Форма миндалин неоднократно привлекала внимание исследователей. Достаточно разносторонне этот вопрос был затронут М. Ф. Хеддлем [190, с. 58 — 59], который еще в 1901 г. писал: «форма пузырей пара определяется количеством летучих или вязкостью изливающихся пород, в пределах которых они поднимаются, а также состоянием потока — его течением или покоем. Если он не движется или движется медленно и имеет высокую подвижность, пузыри, особенно мелкие, оказываются круглыми. Если вязкость лавы была настолько высокой, что пузыри поднимались с трудом, а сама лава двигалась, пузыри превращались в более или менее стержнеподобные формы и часто залегают горизонтально — более округлая их часть указывает направление течения. Если движение лавы медленное и она относительно подвижна, то пузыри приобретают форму груши или воздушного шара (баллона). При определенной скорости течения и относительной подвижности потока пузыри оказываются клиновидными. При высокой скорости течения и относительной подвижности расплава они оказываются ланцетовидными. У очень крупных пузырей в центре их основания часто наблюдается поднятие, наподобие того, которое имеется в вогнутом дне бутылки. Агаты с плоским основанием почти всегда оникс-агаты. Такое уплощение может быть результатом затвердевания на постоянном удалении от подстилающей охлаждающей поверхности». Интересно отметить закономерное изменение формы газовых пузырей в лавопадах (рис. 3), влияющих на рисунок их выполнения.

НАСТЫЛЬНЫЕ ЛАВОВЫЕ СОСУЛЬКИ, ДОННЫЕ ЛАВОВЫЕ НАСТЫЛИ И ДРУГИЕ ОБРАЗОВАНИЯ В АГАТОВЫХ МИНДАЛИНАХ

Фото 9. Настыльные лавовые сосульки, свешивающиеся с верхней части агатовой миндалины, служащие основанием многочисленных псевдосталактитов халцедона, и первоначально пористая донная лавовая настыль (в нижней части газового пузыря в базальте), пустоты которой заполнены халцедоном (агатом). Сев. Тиман. 11,0Х Х8,0 см. № 83895.

Фото 10. Моховый агат, образовавшийся в результате заполнения халцедоном удлиненного газового пузыря с большим числом настыльных сосулек, позже гидролизованных; в правой нижней части виден участок небольшого ониксового агата. Мулина Гора, Читинская обл. 17,0X10,5 см (повернут ж30°) № 83069.

Фото 11. Моховый агат, возникший в результате заполнения халцедоном изометричного газового пузыря с большим числом тонких настыльных сосулек, свешивавшихся с его кровли, позже гидролизованных, и донной настылью внизу; в правой части — кальцит. Иджеван, АрмССР. 12,0X11,0 см. № 74036.

Фото 12. Выветрелые настыльные сосульки (?) и псевдосталактиты халцедона на них:.

а — продольная и б — поперечная приполировка одного образца. Арц-Богдо, Монголия. 7,0X5,0 см. № 84773.

Фото 13. Лавовые пережимы, обросшие слоями халцедона, имеющие в срезе сходство с псевдосталактитами. Мулина Гора, Читинская обл. 11,0X6,0 см. № 83757.

Фото 14. Лавовый стержень (показано сечение), разделивший газовый пузырь на две камеры, позже заполненные ониксом с зонально-концентрическим агатом с последовательностью отложения: карнеол—>кварц—>халцедон. Р. Седедила, Якутская АССР. 8,0X5,0 см. № 83737.

Фото 15. Агатовая миндалина с множеством халцедоновых псевдосталактитов, имеющих центральное отверстие, вероятно, ранее выполнявшееся тончайшими настыльными сосульками:.

а — вид с поверхности, б— поперечное сечение. Арц-Богдо, Монголия. 10,0X7,0 см. № 83741, 84477.

Условия образования газовых пузырей и других замкнутых полостей в базальтах и андезитах.

В настоящее время все разнообразие условий образования замкнутых полостей в базальтах и андезитах можно свести к следующим важнейшим случаям.

1.

Появление газовых пузырей при снижении растворимости газа, находящегося в излившемся силикатном расплаве, вследствие снижения давления при его излиянии [209, 254].

2.

