Пирокластический материал

Пирокластический материал (от др.-греч. πῦρ — «огонь» и κλαστός — «разломанный») — это общее название обломочных горных пород и рыхлых продуктов, образующихся при вулканических извержениях в результате дробления магмы и вмещающих пород, а также последующего осаждения этих обломков из воздуха или водных потоков. Пирокластические отложения являются одним из главных типов вулканогенных образований, наряду с лавовыми потоками и интрузивными телами. Они играют ключевую роль в формировании вулканических конусов, кальдер и обширных плато, а также представляют значительную опасность для населения и инфраструктуры вблизи действующих вулканов.

Классификация

Пирокластический материал классифицируется по нескольким признакам: размеру обломков, составу, происхождению и степени литификации (превращения в твёрдую породу).

По размеру обломков

Основной критерий классификации — диаметр частиц:

• Вулканический пепел — частицы размером менее 2 мм (в зарубежной литературе часто менее 0,063 мм для тонкого пепла). Состоит из мельчайших осколков стекла, кристаллов и породы. Может переноситься ветром на тысячи километров.
• Лапилли (от лат. lapillus — «камешек») — обломки размером от 2 до 64 мм. Часто имеют округлую или каплевидную форму, образуются при застывании капель лавы в воздухе.
• Вулканические бомбы — обломки размером более 64 мм, образующиеся при выбросе полужидкой лавы. В полёте они приобретают веретенообразную, ленточную или сферическую форму, а при ударе о землю могут деформироваться.
• Вулканические глыбы — обломки размером более 64 мм, имеющие угловатую форму. Образуются при разрушении твёрдых пород в жерле вулкана или при взрывах, когда выбрасываются уже затвердевшие куски.

По составу и происхождению

• Магматические (ювенильные) — обломки, образовавшиеся непосредственно из расплавленной магмы. К ним относятся частицы вулканического стекла и кристаллы, застывшие в воздухе. Составляют основную массу пирокластики при эффузивных извержениях.
• Литические (ксеногенные) — обломки вмещающих пород, которые были оторваны и выброшены взрывом из стенок жерла или вулканического канала. Часто имеют угловатую форму и отличаются по составу от магмы.
• Кристаллические — отдельные кристаллы минералов (например, оливина, пироксена, плагиоклаза), которые выделились из магмы до извержения и были выброшены вместе с пеплом.

По степени литификации

• Рыхлые отложения — свежие, неуплотнённые пирокластические осадки (пепел, лапилли, бомбы).
• Сцементированные (литифицированные) породы — образуются при уплотнении и цементации рыхлого материала. В зависимости от размера обломков выделяют:
• Туф — сцементированный вулканический пепел и мелкие лапилли.
• Туфобрекчия — порода, состоящая из обломков размером от 2 мм до нескольких десятков сантиметров, сцементированных пепловым материалом.
• Агломерат — грубообломочная порода, состоящая из вулканических бомб и глыб, сцементированных пеплом или лавой.

Механизмы образования и переноса

Пирокластический материал образуется в результате нескольких процессов:

1. Фреатические взрывы — происходят при контакте магмы с грунтовыми водами или поверхностными водоёмами. Вода мгновенно испаряется, вызывая мощный взрыв, который дробит окружающие породы и магму. В результате образуется большое количество мелкого пепла.
2. Эруптивные колонны — при извержениях центрального типа (например, плинианских) магма с большой скоростью выбрасывается в атмосферу, образуя гигантский столб пепла и газа. В колонне происходит сортировка частиц по размеру: крупные обломки падают ближе к жерлу, мелкие — дальше.
3. Пирокластические потоки — смесь раскалённого газа (до 800–1000 °C) и пирокластического материала, которая движется по склону вулкана со скоростью до 700 км/ч. В таких потоках частицы истираются друг о друга, образуя тонкий пепел и обломки различного размера.
4. Лавовые фонтаны — при гавайских извержениях жидкая лава выбрасывается вверх, образуя капли, которые застывают в воздухе, превращаясь в лапилли и бомбы.

