3. задачи на петрологията задачите на петрологията могат да се формулират по следния начин: а

Формата на телата в комплексите от тази асоциация зависи главно от механизма на отделянето на лавата, от нейния състав и количество, от това дали вулканизмът е подводен, подглациален или субареален (на сушата). Класификацията на формите на залягане на вулканските тела е основана главно на изучаването на съвременния вулканизъм. Характерна особеност е прослояването с телата от седиментни скали, които придружават вулканитите.

В зависимост от формата на каналите, чрез които става изхвърлянето на лавовия материал различаваме пукнатинни ефузии и централни ефузии. В руската литература понятието ефузия означава процесът на изливането и разтичането на течна лава по повърхността на Земята. Екструзията е процес на натрупване на лавов материал в местата, в които вулканският канал излиза на повърхността. В английската литература не се прави такова разграничаване и най-често се говори за вулканска ерупция (изригване).

В.1. Лавов поток. Когато лавата се излива от върха на централен вулкан или от страничните му пукнатини и се стича по склоновете му се образува едно удължено в план и относително тънко тяло. Лавовите потоци са характерни за магми, имащи ниско съдържание на летливи съставки и относително нисък вискозитет (базалти, андезити). По-силно вискозните лави (риолити, трахити, фонолити и др.) образуват къси и по-дебели лавови куполи (ако са бедни на летливи) или пепелно-пемзови потоци (когато са много богати на летливи). По-вискозните лави се разтичат по-бавно. Потоци могат да се формират и при пукнатинните изливи.

Дебелината на потоците е от няколко см. до около 200 m, въпреки че най-често е от няколко метра до 10-15 m Обикновено потоците са натрупани един върху друг в резултат на многото вулкански импулси в един вулкански център. Дължината на потоците може да достигне до няколко километра, ако вискозитетът на лавата е малък. Течните лавови потоци на Хавайските острови например, се разпростират на разстояние повече от 55 кm от гърлото и имат средна мощност 5 m. Някои от потоците в Исландия могат да бъдат проследени на около 130 км. Сумарната дебелина на всички потоци от базалтите в областта на р. Колумбия в САЩ на места стига до 2 кm., а общият им обем - до 160000 кm³.

Потоците лава, които се изливат на повърхността на сушата се поделят на три главни типа: пахоехое, аа и блокова лава.

Пахоехое потоците са изградени от много силно теклива лава, с гладка или вълновидна повърхност с жилоподобни форми, а понякога и с облика на нагънати драперии. Тънките лавови езици се натрупват един върху друг. Бързо запечаталата ги стъклена кора изолира мехурчетата от флуиди вътре в потока. Ако потокът се заприщи, лавовата повърхност се набръчква, но горната част на лавовия език е гладка. Моментното забавяне на скоростта на потока се следва от подновено разчупване на затвърдялата тънка кора от напора на огнетечната маса и потокът се придвижва търкаляйки се или с каскадно изливане на нов течен език. На разстояние няколко километра от отверстието на вулкана, газовото съдържание и температурата на лавата могат да се поддържат почти постоянни. Често в потока се формират отворени лавови тръби или даже пещери.

Аа потоците имат крайно неравна и груба повърхност, често шуплеста и шлакоподобна, фрагментирана неправилно. Шлаковидните късове са остроръбести и са се развили от автокластично разчупване на затвърдялата лавова кора по време на движението на потока. Разстоянието между по-големите фрагменти може да бъде частично запълнено с по-финозърнест материал, получен от разтрошаването на по-големите късове. В стръмния преден край на активния лавов поток образувалите се късове падат на земята, където се създава покривка от остроръбест чакъл, върху която потокът напредва като се обрушава и затрупва всичко пред себе си. Подповърхностната зона е от споени фрагменти, а вътрешните части могат да са доста плътни и след изстиването да развиват правилни призматични многостенни колони.

Блоковата лава представлява безпорядъчно натрупване на ръбести многостеннии по-големи каменни блокове с относително гладки стени, чиито размери са между 0.5 и 1.0 метра. В горнището и по фронта на придвижване фрагментите могат да бъдат и по-дребни.

