Мостовая гигантов или столбчатая отдельность


Континенталист, 23 июня 2016   –   cont.ws



В связи с появлением на конте очередной статьи, посвященной альтернативному взгляду на устройство мира по версии блогера Палач, ко мне поступили вопросы от нескольких контовцев о том, что же такое эти загадочные призмы, которые выдаются за гигантские пни. Дорогие мои, как же вы порадовали меня тем, что вы есть, что думаете, что еще не весь мир сошел с ума. 

Собственно речь пойдет об отдельности. Кто-то уже прекрасно все знает об этом, а кто-то, как оказалось, нет. Отправляя любопытствующих гуглить, я подумала, что навряд ли они станут это делать. Да и не во всем разберутся. Что же это такое? И как это образуется?

Статья получилась сложной для восприятия. Но это наука, детка. Как говорится, вы спрашивали - мы отвечаем.  Если кто-то может проще буду рада поучиться. Тех, кто привык только рассматривать цветастые картинки в альтернативных статьях прошу не беспокоится. 

Отдельность это характерные формы блоков, глыб и обломков, на которые делятся горные породы при естественном и искусственном раскалывании. Так трактует определение Горная энциклопедия.

Отдельность бывает очень разнообразной. Породы разного происхождения, а, следовательно, различных свойств демонстрируют и различную отдельность.

В осадочных горных породах распространены прямоугольная, кубическая, параллелепипедальная, плитчатая, призматическая, шаровая, чешуйчатая отдельности.

Образование отдельностей в осадочных горных породах связано главным образом с трещинами, возникающими в процессе диагенеза и катагенеза, а также при деформациях горных пород и их выветривании.

В магматических горных породах развиты призматическая (обычно шестиугольная), столбчатая, шаровая, прямоугольная, параллелепипедальная, плитчатая, матрацевидная отдельности, возникающие при охлаждении и сжатии лав и интрузивных тел. 

В метаморфических горных породах наиболее часто встречаются плитчатая, пластинчатая и ребристая отдельности, развивающиеся при деформациях горных пород.

Кстати, плитчатую отдельность господа альтернативные исследователи называют мегалитами, а скалы из них замками и стенами, построенными гигантами. 

столбчатая ( или призматическая) отдельность 

Столбчатая отдельность – уникальное текстурное образование. И хотя это явление изучается не одно столетие, вопрос не решен окончательно.

Тела, обладающие столбчатой отдельностью, состоят как бы из призм с многоугольными поперечными сечениями. Они образуют колонны высотою от первых метров до десятков метров. В поперечных сечениях их диаметр может быть от нескольких сантиметров до 1-1,5 метров. Встречаются большей частью четырех-, шести- и восьмигранные призмы, реже пяти- и трехгранные. Грани призм иногда пересекаются поперечными трещинами, которые рассекают колонны на несколько этажей. Нередко в потоках лав в верхних этажах и вблизи кровли потока призмы имеют меньший диаметр, чем в основании потока. Это связано со скоростью остывания потока. Призмы обычно ориентированы перпендикулярно к плоскостям, ограничивающим поток. В потоках иногда они наклонены и изогнуты в сторону движения потока. 

Поэтому по пространственной ориентировке призм представляется возможность устанавливать условия залегания тел

Потоки, обладающие столбчатой отдельностью при наличии поперечных раздельных трещин или изменения в них формы отдельности, часто имеют зональное строение. Многоярусные потоки базальтового состава наблюдаются в силуро-девонской базальт-риолитовой формации Южного Урала по р. Таналык севернее пос. Бурибай. Один из потоков имел трехярусное строение. В нижней своей части он обладал столбчатой отдельностью с призмами высотою до 3 метров и диаметром 30-40 сантиментов. В средней части потока призматическая отдельность сменилась глыбово-призматической, а затем глыбовой. В самой верхней части потока в 20-30 километрах от его кровли глыбовая отдельность постепенно сменилась глыбово-шаровой. Вышележащие потоки базальтового состава имеют уже хорошо выраженную шаровую отдельность.

Как видно из примера, чем выше скорость застывания лавы, тем ближе форма отдельности к шару. Собственно шаровая отдельность характерна для подводных извержений, когда лава остывает очень быстро, почти мгновенно. 

Аналогичная закономерность наблюдается и при росте кристаллов. Если есть время и условия кристалл образует все характерные для него грани и формы, если нет, то получается бесформенный или неполноценный кристалл. 

генезис

Для объяснения происхождения столбчатой отдельности предложен ряд гипотез, важнейшие из которых кристаллизационная, кристаллизацинно- контракционная, контракционная и конвекционная. Контракционная теория, объясняющая образование столбчатой отдельности сжатием лавы в процессе ее остывания – контракции, получила признания большинства геологов. Что касается остальных  гипотез, то они представляют скорее лишь исторический интерес.

Рассмотрим две, на мой взгляд, самые интересные.

 1. Наиболее общепринятой является контракционная.

