Базальтовые породы

Базальтовые породы — это группа магматических горных пород основного состава, преимущественно эффузивного (излившегося) происхождения, образующихся при застывании лавы на земной поверхности или вблизи неё. Являются наиболее распространёнными магматическими породами на Земле, слагая океаническую кору и значительную часть континентальных вулканических провинций. Базальты характеризуются тёмной окраской (от чёрной до тёмно-серой), плотной или мелкозернистой структурой и высоким содержанием железа, магния и кальция.

Геологическое происхождение и распространение

Формирование

Базальтовая магма образуется в результате частичного плавления мантийных пород (перидотитов) в верхней мантии Земли, на глубинах от 50 до 200 км. Ключевыми факторами плавления являются декомпрессия (снижение давления при подъёме мантийного вещества) и поступление флюидов (воды, углекислого газа). Основные зоны генерации базальтовой магмы:

• Срединно-океанические хребты — зоны спрединга, где литосферные плиты расходятся, и мантия поднимается к поверхности, плавясь адиабатически. Здесь формируется океаническая кора мощностью 5–10 км.
• Горячие точки — мантийные плюмы, поднимающие вещество с больших глубин (например, Гавайские острова, Исландия).
• Зоны субдукции — области, где океаническая плита погружается под континентальную; плавление здесь происходит при участии флюидов, высвобождающихся из погружающейся плиты, и даёт базальты известково-щелочной серии (андезибазальты).

Распространение

Базальтовые породы составляют более 90% объёма всех вулканических пород Земли. Они слагают всю океаническую кору (за исключением осадочного чехла) и огромные площади континентов, известные как трапповые провинции. Крупнейшие из них:

• Сибирские траппы (Россия) — площадь около 4 млн км², возраст около 252 млн лет (граница перми и триаса). Считаются следствием крупнейшего в фанерозое излияния базальтовой лавы.
• Деканские траппы (Индия) — площадь около 500 тыс. км², возраст около 66 млн лет (мел-палеогеновая граница).
• Колумбия-река базальты (США) — площадь около 200 тыс. км², возраст 17–6 млн лет.
• Базальты океанического дна — покрывают примерно 60% поверхности Земли.

Состав и свойства

Химический состав

Базальты относятся к породам основного состава. Содержание кремнезёма (SiO₂) колеблется от 45 до 52–53% по весу. Характерно высокое содержание оксидов железа (FeO + Fe₂O₃ — до 10–15%), магния (MgO — до 12%), кальция (CaO — до 12%), а также алюминия (Al₂O₃ — до 18%). Содержание щелочей (Na₂O + K₂O) обычно не превышает 5–6%.

Минеральный состав

Главные породообразующие минералы:

• Плагиоклаз (лабрадор, битовнит) — до 50–60% объёма.
• Пироксены (авгит, пижонит) — 20–40%.
• Оливин — до 10–15% (в оливиновых базальтах).
• Рудные минералы (магнетит, ильменит) — до 5%.

В стекловатых разностях (гиалобазальтах) основная масса представлена вулканическим стеклом.

Физические свойства

• Плотность: 2,7–3,0 г/см³ (в плотных разностях).
• Прочность на сжатие: 100–400 МПа (зависит от пористости и трещиноватости).
• Температура плавления: 1000–1200 °C.
• Цвет: чёрный, тёмно-серый, зеленовато-чёрный (при изменении).
• Структура: афировая (мелкозернистая) или порфировая (с крупными вкрапленниками).
• Текстура: массивная, пористая, миндалекаменная (при заполнении пор вторичными минералами).

Классификация

По геохимическому типу

• Толеитовые базальты — наиболее распространённый тип, характерный для срединно-океанических хребтов и траппов. Обогащены железом, обеднены калием.
• Щелочные базальты — содержат повышенное количество щелочей (Na₂O+K₂O > 3–4%), часто встречаются на континентальных рифтах и в океанических островах (например, Гавайи).
• Известково-щелочные базальты — типичны для зон субдукции, обогащены алюминием и кальцием, часто содержат амфибол.