Появление газовых пузырей вследствие частичной кристаллизации излившегося силикатного расплава (ретроградное вскипание), поскольку в твердой фазе растворяется значительно меньше газа, чем в жидкой [146, 228, 276].

3.

Газовые пузыри и «трубы»

появляются при излиянии лавы на диссоциирующие (карбонатные, глинистые и т. д.) или обводненные породы [208].

4.

Газовые пузыри и «трубы» появляются на месте захваченных лавой растительных остатков при их пиролизе и выгорании [133].

5.

Газовые трубы возникают при истечении лавы из частично затвердевшего эффузивного тела [208].

Перечисленными условиями, а также типом излияния — подводного или субаэрального, с одной стороны, определяется состав газов, образующих полость, и прежде всего отношение паров Н

О, углекислоты и углеводородов в них, с другой — форма полостей, их взаимоотношения друг с другом, на чем следует остановиться подробнее. При этом каждый из указанных случаев является крайним и редко лишь он один проявляется в природе, хотя часто преобладание одного из них — решающее в определении форм полостей, условий их залегания в эффузивном теле.

Образование газовых пузырей при снижении растворимости газа вследствие снижения давления при излиянии силикатной магмы на поверхность наиболее подробно рассмотрено, в том числе теоретически, Р. С. Дж. Спарксом [254]. Он показал, что указанный процесс вызывает зарождение мельчайших газовых пузырей на некоторой глубине от поверхности, определяющейся составом магмы, концентрацией в ней летучих, ее температурой и величиной изначального давления. Далее по направлению к поверхности эти пузыри разрастаются как за счет диффузии летучих компонентов расплава по направлению к зародышам пузырей, так и за счет их коалесценции. Все это приводит к увеличению размера пузырей и росту давления в них [106], что вызывает взрыв достаточно крупных пузырей, образование открытых каверн на поверхности лавы. Таким образом, для газовых пузырей, возникших в результате вскипания при снижении давления, характерны следующие особенности.

1.

Приуроченность к верхней (внешней) поверхности эффузивного тела.

2.

Ограниченность их распространения на глубину некоторой определенной поверхностью.

3.

Увеличение размера пузырей к наружной части от этой поверхности.

4.

Кавернозная поверхность эффузивного тела — результат взрыва наиболее крупных пузырей при выходе их на поверхность.

5.

Морфология пузырей, увеличивающих размеры в результате диффузии газа из расплава, должна быть в спокойном расплаве шаровидной; пузыри, возникающие при коалесценции мелких пузырьков, должны иметь поверхность, отвечающую суммарной поверхности сливающихся пузырей-шаров, т. е. с шаровидными выступами в разных участках возникающего более крупного «бородавчатого» шара. Движение расплава приведет к отклонению формы одиночных пузырей от шарообразной; соответственные изменения проявятся и на формах коалесценции.

Иная картина, наиболее полно изученная на лавовых озерах о. Гавайи [228, 276], наблюдается при ретроградном вскипании расплава. В этом случае наружная поверхность базальтового тела представляет собой корку закалки, толщина которой определяется составом, температурой и мощностью эффузивного тела, условиями его поверхностного охлаждения. Газовые пузыри здесь зарождаются у нижней границы этой корки и увеличиваются по мере продвижения внутрь тела до определенной граничной поверхности, ниже которой газовые пузыри уменьшаются в размере, а затем исчезают, и которая определяется условиями охлаждения основания эффузивного тела. Таким образом, пузыри в этом случае концентрируются в средней части эффузивного тела, ближе к его поверхности.

Важной особенностью, выявленной при изучении охлаждения таких тел, является их вспучивание на определенном этапе. Это наблюдается на лавовых озерах о. Гавайи при температуре около 1000°С и происходит при максимальном развитии газовых пузырей. Затем начинается сокращение объема эффузивного тела, его сжатие и растрескивание.

Таким образом, важнейшие морфологические особенности газовых пузырей, образующихся в результате ретроградного вскипания, и расположение их в потоке оказываются следующими.

1.

Пузыри приурочены к области потока, находящейся ниже корки закалки и в целом смещенной вверх от средней его линии.

2.

Размер пузырей увеличивается от корки закалки вниз, а затем снова уменьшается с глубиной.

3.