сжатие лавы в процессе остывания (контракции)

«… Закономерное расположение призматических столбов в лавовом потоке, их симметрия и постоянство диаметров указывают на равномерное распределение напряжений в лаве потока в момент образования трещин, которое, носит характер взрыва, т. е. происходит практически мгновенно.

Величина напряжения (σ), возникающего в какой-либо точке потока в результате его остывания, определяется известной в теории сопротивления материалов формулой: σ = α • E(t1-t2), где α — коэффициент линейного температурного расширения, Е — модуль упругости. Поскольку а и Е для одного лавового потока постоянны, то необходимым условием равенства напряжений во всех точках остывающего лавового объема к моменту образования трещин является равенство разностей начальных и конечных температур (t1 - t2), что возможно лишь в случае постепенной и равномерной теплоотдачи»

http://www.lib.tpu.ru/fulltext…

2. Конвективно-контракционная модель 

Не пугайтесь начала, рекомендую все таки прочитать описание основных стадий. 

Некоторые исследователи указывают на наличие в пределах каждого столба признаков дифференциации вещества, что позволяет предполагать наличие явления конвекции в жидкой фазе во время остывания лавового вещества. 

 Конвекция – явление переноса тепла в жидкостях или газах путем перемешивания самого вещества. Еще в 1947 году физик Н.С. Шишкин [3] детально исследовал возникновение конвективных движений в слое жидкости или газа при наличии неустойчивого состояния. Такое состояние возникает, например, в жидкости, равномерно подогреваемой снизу и охлаждаемой сверху испарением (при нормальной зависимости плотности от температуры). При случайных нарушениях равновесия более лёгкая жидкость, находящаяся внизу, стремится подняться вверх в виде отдельных струй, а более тяжёлая жидкость стремится опуститься с верхних уровней вниз. Если аномальное распределение плотности поддерживается в течение достаточного времени, то постепенно в жидкости создается упорядоченное конвективное движение. Жидкость приобретает ячеистую структуру. В каждой из ячеек имеется замкнутая циркуляция жидкости. Такие ячейки были названы ячейками Бенара, по имени французского учёного, зафиксировавшего их в 1900 г. в лабораторных условиях. При наблюдении за поведением горизонтального тонкого слоя вязкой жидкости, заключенной между двумя плоскими параллельными пластинками и нагреваемой снизу, нагрев системы устанавливает в слое жидкости градиент температуры и плотности. Результаты эксперимента зависят от степени нагрева. Когда нет нагрева, жидкость находится в стационарном состоянии между двумя пластинами, имеющими равные температуры. 

При слабом нагреве нижней пластины возникает возмущение, но оно быстро гаснет. Жидкость неподвижна в макроскопическом масштабе, скорость направленного движения равна нулю. Энергия рассеивается за счет теплопроводности. Теплопроводность стремится выровнять температуру в системе, а вязкость препятствует направленному движению. Оба явления приводят к преобразованию получаемой извне энергии в неупорядоченную энергию хаотического движения, а, значит, к росту энтропии в системе. 

При более сильном нагреве между нижней и верхней поверхностью жидкости возникает разность (или градиент) температур dТ=Т1 -Т2 , причем нижняя пластина нагрета больше (Т1>Т2 ). В жидкости возникают малые конвективные течения – флуктуации. Конвекция вызывает коллективное движение жидкости, которое реализуется за счет работы сил, вызывающих всплывание более теплых масс жидкости. На элемент объема жидкости действуют сила тяжести Тт , сила Архимеда Та , силы вязкого трения Ттр. Конвекция возникает под действием архимедовых сил в поле силы тяжести при наличии неоднородностей в плотности жидкости. Разность температур порождает разность плотностей жидкости. Нижний “легкий” (теплая жидкость с меньшей плотностью) и верхний “тяжелый” слои (холодная жидкость с большей плотностью) стремятся поменяться местами: более теплые слои поднимаются вверх, более холодные опускаются вниз. В жидкости возникают восходящие и нисходящие потоки, струи, закручивающие капли жидкости.

 При определенном градиенте температур вся жидкая среда разбивается на правильные шестигранные ячейки, в центре каждой из которых одна порция жидкости движется вверх, другая по краям – вниз.

 Рост градиента температуры предопределяет победу конвекции, и в системе порядок побеждает хаос. В зависимости от условий опыта структура может быть как цилиндрическая, так и призматическая. Излившаяся базальтовая лава, насыщенная летучими компонентами, имеет температуру в 1000-1200°. Остывает лава довольно длительное время, так как установлено, что при температуре 600° она все еще остается жидкой. По расчетам А.Н.Сирина [1], суточное понижение температуры в лавовом покрове составляет около 2°С. 

Подстилающая покров поверхность представлена горными породами, обладающими низкой теплопроводностью, верхняя поверхность контактирует с воздушной или водной средой, имеющими гораздо более высокую теплопроводность. 

Это приводит к тому, что температурный градиент ориентируется вертикально вверх. Создаются необходимые условия для возникновения конвективного движения в данном слое, и вполне вероятно, что через какое-то время, а его вполне достаточно, начнут возникать ячейки Бенара, форма которых станет «затравкой» для формирования каменных колонн. 