Различията между трите типа потоци се дължат главно на вискозитета на магмите им. Базалтите от океанските щитови вулкани и от континенталните лавови плата изригват предимно като аа потоци, а орогенните базалти и андезити - като блокови лави. Много от потоците могат да изменят стила си на придвижване и формата си от тип пахоехое (в началото), през тип аа (в средата) и до блокова лава (в края на движението си). Лавовите потоци с фелзичен състав (риолити, трахити) се срещат редко и са обикновено много къси като придвижването им се дължи само на много стръмните склонове на релефа. В този тип магми много по-чести са пепелните потоци и лавовите куполи.

Силно алкалните мафични лави са изключително подвижни, поради богатството си на летливи. При ерупцията на вулкана Ниярагонго в Заир през 1977 г. около 20 млн.m³ по обем лавово езеро от мелилитов нефелинит се е източило за по-малко от един час, а на места потокът е бил по-тънък от 1 m. (Tazieff, 1977).

В.2. Покров (лавово плато). Покровите (flood basalts, plateau lavas, sheet-like flows) са продукт от ерупцията на много големи обеми от силно теклива лава, която е покрила обширни площи и е с малка дебелина (фиг. 5.13). Обикновено изливите са няколкократни и се счита, че се подхранват от линейни пукнатини, но в някои области под плоските лавови плата има и централен тип вулкани (вулканът Хекла в Исландия например, е свързан по този начин с отгоре лежащи терциерни лави). В САЩ плато провинцията на река Колумбия асоциира с огромни дайкови снопове, за един от които има оценка, че броят на дайките в него надхвърля 21 000, а общият обем на излятата лава е 195 000 кm³. Толеитовите базалти преобладават във всички провинции на лавови плата, но в подчинено количество се срещат и други скални типове.

Известни големи плато базалтови провинции са лавите Кару в Южна Африка (площ 2 млн.кm² със средна дебелина от 0.7 кm.), Сибирското плато (250 000 km² с 0.4 км. средна дебелина), платото Парана в Бразилия (120 000 кm²), платото Декан в Индия (500 000 кm² и средна дебелина 1.0 m.), Патагония (Аржентина) и др. Колосалният обем на тези лави впечатлява, когато го сравним с най-големия действащ вулкан в Европа Етна, чиито лави имат общ обем само от около 500 кm³. Все пак трябва да се има предвид, че този обем магма е доставян в течение на дълъг период от време (за платото на река Колумбия той е повече от 10 Ma. и там броят на отделните потоци е между 120 и 150, а средната им индивидуална дебелина е 15 - 30 m).

Тектонската обстановка, в която се срещат големите базалтови плато провинции е свързана с оси на океански спрединг (Исландия), с отварянето на Северния Атлантически океан (Британско-Арктическата провинция на Гренландия, Шотландия и Ирландия). Провинциите Парана, Кару и Декан вероятно са свързани с разцепването на Гондвана, а Етиопските платобазалти и тези от река Колумбия - с осите на океанско разширение в Червено море и в източния Тихи океан. Част от тези базалтови провинции могат да се обяснят с развитието на задно дъгови окрайни морски басейни.

Централните ерупции са от един център на вулканска дейност. По-голямата част от съвременните вулкани са от този тип, а формите на телата са много разнообразни.

Калдерите се разделят на три типа: (1) калдери на обрушване (пропадане), свързани с базични щитови вулкани, при които лавата се излива без изхвърляне на пирокластика; (2) експлозивни калдери, свързани с кисели вулкани, като образуването им е предшествано от твърде обемни ерупции на вулканска пепел и пемза и (3) резургентни калдери, предизвикани от повторно издигане на дъното, издуването му и разпукването му от подновена магматична дейност. Съществуват и т.н. ерозионни калдери, които обаче нямат магматичен произход.

В калдерите на пропадане начинът на колапса и характера на ерупцията на лавата служат за критерии (Williams & McBirney, 1979), по които те могат да се разделят на няколко типа: - Тип Масайя (по името на вулкана Масайя в Никарагуа) образува калдера от постепенно разрушаване и пропадане на отделни блокове и скални късове в площ много по-широка от тази на съществуващия вулкан, без пукнатинни ерупции вътре в калдерата; - Тип Хавайски се характеризира с пропадане на най-високо разположения блок на щитовия вулкан по стръмно наклонени пръстеновидни фрактури още по времето на нарастването му, като по пукнатините или от фланговете му изтича лава; - Типът Галапагос е образуван също от колапса по време на по-късните етапи от растежа на щитовия вулкан. Инжекциите от силове и изливите от лава от концентричните фрактури, близко до върха са причините за нарушаване на устойчивостта му и за поглъщането му и раздробяването му в калдерата.