По структурно-текстурным особенностям

• Плотные (массивные) базальты — без видимых пустот.
• Пористые (шлаковые) базальты — содержат газовые пузыри (везикулы), образовавшиеся при дегазации лавы.
• Миндалекаменные базальты — поры заполнены вторичными минералами (кальцитом, халцедоном, цеолитами).
• Столбчатые базальты — при остывании образуют характерные шестигранные колонны (столбчатая отдельность), например, Мостовая гигантов в Ирландии, утёсы на реке Лена (Россия).

По степени изменения

• Свежие базальты — не затронутые вторичными процессами.
• Изменённые базальты — подвергшиеся гидротермальной переработке, выветриванию или метаморфизму. При низкотемпературном изменении образуются спилиты, при метаморфизме — амфиболиты.

Применение

Строительство и дорожное хозяйство

Базальт — один из важнейших строительных материалов. Благодаря высокой прочности, твёрдости (6–7 по шкале Мооса) и морозостойкости он используется:

• Щебень и бутовый камень — для бетона, дорожных покрытий, балласта железных дорог.
• Облицовочный камень — для фасадов, цоколей, памятников.
• Брусчатка и бордюрный камень — для мощения улиц и площадей.

Производство базальтового волокна

Базальт плавят при 1400–1500 °C и вытягивают в тонкие волокна (диаметром 5–15 мкм). Из них производят:

• Теплоизоляционные материалы (базальтовая вата) — для изоляции зданий, трубопроводов, промышленного оборудования.
• Композитные материалы (базальтопластик) — арматура для бетона, трубы, корпуса лодок, детали автомобилей.
• Фильтры — для очистки газов и жидкостей (в том числе для химической промышленности).

Каменное литьё

Из расплавленного базальта отливают изделия (плиты, трубы, желоба), обладающие высокой химической стойкостью и износостойкостью. Применяются в горнорудной, металлургической и химической промышленности для футеровки оборудования, транспортировки абразивных материалов.

Прочие области

• Сырьё для цемента — как добавка к клинкеру.
• Почвообразование — базальтовая мука используется для восстановления плодородия почв (источник калия, магния, микроэлементов).
• Ювелирное дело — некоторые разновидности (например, чёрный базальт с включениями оливина) используются как поделочные камни.

Экологические аспекты

Влияние на климат

Крупные базальтовые излияния (траппы) в геологическом прошлом сопровождались выбросами вулканических газов (CO₂, SO₂, H₂S), что приводило к глобальным климатическим изменениям. Например, Сибирские траппы связывают с массовым пермским вымиранием (252 млн лет назад) из-за парникового эффекта и закисления океана.

Современное использование

Добыча и переработка базальта (карьеры, дробилки, печи) оказывают локальное воздействие на ландшафт и атмосферу. Однако базальтовые материалы считаются экологически безопасными: они не выделяют токсичных веществ, не горят, не гниют. Кроме того, базальтовая вата используется для энергосбережения, снижая выбросы CO₂ при эксплуатации зданий.

Интересные факты

• Базальт — самая распространённая порода на поверхности Луны (лунные моря сложены базальтами). Лунные базальты отличаются от земных низким содержанием летучих компонентов и обогащением титаном.
• На Марсе базальты также широко распространены, слагая большую часть поверхности.
• Столбчатая отдельность базальтов (шестигранные колонны) образуется при медленном остывании лавы и усадке. Высота отдельных колонн может достигать 30–40 метров (например, «Мостовая гигантов» в Северной Ирландии).
• В России базальты широко распространены на Камчатке, Курильских островах, в Сибири (траппы), на Урале, в Карелии и на Кавказе.

Источники

• Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования. — СПб.: ВСЕГЕИ, 2009.
• Геологический словарь / под ред. К. Н. Паффенгольца. — М.: Недра, 1978.
• Магматические горные породы / под ред. О. А. Богатикова. — М.: Наука, 1983–1988.
• Базальтовые породы в строительстве: свойства и применение / В. И. Соломатов, В. П. Селяев. — М.: Стройиздат, 1990.
• Океанический магматизм: эволюция, геодинамика, петрология / А. А. Маракушев. — М.: Наука, 1986.