Поверхность базальтового потока без каверн и ее строение определяются особенностями состава лавы и условиями ее охлаждения (канатные лавы, лавы типа аа и т. д.).

4.

Морфология пузырей, как и в предыдущем случае определяется динамическим режимом расплава.

Условия появления газовых пузырей и более крупных полостей в лавовых потоках при их излиянии на диссоциирующие или обводненные породы кратко, но очень четко описаны Г. Макдональдом [208]. В этом случае (рис. 4). от подошвы потока вверх поднимаются цепочечные или столбчатые скопления газовых пузырей, протягивающиеся вверх на несколько футов. Этим же путем могут образоваться вертикальные газовые замкнутые «трубки», обычно менее 1,3 см в диаметре, поднимающиеся вверх до 60 см от основания потока. Это так называемые «трубча-

тые газовые полости», описанные еще в 1907 г. А. Л. Дю Тойтом. Если нижняя поверхность эффузивного потока уже затвердела и представляет собой прочную корку, то выделяющиеся газы могут вызвать взрыв с образованием зияющих цилиндрических отверстий, выходящих на поверхность,— так называемых спиракул (рис. 4, А). В лавовом потоке Педрегал на окраине г. Мехико известны спиракулы до 30 м высоты [208]. Течение лавы вызывает отклонение верхушки облака газовых пузырей в сторону течения; в этом же направлении отклоняются и верхние части газовых трубок (см. рис. 4, Е — Ж).

Таким образом, основными отличительными чертами газовых пузырей, образующихся указанным путем, будут следующие.

1.

Приуроченность пузырей и газовых труб к подошве эффузивных.

тел.

2.

Цепочечное выделение газовых пузырей (каждой цепочки от своей точки генерации зародышей газовых пузырей); образование ими вертикальных столбчатых скоплений, отклоняющихся в верхней части при течении лавы по направлению движения потока.

3.

Вертикальные тонкие газовые трубки с загнутыми верхними концами, ориентированными в направлении течения лавы.

4.

Появление при коалесценции пузырей в вертикальных столбчатых скоплениях, а также смежных газовых трубок, крупных вертикальных газовых камер с сечением, приближающимся к кругу (у Г. Макдональда [208] описаны камеры, куда помещается несколько человек).

5.

Появление в некоторых из таких потоков спиракул, захватывающих обломки подстилающей почвы и выносящих их на поверхность.

При захвате лавой растительных остатков, они могут разлагаться путем пиролиза, и выгорать с образованием на их месте полостей, сохраняющих часто исходную форму. Наибольший интерес в этом отношении представляют обломки деревьев.

В случае их пиролиза и неполного выгорания возникают очень своеобразные пустоты, если эти деревья предварительно были повреждены древоточцами. Такие полости полностью сохраняют форму соответствующих ходов в древесине, которые позже могут, как и газовые пузыри, заполняться халцедоном и кальцитом (рис. 5). При полном выгорании древесины возникают древовидные, иногда ветвящиеся трубчатые полости, в некоторых случаях даже с реликтами древесной коры [133]. В отличие от газовых труб, возникающих по предыдущему механизму, эти «трубы» могут иметь как вертикальную, так и горизонтальную ориентацию в лавовом потоке. Они могут находиться в любой его части, хотя «трубы», образующиеся при выгорании пней или несломанных деревьев, располагаются в подошве эффузивного тела и имеют вертикальную ориентировку.

Таким образом, главнейшими морфологическими особенностями пустот, образующихся в эффузивных телах в результате пиролиза и выгорания растительных остатков, можно считать следующие.

1.

Приуроченность полостей к любой части потока; как исключение,— приуроченность пустот, образующихся при выгорании пней, к подошве эффузивного тела.

2.

Размер пустот и их форма определяются резмером и формой соответствующих растительных остатков — это своеобразные отрицательные (полые) псевдоморфозы, сохраняющие лишь морфологические особенности поверхности (рисунок коры или древесины под корой, ветвление, сучки и т. п.). Особый случай представляют пустоты типа ходов древоточцев, сохраняющихся в некоторых древесных остатках, подвергшихся пиролизу.

3.