Перенос пирокластики осуществляется двумя основными способами:

• Воздушный перенос — пепел и мелкие лапилли поднимаются в атмосферу и разносятся ветрами на большие расстояния. Крупные обломки (бомбы, глыбы) падают вблизи жерла.
• Гравитационные потоки — пирокластические потоки и лахары (грязевые потоки, содержащие вулканический материал) движутся по склонам, перенося обломки любого размера.

Распространение и примеры

Пирокластические отложения широко распространены в районах современного и древнего вулканизма. Крупные месторождения туфов и туфобрекчий известны в Камчатском крае (Россия), на Курильских островах, в Исландии, Индонезии, Японии, Италии (район Везувия и Флегрейских полей) и в западной части Северной Америки (Йеллоустонский супервулкан).

Известные исторические извержения, сопровождавшиеся выбросом огромных объёмов пирокластики:

• Извержение Везувия в 79 году н. э. — уничтожило города Помпеи и Геркуланум. Основной причиной гибели людей стали пирокластические потоки и пеплопады.
• Извержение вулкана Кракатау в 1883 году — выбросило около 20 км³ пирокластического материала, что привело к глобальному похолоданию.
• Извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году — вызвало мощный боковой взрыв и пирокластический поток, уничтоживший лес на площади 600 км².
• Извержение вулкана Пинатубо в 1991 году — выбросило в стратосферу около 10 км³ пепла, что привело к снижению глобальной температуры на 0,5 °C.

Значение и опасность

Геологическое значение

Пирокластические отложения являются важным индикатором вулканической активности в прошлом. Они позволяют реконструировать типы извержений, их мощность и частоту. Туфы и туфобрекчии используются как строительный материал (например, вулканический туф широко применялся в архитектуре Древнего Рима и Армении). Кроме того, в пирокластических породах часто встречаются месторождения полезных ископаемых, таких как цеолиты, перлит и некоторые виды руд.

Опасность для человека

Пирокластический материал представляет серьёзную угрозу:

• Пирокластические потоки — наиболее опасное явление. Они движутся с огромной скоростью, имеют высокую температуру и содержат токсичные газы. Попадание в такой поток почти всегда смертельно.
• Пеплопады — даже тонкий слой пепла (1–2 см) может вызвать обрушение крыш зданий, повреждение сельскохозяйственных культур, загрязнение водоисточников и нарушение работы авиации (пепел повреждает двигатели самолётов).
• Лахары — грязевые потоки, образующиеся при смешивании пирокластического материала с водой (дождевой, талой или из кратерного озера). Они могут двигаться на десятки километров от вулкана и уничтожать всё на своём пути.
• Токсичность — пепел содержит мелкие частицы стекла и кристаллов, которые при вдыхании вызывают раздражение лёгких и могут привести к силикозу.

Мониторинг и прогнозирование

Для оценки рисков, связанных с пирокластическими извержениями, вулканологи используют сейсмические станции, спутниковые снимки, анализ газов и деформаций земной поверхности. В России мониторинг вулканов осуществляется Институтом вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Камчатка). На основе данных моделирования строятся карты опасности, которые используются для планирования эвакуации населения и строительства защитных сооружений.

Источники

1. Макдональд Г. А. Вулканы. — М.: Мир, 1975. — 432 с.
2. Сигурдссон Х., Хоутон Б., Мак-Натт С., Раймер Х., Стикс Дж. (ред.). Энциклопедия вулканов. — М.: Факториал, 2012. — 1456 с.
3. Влодавец В. И. Справочник по вулканологии. — М.: Наука, 1984. — 340 с.
4. Геологический словарь: в 2 т. / под ред. К. Н. Паффенгольца и др. — М.: Недра, 1978.
5. Сельтер А. Б. Вулканические опасности и мониторинг. — М.: Наука, 2005. — 280 с.