Подушечная лава

Подушечная лава (шаровая, эллипсоидальная, глобулярная лава, пиллоу-лава) — лава, застывшая в виде подушковидных тел. Образуется при подводных и подлёдных извержениях (как правило, при небольшой скорости излияния). Вероятно, самый распространённый тип застывшей лавы на Земле.

Величина, форма и строение «подушек» очень разнообразны. Они могут напоминать амёб, буханки, караваи, баллоны, матрацы, шары, плоско-выпуклые линзы и обычно соединены перемычками, образуя цепочки и нагромождения. Размер «подушек», как правило, лежит в пределах от десятков сантиметров до нескольких метров. Характерные признаки подушечной лавы — тёмная стекловатая корка, покрытая бороздками, раскалывание по радиальным трещинам и склонность к образованию нагромождений с крутыми склонами.

Образование

Появление

Своеобразная форма подушечной лавы — следствие её застывания под водой. Во-первых, в воде сила тяжести частично скомпенсирована силой Архимеда и не так сильно расплющивает поток лавы. Во-вторых, в воде этот поток быстро охлаждается и покрывается твёрдой коркой, которая не даёт ему слиться с другими потоками. Напор лавы может вскоре проломить эту корку, и тогда из пролома выдавливается новая «подушка» — иногда соединённая с материнской только узкой шейкой. Так могут возникать разветвлённые и переплетённые цепочки «подушек».

Формированию «подушек» способствует низкая скорость излияния лавы, умеренно высокая её вязкость и малый уклон местности. В других условиях лава застывает в виде сплошных покровов или дольчатых потоков. При увеличении скорости излияния, наклона поверхности, а также при уменьшении вязкости «подушки» сменяются более плоскими формами. Повышение вязкости и, по некоторым данным, скорости излияния способствует смене обычных «подушек» «мегаподушками» или сплошными массами лавы. Все эти формы могут появляться при одном и том же извержении: с удалением от источника лавы (в сторону или вверх) сплошные массы, как правило, сменяются «мегаподушками», а дальше — обычными «подушками».

Рост Новая «подушка» может вырасти всего за несколько секунд, но иногда большие экземпляры продолжают расти часами или даже сутками. Рост возможен до тех пор, пока внешний слой «подушки» не становится слишком прочным. Самые маленькие экземпляры могут успеть вырасти ещё до появления твёрдой корки, а большие увеличиваются за счёт её растрескивания. При этом выступающая наружу лава быстро (на порядок быстрее, чем на воздухе) остывает и прирастает к краям трещины (к одному или к обоим). Но напор лавы раздвигает эти края и может поддерживать трещину активной до нескольких минут. При этом её ширина остаётся примерно постоянной: раздвигание компенсируется нарастанием новой корки. По измерениям, сделанным около Гавайских островов, корка «подушек» может раздвигаться со скоростью от 0,05 до , а ширина активных трещин обычно лежит в пределах .

На поверхности лавы, изливающейся в воду, сразу образуется довольно прочный охлаждённый слой, который производит впечатление эластичной «кожи», не дающей лаве растекаться. Пока напор лавы достаточно большой, эта оболочка равномерно растягивается, а позже превращается в жёсткую корку.

Из-за очень высокой температуры изливающейся лавы её обволакивает плёнка водяного пара, которая сильно замедляет остывание (эффект Лейденфроста). По некоторым данным, при этом вода проникает в поверхностный слой лавы и существенно понижает её вязкость.

Схлопывание Иногда растущие «подушки» резко сжимаются, уменьшая свой объём на . После этого рост продолжается, и так может повторяться несколько раз с интервалами порядка 5 секунд. Эти «взрывы вовнутрь» создают резкие скачки давления, которые могут быть болезненными для ныряльщиков на расстояниях до 3 метров. Корка «подушки» при этом частично разрушается, и часть обломков отлетает прочь, а часть, вероятно, погружается под поверхность лавы. По одной из версий, именно этим объясняется то, что корка «подушек» иногда бывает в некоторых местах многослойной.

Причина этого явления — выделение из лавы газов (в частности, водяного пара), которые образуют внутри неё пузыри. При охлаждении пар конденсируется и давление в пузырях падает. Кроме того, давление внутри «подушки» может понижаться из-за вытекания лавы в соседние экземпляры. Когда внутреннее давление становится слишком малым, внешнее ломает стенку «подушки». Схлопывание характерно для больших экземпляров, сформировавшихся на небольшой глубине (до ; глубже газовые пузыри почти не образуются из-за высокого давления). Чаще всего схлопываются новообразованные «подушки» — с возрастом в несколько секунд и толщиной корки . Более тонкая оболочка ломается слишком легко и незаметно, а более толстая обычно не ломается вовсе.

Укладка

«Подушки» могут отпочковываться как от других «подушек», так и от сплошной массы лавы, и часто дают начало одной или нескольким новым «подушкам». Укладываться они могут довольно плотно: иногда на долю промежутков остаётся лишь несколько процентов объёма. Покрывать дно ровным слоем «подушки» не склонны: вырастая друг на друге, они образуют множество нагромождений высотой по несколько метров, а нередко и крутые горки или хребты высотой в десятки метров. Есть «подушки» и в составе больших подводных гор.

На дне океанов часто встречаются конические груды «подушек» высотой  — «стоги» (). Такие горки и хребты бывают расположены цепочками — возможно, потому, что питающая их лава поступает по длинным трещинам. Иногда высота нагромождений «подушек» достигает . Эти холмы, известные как «подушечные вулканы» (), обнаружены и в океане (на оси Срединно-Атлантического хребта), и на континентах (в составе поднятых туда фрагментов океанической коры — офиолитов). Двухсотметровой толщины достигают и слои «подушек» в составе подводных гор.

