречат
относительно малому количеству довулканических и других каменных выбросов
вокруг кальдер, а также данным о реальном наличии крутых, а не пологих
наклонов стенок кальдер и кольцевых комплексов. Кроме того, он указал на
существование вариаций гравианома- лий в различных кальдерах. Хотя для многих
(по Йокояме, для большинства) кальдер, сопровождаемых сильнейшими пемзовыми
извержениями, обычны отрицательные гравианомалии от 10 до 30 мгал, кальдера
Кратер-Лейк имеет гравианомалию менее 5 мгал, а кальдера Апойо в Никарагуа — положительную
аномалию 30 мгал. Для кальдер типа Кракатау, по Вильямсу, возможны как
отрицательные, так и положительные гравианомалии, в зависимости от высоты
первоначального конуса, а также от глубины залегания и состава пород
основания. Большинство отрицательных гравианомалий, по его мнению, может быть
объяснено немногими сотнями или немногими тысячами метров пемзовых отложений
и обломков осадочных пород в основании кальдеры. Положительные гравианомалии
от 40 до 100 мгал характерны для гавайских кальдер Мауна-Лоа и Килауэа [397],
а также Ленаи и Кауаи [400]. Центр гравитационного максимума в большинстве
случаев располагается на гавайских вулканах эксцентрически и может находиться
за пределами ограничивающих разломов.
В заключение краткого очерка о кальдерах и
кальдерных опусканиях отметим еще тип резургентных кальдер,
выделенный Смитом и Бейли [477]. Представителями этого типа они считают
кальдеры Вэллис, Крид, Сан-Хуан, Сильвертон, Лейк-Сити и горы Тамбер. Все
подобные структуры — это преимущественно крупные (десятки километров в
поперечнике) формы, в которых кальдерный блок после первоначального опускания
был приподнят и образовал структурный купол. Принимая кальдеру Вэллис в
качестве модели и учитывая данные по другим кальдерам, Смит и Бейли выделили
семь стадий образования резургентных кальдер и кальдерных опусканий: 1)
региональное вздутие (tumescence) и образование кольцевых разломов, 2)
кальдерообразующие извержения, 3) кальдерное обрушение, 4) предрезургентный
вулканизм и седиментация, 5) резургентное куполообразование, 6) главный
вулканизм кольцевых разломов, 7) заключительная деятельность фумарол и
горячих источников.
Рассматривая происхождение резургентных куполов, Смит и
Бейли считают маловероятным их образование над лакколитовой инъекцией или
внедрившимся штоком и предполагают, что они возникают вследствие общего
изгибания кальдерного блока под влиянием магматического давления.
Магматическая резургенция может быть вызвана: 1) продолжающимся подъемом
магмы, 2) гидростатической реакцией, 3) региональным прогибанием, вызывающим
центрипетальное давление, 4) конвекцией и связанными с ней процессами, 5)
возвратом к максимальному магматическому давлению. Образование резургентных
куполов зависит, по Смиту и Бейли, от вязкости магмы, степени деформации
кальдерного блока, отношения диаметра блока к его толщине, плотности блока, а
также от других факторов. Поэтому такие купола наблюдаются не во всех
кальдерах.
Приведенные данные позволили Смиту и Бейли поставить
вопрос о пересмотре первоначальной классификации кальдер, предложенной
Вильямсом [528]. Они считают, что вулканические структуры обрушения образуют
две группы: 1) ассоциирующиеся с мафическими щитовыми вулканами (тип Килауэа,
по Вильямсу) и 2) ассоциирующиеся с различными вулканами и отличающиеся тем,
что их возникновению предшествуют или его сопровождают извержения пемзы и
пепла (тип Кракатау, по Вильямсу) . Вторую группу они считают возможным
разделить на: 2а) кальдеры, в которых обрушение сопровождается хаотическим
расчленением опущенного блока (Кракатау) , и 26) кальдеры с когерентным
блоком, опущенным вдоль кольцевых разломов. Резургентные кальдеры в этом ряду
представляют особый случай или тип конечного генетического развития группы
26. Подразделения 1, 2а, 26 считаются, по представлениям Смита и Бейли,
расширенной версией классификации Вильямса с одним отличием: группа 26
охватывает только часть типа Гленко, включающего у Вильямса все классические
кальдерные опускания и кольцевые комплексы.
Существенно новым со времени появления обзора кальдер,
предложенного Вильямсом в 1941 г., было, по Смиту и Бейли, обнаружение
спекшихся туфов в ассоциации с классическими кальдерными опусканиями и
кольцевыми структурами. Подобные туфы сейчас известны в кольцевых структурах
грабена Осло, в кальдерных опусканиях Сильвертона, в Северном Квинсленде
[301, 303] и описаны в кальдере Гленко. В связи с этими относительно новыми
данными Смит и Бейли поставили вопрос о причинах различий строения кальдер
типа Гленко и Кракатау и высказали предположения о том, что в дальнейшем большинство
кальдер мира окажется принадлежащим группе 2; в таком случае кальдерные
опускания и кольцевые комплексы можно будет рассматривать как
субвулканические эквиваленты кальдер этой группы.
Изложенные данные о существующих подходах к систематике
кальдер важно учитывать при палеовулканологических реконструкциях в связи
с тем, что многие из тех признаков морфологии кальдер, которые указываются
различными исследователями в качестве типовых, отличающих одни кальдеры от
других, могут быть выявлены в процессе изучения дервних вулканическх
областей. Однако следует иметь в виду, что многие из указываемых в
классификациях форм кальдер сами по себе реконструируются на основе
геологических данных, а не относятся к типу современных образований. В
частности, это относится ко многим из тех кальдер и кальдерных опусканий,
которые сопровождаются кольцевыми структурами и спекшимися туфами. Именно
этот ряд структур не может рассматриваться в качестве эталонов современных
проявлений вулканической активности, так как установлен, в сущности, в
древних вулканических областях (район Осло, Квинсленд и др.) .
Заканчивая на этом краткий очерк некоторых особенностей
морфологии современных вулканических построек, следует подчеркнуть, что
большинство рассмотренных черт морфологии может быть более или менее строго
реконструировано на основе данных детального гелогического картирования, хотя
при этом могут возникать различные затруднения, особенно в связи с
позднейшими деформациями вулканогенных толщ и их денудацией. Тем не менее в
благоприятных условиях соответствующие реконструкции могут быть проведены и в
пределах очень древних вулканических областей.
|