ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2008, № 5, с. 60-68
УДК 550.84
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГЛУБИННОЙ ДЕГАЗАЦИИ
ВОДНЫХ МАГМ
© 2008 г. А. П. Максимов
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006
Поступила в редакцию 14.06.2007 г.
На примере двух мощных извержений конуса Квицапу вулкана Сьерро-Ассуль (Чили) рассматривается проблема эффузивных извержений магм с высокими предэруптивными содержаниями летучих. Предложен физико-химический механизм дегазации магм с потерей ими летучих до появления на поверхности. Модель основана на взаимодействии магм, находившихся в разных по глубине очагах, и различии между растворимостью воды в расплаве и ее равновесной концентрацией в протяженном по вертикали магматическом теле. При этом малоглубинный очаг может аккумулировать летучие, выделяющиеся из магмы, поступающей в него из глубинного очага. Дается объяснение резких различий в характере извержений 1846-1847 и 1932 г. при идентичном химико-петрографическом составе магм.
введение
Связь андезитовых и более кислых магм с повышенным содержанием в них летучих хорошо известна. Отражением этой связи является высокоэксплозивный характер вулканических извержений таких магм, а продукты извержений часто представлены пепловой и пемзовой тефрой и пирокластиче-скими потоками. Плинианский характер извержений является естественным следствием высоких концентраций летучих в магмах перед извержением, т.е. в питающих очагах.
Однако имеются примеры и чисто эффузивных излияний кислых магм. На вулкане Крашенинникова (Камчатка) описаны потоки дацитового состава [6]. Эти потоки отличаются высокой текучестью (при незначительном уклоне местности их длина достигает 13 км, а мощность составляет всего несколько метров) и практически полным отсутствием сопровождающих отложений тефры.
Проблема неэксплозивного кислого вулканизма рассматривалась в [10], где отмечено парадоксальное различие в содержании летучих для комагма-тичных извержений тефры и экструзивных куполов при петрологическом сходстве этих пород. Было предложено два механизма перехода от эксплозивного вулканизма к экструзивному и эффузивному. Согласно первому, такой переход может быть вызван доэруптивным градиентом летучих в магме очага. В этом случае смена характера извержения отражает подъем на поверхность изначально все более бедной летучими магмы. Согласно второму механизму, переход к неэксплозивному извержению является результатом перераспределения летучих в изначально однородной по содержанию летучих магме при ее подъеме к поверхности и сопряженной дегазации.
Особый интерес представляют случаи эффузивных излияний кислых магм с водными минералами. Присутствие таких минералов указывает на высокие доэруптивные содержания воды в расплаве. Последнее обстоятельство должно приводить к высокой эксплозивности, поэтому эффузивный характер подобных извержений требует специального объяснения. Пример такого извержения представляет извержение кратера Квицапу (Чили) в 1846-1847 гг. При этом извержении кратковременный эксплозивный этап выразился в отдельных начальных экспло-зиях, за которыми последовало длительное эффузивное излияние большого объема лавы роговооб-манковых дацитов [12]. Незначительная роль эксплозивного этапа извержения Квицапу 18461847 гг. не позволяет объяснить дегазацию столь крупной порции водонасыщенной магмы механизмами, предложенными в [10]. Данная проблема рассматривалась В. Хилдресом и Р. Дрейком [12], но убедительного решения этой проблемы не было найдено. Используя материал, приведенный в указанной работе, в данной статье предлагается возможная модель доэруптивной дегазации, позволяющая объяснить эффузивный характер излияния изначально богатых летучими магм.
краткая история вулканической активности конуса квицапу
Квицапу - это небольшой побочный конус на склоне стратовулкана Сьерро-Ассуль, Чили. Ниже приводятся краткие сведения о вулкане Сьерро-Ас-суль, характеристика извержений конуса Квицапу и их продуктов, детально описанные в работе [12].
Вулкан Сьерро-Ассуль с конусом Квицапу расположен в пределах сложной вулканической группы. Кроме двух крупных стратовулканов в эту вул-
каническую группу входят многочисленные голоце-новые и позднеплейстоценовые центры извержений шлаков и лав от основных до риодацитовых составов. Однако в историческое время (со времени поселения здесь европейцев в начале XVI столетия) в этом районе не отмечалось ни эруптивной, ни фума-рольной активности вплоть до 1846 г. В основании этой вулканической группы залегает мощный древний гранодиоритовый интрузив. Постройка вулкана Сьерро-Ассуль сложена спектром пород от базальтов до пироксеновых дацитов (51—69% 8Ю2). До первого извержения Квицапу в 1846-1847 гг. амфибол в породах вулкана отсутствовал. Самый молодой до извержения Квицапу лавовый поток представлен низкокристалличными безроговообманковыми ри-одацитами (69.2% 8Ю2).
Образование конуса Квицапу связано с двумя гигантскими извержениями. Первое извержение происходило в 1846-1847 гг. За исключением очень короткого начального этапа, это извержение было практически чисто эффузивным. В ходе его излилось 5 км3 лавы роговообманковых дацитов. В дальнейшем, на несколько десятилетий вулкан перешел в состояние покоя.