Кроме того, подушечная лава входит в состав нагромождений другого типа. Это скопления «подушек» и их фрагментов, которые распространяются в стороны от мест извержений и спереди обрываются крутым склоном. Лава течёт в верхних слоях таких образований; на переднем краю она стекает вниз и образует свисающие «подушки».

Слои застывшей лавы могут состоять из «подушек» и целиком, и частично. Слои с подушечной отдельностью могут переходить в сплошные покровы и перемежаться с ними, а также с отложениями гиалокластита.

Если «подушки» формируются на крутом склоне, они могут отрываться друг от друга, скатываться вниз, теряя по дороге корку, и скапливаться там вперемешку с её обломками.

Разрушение

Подушечная лава довольно хрупкая, потому что при резком охлаждении в ней появляется много трещин. Ещё при затвердевании её корка частично разрушается, и её осколки образуют отложения гиалокластита. «Подушки», скатившиеся со склона вулкана, могут превратиться в осколки большой частью или даже целиком; слои этих фрагментов местами достигают многометровой толщины.

Хотя «подушки» состоят из концентрических слоёв, раскалываются они обычно не на слои, а на радиально направленные призмы или пирамидки. Это объясняется радиальным направлением трещин, возникающих при охлаждении. Крупные экземпляры могут распадаться на длинные многогранные столбики толщиной порядка , расходящиеся от центра наружу. Это происходит из-за медленного охлаждения, которое приводит к правильности узора трещин. Но поверхностная и центральная зона «подушек» при этом раскалываются не на правильные столбики, а на куски неправильной формы или концентрические слои. По концентрическим трещинам иногда распадаются и другие «подушки», в том числе «параподушки». Это происходит из-за многочисленных газовых пузырьков, собранных в концентрические слои. Такие слои и являются слабыми местами.

Бывает, что стенка ещё не застывшей «подушки» ломается изнутри — лава продавливает её и вытекает наружу, оставляя пустую корку. Если такое происходит с «подушкой», находящейся на обрыве, вытекающая лава может образовывать тонкие свисающие шнуры длиной до нескольких метров.

При растрескивании только что застывшей крупной «подушки» могут образовываться «псевдоподушки» (см. ниже).

Строение

Размер и форма Размер типичных «подушек» — ; встречаются экземпляры величиной от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Тела большего размера — «мегаподушки» — лежат на границе между обычными «подушками» и сплошными покровами. Иногда «мегаподушками» называют даже тела размером и более. Нижнюю часть размерного диапазона «подушек» занимают тела размером , которые часто отпочковываются от типичных «подушек» и отличаются от них гладкой поверхностью.

«Подушки» имеют округлую или вытянутую форму: их ширина ненамного больше высоты, а длина может быть существенно больше ширины. Верхняя сторона «подушек» выпуклая, а нижняя отражает форму неровностей дна (в том числе других «подушек») и бывает разной. Описывая форму «подушек», их сравнивают с буханками, караваями, баллонами, матрацами, шарами, амёбами и плоско-выпуклыми линзами. На обнажениях нагромождений они напоминают собственно подушки. Чем они меньше, тем ближе их форма к шару. Встречаются промежуточные варианты между подушечной лавой, лавовыми покровами и дольчатой лавой (эти формы образуют непрерывный ряд).

«Подушка» получается тем большей, чем выше вязкость и, по некоторым данным, скорость излияния лавы. Но при слишком больших или малых значениях этих параметров «подушки» не образуются вообще. На их морфологию влияет и наклон дна: на крутых склонах растущие «подушки» вытягиваются вниз и ветвятся. Их средний размер там меньше обычного, поскольку они часто отрываются от источника лавы и прекращают рост. Для горизонтальной поверхности характерны более округлые и крупные экземпляры.

Обычно «подушки» соединены более или менее толстыми перемычками, образуя цепочки и нагромождения. Одиночные экземпляры редки (кроме случаев образования на крутом склоне, где они могут отрываться от других под действием силы тяжести). Новые «подушки» отпочковываются от старых со всех сторон, даже сверху. Часто на «подушках» вырастают мини-«подушки» — выросты размером с гладкой поверхностью. Они могут окружать «подушку» по бокам или даже покрывать бо́льшую часть её поверхности.

Рельеф поверхности

Обычно «подушки» покрыты множеством параллельных бороздок. Некоторые из них тянутся вдоль цепочки «подушек», а некоторые — поперёк. Иногда присутствуют и те и другие, покрывая «подушку» прямоугольной сеткой. Расстояние между соседними бороздками обычно составляет , а их глубина — примерно впятеро меньше. Эти бороздки появляются по нескольким причинам, и сильно отличаются не только направлением, но и формой.

Бороздки, вытянутые вдоль цепочки «подушек» (по крайней мере, некоторые), — это следы, выдавленные на дочерней «подушке» неровностями краёв пролома в материнской. Такие бороздки перпендикулярны краю этого пролома. Кроме того, при нарастании новой поверхности на ней появляются и следы, параллельные её краю. Они возникают, в частности, из-за неравномерностей роста. Если рост происходит по обе стороны трещины в корке, такие следы расположены симметрично с обеих сторон. Поверхность богатой ими «подушки» напоминает стиральную доску. При быстром раскрытии трещины (порядка ) образуются в основном бороздки, перпендикулярные её краю, а при медленном (порядка ) — параллельные. При средней скорости появляются и те и другие.

Поверхность маленьких () отростков «подушек» гладкая. Это следствие их очень быстрого образования: отросток достигает максимального размера ещё до застывания корки, и её растяжение идёт равномерно. Возможно, некоторый вклад в сглаживание поверхности вносит и сила поверхностного натяжения расплава.

Многослойная корка