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?)

Сегодня в СМИ

Сергей Удалов


Самое обсуждаемое



Свежие комментарии



Ранее на эту тему

22 июня Владимир Путин выступил на последнем заседании Госдумы РФ нынешнего созыва, пишет «Свободная Пресса».
Появился весьма примечательный доклад Канадской Службы Безопасности и Разведки https://www.csis-scrs.gc.
Россия — страна, нуждающаяся в любви… своих правителей Ответ на традиционный вопрос «Что делать?» прост.
Ну что ж, давайте подведем итоги опроса о нужных и ненужных проектах нашего правительства и выберем пятерку самых дорогих и бессм […]