С 1907 по 1932 гг. имела место эруптивная активность, в начале слабая, затем все более интенсивная, когда наблюдались пепловые колонны более 4 км высотой, а ночью сильное свечение. В этот период и был сформирован собственно конус Квицапу.
В апреле 1932 г. из кратера Квицапу произошло мощное эксплозивное извержение 9.5 км3 пемзы. Согласно разным оценкам высота эруптивной колонны менялась от 10 до 30 км. Длительность плинианской фазы составила около 18 ч. Через 7-10 дней эруптивная деятельность практически прекратилась. Спустя две недели после плинианской активности в 6-7 км к северу от Квицапу на склоне стратовулкана Деска-безадо-Гранде началась фумарольная деятельность. Это было первое в историческое время проявление активности на этом вулкане. Кроме того, в июне на северном склоне Дескабезадо-Гранде возник новый кратер шириной 600 м, который до 1933 г. проявлял слабую до умеренной эпизодическую эксплозивную активность. В результате отложился слой резургент-ных отложений без ювенильных компонентов. После 1933 г. извержений не было.
Продукты извержений 1846 и 1932 гг. В ходе извержений конуса Квицапу 1846 и 1932 гг. было извергнуто соответственно ~5 и 4 км3 магмы роговообманковых дацитов (в пересчете на плотную породу). До извержения вулкана Хадсон в 1991 г. это были крупнейшие в историческое время извержения в Южной Америке.
Породы извержения 1846-1847 гг. представлены исключительно лавами, пеплы не обнаружены. Это роговообманково-гиперстен-плагиоклазовые даци-ты с редким клинопироксеном и содержанием 8Ю2 67-68%. В лавовых потоках широко распростране-
ны магматические включения от основного до среднего состава с вкрапленниками оливина и плагиоклаза, обычно с закаленными границами. Лавы 1846 г. были первыми на вулкане Сьерро-Ассуль, содержащими роговую обманку.
Более 95% (а возможно 98%) пород извержения 1932 г. составляют такие же по минералогическому и химическому (~68% 8Ю2) составу дациты, однако началось и закончилось извержение 1932 г. выбросами оливинсодержащих черных шлаков. Шлаки представлены андезитовыми бомбами и дацит - ан-дезитовыми полосчатыми пемзами. Тонкий слой андезитовой и полосчатой пемзы прослеживается также среди плинианских дацитов. Количество кремнезема в анализах исходного шлака находится в интервале 52-63% 8Ю2. Другой ювенильный компонент - вспененные риодацитовые пемзы (69-70% 8Ю2) составляют <0.5% отложений, но присутствуют повсеместно. Среди резургентных обломков, помимо лав 1846-1847 гг. и редких представителей более старых пород Сьерро-Ассуль, присутствуют породы гранодиоритового интрузива, изредка частично оплавленные.
Дациты описанных извержений конуса укладываются в узкий интервал кислотности - 67-68 % 8Ю2. Особенностью извержения 1932 г. является чрезвычайно широкий интервал составов его продуктов: от базальтов до риодацитов (52-70 % 8Ю2), при резко преобладающем развитии кислых дацитов. Широкий интервал составов этого извержения говорит о взаимодействии основной (базальтовой) и кислой (дацитовой) магм, выразившемся в их физическом и отчасти химическом смешении. Основные и средние по составу магматические включения в лавах 1846-1847 гг. также свидетельствуют о взаимодействии дацитовой магмы с более основной. Это подтверждается линейным трендом вариаций пет-рогенных окислов в зависимости от кремнекислот-ности для продуктов двух извержений [12]. В породах извержения 1932 г., имеющих <63% 8Ю2, роговая обманка, как правило, отсутствует.
По минералогическому, химическому, геохимическому и изотопному составам дациты обоих извержений практически идентичны. Составы и количество фенокристаллов (15-19%) почти неразличимы для дацитов двух извержений. Роговые обманки в дацитах 1932 г. и в закаленных стекловатых частях лав 1846-1847 гг. не имеют опацитовых каемок. Предэруптивные температуры и окислительно-восстановительный режим магм, рассчитанные по составам сосуществующих титаномагнетит-иль-менитовых пар, для лав 1846-1847 гг. и пемз 1932 г. аналогичны. Для андезитовых шлаков начальной стадии извержения 1932 г. получены более низкие значения температур и летучести кислорода. Единственное существенное различие между дацитами 1846-1847 и 1932 гг. наблюдается в изотопных отношениях водорода для соответствующих роговых
обманок. Несомненно, обе дацитовые магмы извергнуты из одного резервуара. Однако первое извержение было эффузивным, а второе - эксплозивным, плинианским.
постановка проблемы ("загадка квицапу")
Среди вышеизложенных особенностей вулканической активности кратера Квицапу прежде всего обращают на себя внимание следующие:
1) резко различный характер извержений в 18461847 и 1932 гг. при идентичности химизма и минералогии их продуктов, а также близости объемов;
2) практически эффузивный способ извержения в 1846-1847 гг. на фоне высокой кислотности пород и наличии в них вкр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.