Класически пример за калдера, образувана от пропадане, следствие бързо изхвърляне на огромен обем вулканогенно-пирокластичен материал е ерупцията на вулкана Кракатау в 1883 г. (Macdonald & Hubbard, 1975; Simkin & Fiske, 1983; Macdonald, 1972). Историята на калдерата е серия от пропадания и повторни запълвания, от лавови изблици и експлозивна дейност. Взривът през м. август 1883 г. е бил чут на разстояние от 1000 кm., а предизвиканите от него огромни вълни цунами с височина до 40 m. са отнели живота на 36 000 души в островите Ява и Суматра. Пепелта се издигнала на височина до 80 кm и се е утаила по-късно на площ от 800 000 кm². Обемът на изхвърления еднократно материал е бил 18 кm³, от който 95 % са били изградени от дацитова пемза (новообразувана магма) и само 5 % - от скални фрагменти (базалт и андезит) от по-стария конус, разрушен от експлозията.

Вискозитетът на киселата магма е такъв, че тя може да тече лесно само, когато е наситена достатъчно с газови мехурчета. При голямо количество газ, той ще разшири лавата и ще я превърне в шуплеста маса наречена пемза или в дъжд от течни капчици. Всички продукти на пирокластичните потоци, богати на пемза и стъклени късчета са известни като игнимбрити (термин от 1930 г. на Маршал). Под натиска на собственото си тегло, такъв материал може да се разруши и стъклените частици дори и да се слепят една с друга. Такива пластоподобни тела от кисели вулкански скали обикновено показват следните характеристики: преходи на пепелите в спечени туфи, преходи между туфи и лави или образуване на лавоподобни скали, наличие на пемза или на скали със структура на разтрошена пемза. Спечените туфи са изградени от частици стъкло, които са се отложили при толкова висока температура, че са се залепили помежду си при колапса на постройката. При пеплопадните форми на залягане на вулканските скали игнимбрити не се образуват, защото при тях температурата никога не е достатъчно висока. Натрупването на пепелни горещи отложения в плитки водни басейни може да доведе до геоавтоклавно образуване на зеолититови скали (Alexiev & Djourova, 1974). Според Djourova & Alexiev (1995) зеолититовите скали са воден фациес на игнимбритите. Спечените туфи много често са уплътнени от собственото си тегло и приличат по изглед на ивичестите лави. В миналото много от игнимбритите са били бъркани с обикновени лавови потоци. Различието е главно във формата на някои от стъклените остроръбести фрагменти, които са част от стените на разрушените мехури. Не всички пепелни потоци са изградени от пенести лави. Лавинообразното свличане на рохкав материал по стръмните склонове на вулканските постройки може също да се придружава от горещи прашесто-флуидно-късови облаци ( накалени лавини).

Игнимбритите са най-обемно представените на сушата вулкански продукти. Те могат да обхващат хиляди km² площ. Въпреки, че човек не е бил очевидец на толкова мощни ерупции, те трябва да са били най-катастрофалните от всички геоложки явления. Класически пример за подобни вулкански форми е известен от Йелоустонския национален парк на САЩ, където са описани риолитови игнимбрити. В България т.нар. Брацигово-Доспатски риолитов покров предлага великолепни разкрития на ивичести игнимбрити. Хубави разкрития на игнимбрити има и в Източни Родопи между Асеновград и с. Комунига. В централната част на Нова Зеландия слабо еродираното плато от игнимбрити покрива площ от около 15 000 кm², а общият обем на серията потоци от частично спечени туфи е 7500 кm³. Игнимбритовата покривка там се е създала чрез натрупване в течение на няколко милиона години. Големи игнимбритови масиви има в Армения, Централна Суматра, в Аризона, в Източен Сибир и на др. места. В централна и южна Невада и съседния и щат Юта по време на миоцена са се натрупали игнимбрити, заемащи площ от около 130000 кm². Единствената игнимбритова ерупция от този век е от вулкана Катмаи в Аляска от 1912 г. Дори малките исторически игнимбритообразуващи ерупции са ужасяващи. Например, ерупцията на вулкана Санторини е допринесла за бързия упадък на центъра на минойската цивилизация на остров Крит. Изригването на вулканите Сент Хелънс в 1980 г. в САЩ или на вулкана Ел Чичон в Мексико в 1912 г. произвежда игнимбрити, но те са свързани с материални загуби за милиони долари и с много човешки жертви.

