Когда вулканы угасают

Образование рудного материала продолжается и после вулканических взрывов и излияний лавы. По исчезновению лав и пирокластического материала в слоях геологического разреза еще нельзя судить о прекращении вулканических процессов. Вулканическая деятельность продолжается, но уже в другой форме. Эти завершающие этапы вулканизма имеют исключительно важное значение, ибо они приводят к возникновению рудных месторождений.

В образовании месторождений полезных ископаемых в вулканических областях очень большая роль принадлежит горячим водным растворам - гидротермам. Это они разлагают лавы и туфы, выносят из них одни составные части и приносят другие, в ряде случаев образуя таким путем скопления ценных минералов. Откуда же берутся гидротермы? Долгое время считалось, что они образуются за счет паров и газов, выделившихся из магмы, что в них нет веществ, заимствованных из поверхностных слоев Земли.

Однако работы, выполненные на Камчатке и Курильских островах известным вулканологом С. И. Набоко, показали, что происхождение гидротерм более сложное. Эти горячие воды часто возникают за счет циркулирующих в вулканических постройках обычных подземных вод, которые растворяют пар и различные газы, поступающие из глубже залегающего магматического очага, и нагреваются его теплом. Значит, гидротермы - это своего рода «активизированные» подземные воды; свои характерные черты они приобретают под влиянием магмы.

Гидротермы химически очень активны. Они сильно нагреты и в их составе немалая роль принадлежит различным кислотам. Поэтому гидротермы вступают в активное взаимодействие с породами, через которые они проникают к поверхности Земли. На путях циркуляции гидротерм происходят обменные реакции, изменяющие как окружающие породы, так и сами растворы. Наиболее интенсивны эти реакции в жерлах вулканов и кальдерах. Именно тут вулканические газы и пары находят наиболее легкий путь к поверхности. На глубине реакция гидротерм кислая, под их влиянием лавы преобразуются в особые породы - пропилиты. С пропилитизацией связаны месторождения золота и серебра. Ближе к поверхности, где происходит выделение пара и вскипание гидротерм, лавы обогащаются кремнеземом и дают измененные породы, которые называют вторичными кварцитами; в них бывают заключены месторождения глиноземистых минералов (алунита, пирофиллита, каолинита), а также золота, руд меди и молибдена. У самой поверхности происходит окисление сероводорода с образованием серной кислоты. Лавы сильно выщелачиваются, и на их месте образуется пористая порода, состоящая из опала и алунита. Таким образом, в метаморфизме лав под влиянием гидротерм существует определенная зональность.

Следует подчеркнуть, что хотя гидротермальные процессы внешне и не эффектны и не поражают воображение человека, как извержения вулканов, но они несравненно более длительны. Если деятельность самого вулкана соизмерима с историей человечества, то продолжительность гидротермальных процессов, следующих за вулканическими извержениями, измеряется геологическими масштабами времени. Удивительного в этом ничего нет, ибо пароксизм вулкана - всего только внешнее проявление процесса изменения вещества в глубинах Земли, а гидротермальный метаморфизм - это уже сам глубинный процесс.

Источником активизации подземных вод и причиной превращения их в гидротермы служат неглубокие недра вулканических областей. Ученые уже давно предполагали, что не всегда магма без остановок извергается на поверхность прямо из глубинного очага. Считалось весьма возможным, что магма задерживается неглубоко от поверхности, образуя так называемые периферические очаги. Исследования последних лет на Камчатке подтвердили эти предположения.

Мы уже упоминали об очаге Авачинской сопки. Геофизические исследования, проведенные в 1960-1962 гг. в районе Авачинской группы вулканов, показали, что сила тяжести вблизи конусов значительно выше, чем на окружающей местности. Объяснить этот эффект можно лишь увеличением плотности горных пород на глубине. Удалось доказать, что под вулканом на глубине 3-5 км находится бассейн расплавленного базальта - своеобразная «плавильная печь».

Казалось бы, тяжелые горные породы должны вызывать нарушения и в естественном магнитном поле этого района. Однако магнитные аномалии здесь отсутствуют. Причина этого явления, видимо, заключается в высокой температуре. Известно, что если нагреть магнит до температуры в несколько сот градусов, то он полностью потеряет свои магнитные свойства: энергия теплового движения молекул превысит энергию внутреннего поля, ориентирующего молекулы, и разрушит его.

Таким образом, вулкан - это не просто «сверхглубокая скважина». На небольшом расстоянии от поверхности под вулканом часто располагается промежуточный очаг магмы, соединенный узкими каналами с кратером вулкана и с нагретым веществом земной мантии.

Мы познакомились с некоторыми новыми, в какой-то мере спорными, но чрезвычайно интересными данными о возникновении полезных ископаемых. Эти данные собраны при наблюдениях над современной вулканической деятельностью. Если же обратиться к «зрелым» месторождениям полезных ископаемых, то и среди них можно найти немало таких, которые возникли вследствие деятельности вулканов. До недавнего времени большинство геологов считало, что образование рудных месторождений связано преимущественно с проявлениями магмы на глубине, то есть с застыванием массивов глубинных магматических пород. Особенно интересными для поисков руд считались гранитные массивы. В то же время широко распространенные вулканические породы и застывшие у самой поверхности внедрения магмы (так называемые субвулканические тела) практически считались бесплодными.