Такое развитие событий подтверждается наблюдениями за излившимся лавовым покровом вулкана Килауэа [4]. 

Процесс формирования  «конвективно-контракционной» модели образования столбчатой отдельностиможно разделить на шесть стадий.

 Стадия 1 – образование покрова. На данной стадии происходит извержение вулкана и образование стационарного (неподвижного) лавового озера (покрова), поверхность которого мгновенно покрывается тонкой коркой застывшей лавы. Со времени образования покрова начинается временной и температурный отсчет. Температура лавы составляет около 1200°С. 

Стадия 2 – стадия флуктуации (самоорганизации, вихрей). В стационарном лавовом покрове начинается медленное охлаждение. Разность температур на верхней и нижней границах приводит к разности плотностей лавы в покрове. В веществе самопроизвольно при его неравномерном охлаждении в поле тяготения появляется конкурирующий механизм рассеяния энергии – конвекция. Более теплые нижние слои становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз. При некоторых условиях перемешивание вещества самоорганизуется, возникает структура отдельных вихрей – флуктуаций. 

Стадия 3 – заложение конвекции. В лавовом веществе возникают малые конвективные течения. Эти течения пока разрознены, на поверхности покрова образуются крупные полигоны неправильной формы с сечением в десятки метров. Очертания полигонов обнаруживаются по трещинам в образовавшейся корке застывшей лавы. После излияния прошло несколько минут, температура лавы понизилась до 1000-900°С. 

Стадия 4 – собственно конвекция. В слое лавы конвективные течения приобретают все более упорядоченную структуру. Крупные полигоны, образовавшиеся на предыдущих стадиях, разбиваются на полигоны более правильной формы с сечением 4-5 м. На поверхности возникает всхолмленный рельеф из-за выделяющихся газов, находящихся между жидкой и застывшей лавой. Прошли первые часы после излияния. Температура опускается, вероятно, до 900-800°С. 

Стадия 5 – стадия ячеек Бенара. На этой стадии конвективные течения образуют ячейки Бенара, преимущественно гексагональной формы, с сечением в десятки сантиметров, редко – до метра. На поверхности лавового покрова закладываются более мелкие полигоны. Температура постепенно понижается от 800 до 600°С, после излияния проходят месяцы.

 Стадия 6 – контракционная. Вступают в действие контракционные силы. При постепенном охлаждении условия всё приближаются к прекращению текучести. На участках понижений микрорельефа создаются благоприятные условия для возникновения трещин. Это места лобового столкновения горизонтальных конвекционных потоков, которые являются наиболее остывшими, и как следствие, имеют наименьший объем. Именно здесь закладываются микротрещины, которые при последующем остывании лавового вещества, его сжатии и растрескивании (контракции), будут разрастаться на глубину, тем самым повторяя очертания ячеек Бенара и придавая горной породе столь необычную форму столбов. При полном остывании горная порода заметно сжимается, в результате чего расстояния между соседними столбами, достигают нескольких сантиметров. 

Сечения столбов, как правило, имеют гексагональную форму, но из-за влияния различных факторов внешней среды количество сторон в многогранниках может колебаться от 3 до 9. 

Высота столбов равна мощности материнского лавового покрова, обычно составляет несколько метров, изредка превышая 10 м. 

Итак, столбчатая отдельность формируется в определенных условиях: 1) при обогащении лавы преимущественно водным флюидом, способствующим понижению точки кристаллизации; 2) в лаве с низкой вязкостью и, следовательно, обладающей высокой подвижностью; 3) при излиянии лавы в аэральных условиях, способствующих относительно медленному ее остыванию. В процессе формирования столбчатой отдельности принимают участие два явления: на начальном этапе – конвекция, на заключительном – контракция. Исходя из этого, новая схема формирования столбчатой отдельности в вулканических породах названа «конвективно- контракционной моделью».

Литература 1. Сирин А.Н. Разновидности столбчатой отдельности в лавовом потоке и условия ее образования // Тр. Лаб. вулканологии АН СССР – М., 1962. – Вып. 21. – С. 50-56. 2. Хилс Е.Ш. Элементы структурной геологии. – М.: Изд-во Недра, 1967. – 433 с. 3. Шишкин Н.С. Образование ячеистых структур в слоях жидкости или газа // Успехи физических наук, 1947. – Вып. 4. – С. 461-490. 4. Peck D.L., Minakami J. The formation of columnar Joints in the upper of Kilauean lava lakes, Havaii // Bull/ Geol. Soc. Amer. 1968. V. 79, N 9. P. 1151. 

http://www.lib.tpu.ru/fulltext…

Буду рада любым уточнениям, поскольку в этом вопросе я ни разу не специалист))

Let’s block ads! (Why?)

Подписаться




или по почте

Сегодня в СМИ

Сергей Удалов


Самое обсуждаемое



Свежие комментарии