Еквивалентен термин на игнимбритите е пемзово-поточно отложение. В американската литература широко се използва въведения в 1990 г. от Smith пепелно-поточен туф (ash-flow tuff), но тъй като размерите в много пемзово-поточни отложения са и на лапили и на бомби в английската литература е запазен термина игнимбрит. Понякога погрешно се счита, че причина за образуването на игнимбритите са т.нар. пламтящи (нажежени, накалени) облаци (nuee ardente, фр. или glowing (fiery) clouds, анг.). Сега този термин се ограничава само до онези малкообемни блокови и пепелни потоци, които са се образували от срутването на активно-нарастващ лавов купол или движещ се поток, така както първоначално е ибил описан от La Croix от ерупцията на Мон Пеле в 1912 г. Съвременните петролози избягват употребата на термина не само защото е станал нееднозначен, а и защото съществуват и други по-спесифични термини за т. нар. пламтящи (нажежени) облаци, които образуват пепелно-облачна вълна (ash-cloud surge) и пеплопадни (ash-fall) отложения.

Отложенията от ударните вълни са с лоша сортировка, но с отчетливи пластови текстури като обратно градирани слоеве, пясъчно-дюнни форми и т. н. Най-съществената характеристика за ударните пирокластични вълни е че те са трифазни системи с разнообразни съотношения между твърдите, течни и газообразни продукти, но в преобладаващите случаи твърдите частици са силно подчинени по количество на другите съставки. При движението се ударните вълни запълват ниските места в релефа, но поради силно флуидизирания им характер, изхвърлените от начален експлозивен удар вълни имат способността да изкачват и много значими топографски височини и да ги обвиват с тънка покривка от пемзово-пепелни частици. Вълнообразуващите ерупции обикновено са съставени от многобройни последователности от взривове.

Могат да се разграничат (Bardintzeff, 1993) няколко различни типа на ерупция на нажежени лавини: Сент-Винсент, Пелейски, Сантиагуито, Мерапи и др. (фиг. 5.14). Типът Сент Винсент е с насочена вертикално експлозия и симетрично стичане на облака надолу. Пелeйският тип е с едностранно насочване на лавината, отклонена от вулканска дома от по-стар затвърдял вече материал. Типът Сантиагуито е също едностранно насочен облак, излизащ от централните части на една увиснала и разтеглена удължена дома от блокова лава. Типът Мерапи се характеризира с едностранно насочен облак от отворено от вулканския взрив отверстие на лавова дома. Различията се обуславят от създалата се морфология на вулканския апарат по време на ерупцията (отворен или закрит кратер). Силата на експлозивната дейност, височината на еруптивната колона и обемът на изхвърления материал се увеличават в следния класификационен ред на вулканските стилове: (Хавайски) - Стромболи - Вулкано - Плинейски - Ултраплинейски. Експлозивните прояви на нажежените лавини са характериситка на всички тези стилове след Стромболи, а катастрофалните изригвания са типични за Плинейския и Ултраплинейския стилове. В последните два типа, навлизането на експлозивен материал в стратосферата е забележимо и значително.

Преобладаващата част от съвременните експлозивни вулкани е разположена в т.н. “Огнен тихоокански пръстен”, в който геодинамичната обстановка е главно островно-дъгова - Индонезия, Егейско, Тиренско море и др. По-нови ерупции от този тип са отбелязани от вулканите Суфриер дьо Сен-Винсен, Aнтилите (1979 г.), връх Света Елена, САЩ (1980), Ел Чикон, Мексико (1982), Унзен, Япония и Пинатубо, Филипините (1991 и 1995), Етна (1988, 1989, 1990).