Столбчатая отдельность

Столбчатая отдельность — это тип геологической структуры, возникающий в магматических горных породах, преимущественно в базальтах, в результате их остывания и растрескивания. Она представляет собой систему правильных, многогранных (чаще всего шестиугольных) колонн, разделённых вертикальными или наклонными трещинами. Столбчатая отдельность является одной из наиболее зрелищных форм рельефа, широко распространённой в вулканических регионах мира.

Механизм образования

Образование столбчатой отдельности связано с процессом усадки (контракции) магматической породы при её остывании. Когда лава или интрузивная магма застывает, её объём уменьшается. Внутренние напряжения, возникающие при этом, приводят к образованию трещин. Ключевую роль играет скорость и равномерность остывания.

Термическое сжатие

При остывании расплавленной породы с температуры около 1000–1200 °C до температуры окружающей среды её объём сокращается примерно на 10–15 %. Если бы остывание происходило равномерно, порода просто сжималась бы. Однако на практике внешние слои остывают быстрее внутренних, что создаёт градиент напряжений. Внешняя корка, затвердевшая первой, начинает растрескиваться, чтобы снять эти напряжения.

Формирование трещин

Трещины, как правило, распространяются перпендикулярно изотермам — поверхностям равной температуры. В случае горизонтального слоя лавы или вертикального дайкового тела изотермы имеют форму, близкую к плоской, поэтому трещины ориентируются вертикально. Точки зарождения трещин распределяются случайным образом, но в процессе роста они стремятся к образованию наиболее энергетически выгодной конфигурации — правильных шестиугольников. Шестиугольная форма обеспечивает минимальную суммарную длину трещин при заданной площади, что минимизирует энергию деформации.

Рост колонн

Трещины растут вглубь остывающего массива, образуя столбы. Процесс напоминает высыхание грязи или краски, когда образуются полигональные трещины. В случае столбчатой отдельности трещины могут проникать на десятки метров вглубь. Диаметр колонн варьируется от нескольких сантиметров до нескольких метров, а длина — от десятков сантиметров до 30–40 метров. Скорость роста трещин может достигать нескольких метров в сутки.

Классификация

Столбчатая отдельность классифицируется по нескольким признакам.

По форме колонн

• Правильные шестиугольные: наиболее распространённый тип, характерный для базальтов. Колонны имеют почти идеальную шестигранную форму.
• Пятиугольные и четырёхугольные: встречаются реже, обычно в краевых частях массивов или при неравномерном остывании.
• Неправильные: колонны могут быть изогнутыми, ветвящимися или иметь неправильную форму, что связано с неоднородностью породы или сложной геометрией остывания.

По ориентации

• Вертикальная: наиболее распространённый тип, характерный для горизонтальных лавовых потоков.
• Наклонная: возникает, когда остывание происходит под углом, например, на склонах вулканов или в дайках.
• Горизонтальная: встречается редко, обычно в интрузивных телах, где остывание идёт снизу вверх.

По размеру

• Мелкостолбчатая: диаметр колонн менее 10 см.
• Среднестолбчатая: диаметр от 10 до 50 см.
• Крупностолбчатая: диаметр более 50 см.

Распространение и примеры

Столбчатая отдельность встречается во многих вулканических регионах мира. Наиболее известные примеры:

• Тропа Великана (Giant's Causeway), Северная Ирландия: объект Всемирного наследия ЮНЕСКО. Представляет собой около 40 000 базальтовых колонн, образующих мощёную дорогу, уходящую в море. Колонны имеют высоту до 12 метров и диаметр до 0,5 метра.
• Девилз-Тауэр (Devils Tower), США: монолитное интрузивное тело (лакколит) высотой 386 метров, сложенное фонолитом. Столбчатая отдельность здесь выражена особенно ярко: колонны имеют диаметр до 2–3 метров и высоту до 200 метров.
• Столбы Лены, Россия: природный парк в Якутии, объект Всемирного наследия ЮНЕСКО. Представляет собой вертикальные скалы высотой до 100 метров, сложенные кембрийскими известняками, но имеющие столбчатую отдельность, образованную в результате выветривания.
• Курильское озеро, Камчатка, Россия: в окрестностях озера встречаются многочисленные выходы базальтовых колонн, в том числе на острове Сердце Алаида.
• Гора Святого Михаила, Франция: скалистый остров, сложенный гранитом, на котором также наблюдается столбчатая отдельность.
• Национальный парк «Йеллоустоун», США: в каньоне реки Йеллоустоун обнажаются базальтовые колонны высотой до 100 метров.

Значение и применение

Столбчатая отдельность имеет как научное, так и практическое значение.

• Геологическое значение: изучение столбчатой отдельности позволяет реконструировать условия остывания магматических пород, скорость и направление лавовых потоков, а также историю вулканической активности региона.
• Инженерное значение: столбчатая отдельность может влиять на устойчивость склонов и скальных массивов. Трещины между колоннами могут служить путями для фильтрации воды, что необходимо учитывать при строительстве дорог, плотин и других сооружений.
• Эстетическое и туристическое значение: многие места с выраженной столбчатой отдельностью являются популярными туристическими объектами и природными памятниками.
• Культурное значение: столбчатая отдельность часто упоминается в мифах и легендах народов, населяющих вулканические регионы. Например, Тропа Великана в ирландской мифологии считается дорогой, построенной великаном Финном Маккулом.

Интересные факты

• Столбчатая отдельность может образовываться не только в базальтах, но и в других породах, например, в риолитах, андезитах, дацитах и даже в некоторых осадочных породах при их высыхании.
• В некоторых случаях колонны могут быть изогнутыми или ветвящимися, что связано с неравномерным остыванием или тектоническими движениями.
• В лабораторных условиях столбчатую отдельность можно воспроизвести, высушивая крахмальную пасту или глину.
• Размер колонн зависит от скорости остывания: чем быстрее остывает порода, тем мельче колонны.

Источники

1. Геологический словарь / под ред. А. Н. Криштофовича. — М.: Недра, 1978.
2. Столбчатая отдельность // Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969–1978.
3. Тропа Великана // ЮНЕСКО. Всемирное наследие.
4. Девилз-Тауэр // Служба национальных парков США.
5. Столбы Лены // ЮНЕСКО. Всемирное наследие.
6. Геология вулканов Камчатки / под ред. Е. Н. Ермакова. — М.: Наука, 2005.