Течение потока ориентирует соответствующим образом весь растительный остаток целиком, а не «поворачивает» вдоль течения отдельные его части (исключение могут представлять длинные трубы, возникающие по пням и подобным остаткам, закрепленным у основания в подошве потока).

Относительно труб, возникающих при истечении лавы из частично затвердевшего эффузивного тела, Г. Макдональд [208, с. 78] пишет: «В районе развития лавовых толщ на северо-востоке Калифорнии такие пещеры служили убежищем для капитана Джека и его индейских воинов во время модокских войн. Некоторые лавовые трубки прослеживаются на расстоянии более мили. Большинство из них имеет несколько футов * в диаметре, однако диаметр некоторых трубок достигает 15 м.» Особенностью таких труб является близкое к горизонтальному залегание, неровные внутренние поверхности — с шипами, выступами, натеками лавы, настыльными лавовыми «сосульками». В таких трубках нередко загораются углеводородные газы, что приводит к оплавлению труб изнутри, образованию в некоторых местах настыльных сосулек.

Рис. 5. Халцедоновое и кальцитовое выполнение ходов древоточцев:.

а — поперечный, б — продольный срез. Мыс Теви, Камчатка. Нат. вел.:

_№ 83046.

б — № 3482.

Форма миндалин.

Внешняя форма агатовых миндалин из базальтов и андезитов привлекала к себе внимание большого числа исследователей. Из отечественных работ, посвященных этому вопросу, следует выделить работу Г. А. Чернова [128] по северотиманским агатам, в которой наиболее подробно разбирается морфология агатовых миндалин месторождений этого региона (рис. 6).

Сопоставление приведенного описания миндалин, данного Г. А. Черновым [128], с изложенными ранее условиями формирования газовых полостей показывает, что на месторождениях Северного Тимана газовые пузыри образовались в широком интервале по мощности лавовых потоков — начиная от их оснований, где формировались лепешкообразные и трубчатые полости, и далее по направлению к центральной и вплоть до поверхностной частей потока. Форма миндалин свидетельствует о том, что они образовывались практически в застойных условиях. Ланцетовидных миндалин очень мало, незначительны и отклонения верхних частей миндалин от вертикали. Лишь в основании потоков Г. А. Чернов отмечает присутствие лепешкообразных миндалин, на форму которых, очевидно, влияло течение лавы. Особо следует отметить незначительное число слипшихся миндалин, причем это слипание происходит по боковой стенке, а не по вертикали, когда можно допустить, что отдельные пузыри подпирали друг друга, а затем и объединялись. Таким образом, формирование газовых полостей в северотиманских месторождениях происходило, очевидно, в результате как излияния лавы на диссоциирующие или обводненные породы субстрата, так и ретроградного вскипания и вскипания вследствие падения давления при излиянии лавы. Причем все эти процессы протекали в сравнительно вязком расплаве, находящемся в спокойном состоянии.

Формы миндалин (см. рис. 6) в той или иной мере типичны для других месторождений агатов, связанных с базальтами и андезитами (фото 1—3; 7; 94; 100). Так, для агатов района пос. Палана на Камчатке характерны миндалины (см. рис. 6, I, 2, 4, 5; рис. 7); кроме того там известны изометричные, лепешкообразные и трубчатые миндалины (фото 8). Миндалины, встречающиеся на месторождениях Ахалцихского района в Грузии и Иджеванского района в Армении, чаще всего сравнительно изометричные или эллипсоидальные в разрезе, караваеподобные (фото 2), баллонообразные (фото 97), реже здесь встречаются миндалины конусовидные с вогнутым дном (см. рис. 6,4); отсюда (месторождение Памач) известны и трубкообразные миндалины, выполняющие пустоты от разложившихся древесных остатков [133].

Округлые миндалины с неровной поверхностью (см. рис. 6,5) изометричные, лепешкообразные, иногда конусовидные миндалины (см. рис 6,4) с вогнутым дном и караваеобразные миндалины с плоским дном (см. рис. 6,1) характерны для россыпей в окрестностях Еравнинских озер (Тулдунское месторождение в Бурятии), Павлодара (КазССР), россыпей по р. Зее и в Хабаровском крае, Арц-Богдо, Далан-Туру и других районов МНР.

Рис. 6. Форма минерализованных газовых пузырей (1—28) в базальтах Сев. Тимана [128].