В действительности это не так. В последние годы стали известны многочисленные месторождения самых разнообразных полезных ископаемых в вулканических породах, часто находящиеся вне всякой связи с гранитными массивами. Точка зрения о большой «продуктивности» вулканических толщ не нова. Еще академик А. Н. Заварицкий связывал с вулканической деятельностью образование медноколчеданных месторождений Урала. Позже было установлено, что с вулканическими формациями в ряде стран связаны крупные месторождения молибдена, свинца, ртути, серебра, золота, олова, никеля, радиоактивных и других руд. Примерами могут служить месторождения золота и серебра в западных районах США (в том числе знаменитые месторождения Калифорнии), месторождения серебра в Новой Зеландии, Японии, Карпатах.

С толщами вулканических пород связаны богатые серебром свинцово-цинковые месторождения Мексики и целый ряд месторождений ртути, в том числе такое крупное, как Монте-Амиата в Тоскане (Италия). Возможно, что подобного типа месторождения еще будут открыты в вулканических поясах северо-востока СССР, Камчатки, Кавказа и Карпат.

В Мексике, Чили, Перу и США известны медные, медно-молибденовые и молибденовые месторождения. Крупнейшие из них - Кананеа, Брауен, Церро-де-Паско, Токепале - расположены в жерлах древних вулканов. В СССР к такому типу принадлежит месторождение Коун-рад в Казахстане. Многие промышленные скопления нио-биевых руд, некоторые месторождения бериллия и других редких металлов приурочены к древним вулканам. Крупные месторождения алмазов в Сибири и Южной Африке теснейшим образом связаны с кимберлитовыми «трубками взрыва», по-видимому, представляющими собой вулканические аппараты, корни которых достигают мантии.

Однако рудоносны не все вулканические формации, а лишь те из них, в которых создавались благоприятные условия для накопления рудных веществ.

Из месторождений вулканического происхождения наиболее широко распространены и практически важны те, которые лежат близ поверхности и возникли вследствие вулканической деятельности на дне морей и океанов. Движениями земной коры эти месторождения были подняты и под воздействием денудации оказались на поверхности. Практическое значение представлений о связи рудных месторождений с явлениями вулканизма очень велико; включение районов распространения вулканических пород в сферу поисков рудных месторождений позволит резко расширить фронт геологических поисков.

Следует сказать и о самих вулканических породах как полезных ископаемых. Многие лавы обладают большой прочностью и поэтому используются как естественный строительный материал. Лавы основного состава - базальты, со сравнительно низким содержанием кремнезема и высоким - железа и магния, используются для каменного литья. Из расплавленного базальта изготовляют кислотоупорные ванны и плитки, электроизоляторы, шары для дробильных шаровых мельниц и другие изделия.

Вулканический пепел, уплотняясь, превращается в твердую породу - туф, который благодаря легкости и прочности является превосходным строительным материалом. Особую славу завоевали туфы из окрестностей армянского города Артик. Они хорошо обрабатываются, очень красивы, благодаря высокой пористости легки и хорошо изолируют от жары и холода. Из артикских туфов построены новые кварталы столицы Армянской ССР - Еревана.

В последние годы приобрел известность очень своеобразный искусственный каменный материал - вспученный перлит. Это очень пористая и легкая каменная масса, которая образуется из кислого вулканического стекла при его быстром и сильном нагреве. Поведение стекла при нагреве удивительно - его объем увеличивается в десять - двенадцать, а в некоторых случаях даже до двадцати раз! Получается своего рода каменная «пена», или «вата». Кубический метр такого материала весит всего 70-80 кг. Вспучивание стекла происходит в результате быстрого выделения воды из размягчающегося материала. Азербайджанские ученые М. А. Кашкай и А. И. Мамедов установили, что образование вспученного перлита вызывает не вся вода, заключенная в вулканическом стекле, а только та ее часть, которая выделяется из стекла при температурах от 800 до 1000° С.

Существует несколько разновидностей вспученного перлита. В зависимости от применяемой технологии можно изготовлять стекло с закрытыми порами, почти не впитывающее влагу. А если нужно, можно получить пористое стекло с открытыми порами, которое способно насыщаться жидкостью до 80% объема!

Искусственный перлит - замечательный материал, который уже нашел разнообразное применение. В строительном деле это незаменимый изоляционный материал; он используется для изготовления штукатурных плит. Такая штукатурка не уменьшается в объеме и поэтому не трескается, вместе с тем она огнестойка. Она использована, например, при строительстве здания Организации Объединенных Наций в Нью-Йорке.

При нагреве вулканического стекла можно получить стеклянное волокно, а это великолепный звуко- и теплоизоляционный, кислотоупорный материал. В сельском хозяйстве перлит применяется как носитель жидких удобрений и растительных ядов. Благодаря пористости перлита они медленно переходят в почву и тем самым обеспечивают длительное повышение урожайности. В нефтяной промышленности вспученный перлит применяется как хороший поглотитель нефтепродуктов.