Миндалины базальтов Мулиной горы и горы Мурунда в Кличкинском районе часто ланцетовидные с изометричным или уплощенным поперечным сечением; у крупных вертикальных миндалин в этих базальтах верхние части сильно отклонены в сторону; оба эти признака говорят о большом влиянии течения лавы на форму газовых пузырей и выполняющих их миндалин, чем эти миндалекаменные базальты существенно отличаются от пород Северного Тимана, Паланы, Ахалцихского и Иджеванского районов. В то же время в других местах на Мулиной Горе и горе Мурунда, известны изометричные (см. рис. 2) или слегка уплощенные (фото 1; 96) миндалины, свидетельствующие о значительно более спокойной гидродинамической обстановке.

Изометричными и близкими к изометричным формами характеризуются знаменитые шотландские гальки (scotch pebbles), описанные К. Ф. Хеддлем [190]. Сильно уплощенные с ланцетовидным сечением миндалины известны в районе Ротавы, ЧССР (фото 34). Кроме того, в ряде мест известны вертикальные вытянутые (фото 4) и баллонообразные (фото 5; 6) миндалины.

Рассматривая условия образования различных, в том числе агатовых, миндалин в базальтах и андезитах, необходимо затронуть и мощные вулканогенные покровы, слагающие трапповые формации. В СССР хорошо известны траппы Сибирской платформы, покрывающие площадь 6,75Х10

км при мощности в центральной части до 2000 м, а в краевых n* 100 м. Наиболее подробно условия образования газовых пузырей в сибирских траппах рассмотрены И. М. Симановичем и Д. И. Кудрявцевым [97]. Исследуя большой фактический материал о взаимоотношении базальтов различных текстурных типов в пределах Тунгусской синеклизы, они пришли к выводу, что мандельштеины в этих трапповых формациях образуются за счет вскипания вод, пропитывающих туфы, разделяющие отдельные слои эффузивных пород, или испарения вод небольших озер и болот, образовавшихся в пониженных участках палеорельефа

. При этом у подошвы потока возникают мелкие (обычно менее 2 см) изометричные газовые пузыри в виде куполообразных скоплений, а иногда и газовые трубки диаметром до 3 см, редко 10 см. Продвижение газовых пузырей вверх местами затруднялось возникающей перед фронтом движущихся пузырей в результате охлаждения расплава зоны закалки. В других же местах они прорывались сквозь всю толщу расплава, образуя иногда у поверхности воронкообразные скопления. Геологические наблюдения и форма пузырей показывают, что они возникали и мигрировали в застойной лаве.

В Индии траппы покрывают площадь около 5Х10

м при мощности более 2000 м [236]. Мощная кора выветривания, развившаяся по ним, привела к возникновению горизонтов агатовых конгломератов миоценового возраста и большого числа аллювиальных россыпей, известных во многих местах западной Индии [244].

Некоторые из месторождений этого типа известны с глубокой древности; например, у Геродота (48 г. до н. э.) есть указание на поступление индийских агатов на рынки Римской империи. Более определенно на обработку агата в Куруле, вблизи Гульбарга указывал Афанасий Никитин (1468—1474). Одно из крупнейших и наиболее известных месторождений агата — Раджпипла находится примерно в 250—300 км к северу от Бомбея. Интересно, что индийские агаты имеют недостаточно яркую окраску и индусы уже не одно столетие применяют способ их облагораживания — длительное экспонирование на воздухе и прокаливание [244].

Огромную площадь занимают средне-нижнемеловые траппы и в бассейне р. Парана (Бразилия) —около 1,2X105 км при средней мощности 650 м, а местами более 1500 м [166], послужившие источником богатейших россыпей агатов Бразилии и Уругвая, из которых известны жеоды до 7 м в поперечнике

Состав газа в газовых пузырях.

Некоторые исследователи полагают, что основная масса газа в газовых пузырях представлена парами Н

0 и делают теоретические выводы исходя из этого [254]. В то же время изучение в последнее время пиллоу-базальтов показало, что во многих из них около 95% массовой доли газа составляет СО

. Это особенно характерно для базальтов больших глубин [209, 216], тогда как в мелководных базальтах увели-