Рассматривая условия, благоприятствующие образованию древних вулканов, необходимо иметь в виду, что всестороннее обсуждение этого вопроса требует прежде всего знания истории геологического развития конкретных вулканических районов или отдельных построек.
Однако есть некоторые общие механические причины, обусловливающие возможность образования вулканических построек в том или ином пункте или районе. Зная эти причины, можно с большей или меньшей полнотой выяснить, почему вулканическая деятельность сосредоточивается в одних участках древних платформ или складчатых областей, тогда как на другие участки она не распространяется. Иначе говоря, можно установить хотя бы в самом общем виде особенности той среды, которая благоприятствует развитию вулканической деятельности и росту вулканов. В таком именно плане были проведены в свое время разнообразные работы Клоосом, Б. Виллисом, И. Оденом, А. Полкановым и другими исследователями. Их труды сохраняют свое общее значение и сейчас, поэтому они привлечены к дальнейшему изложению, которому следует предпослать краткий обзор некоторых общих положений.
Исходным пунктом в обсуждении рассматриваемого вопроса является оценка возможностей достижения земной поверхности глубинным материалом. Эти возможности появляются, когда в недрах Земли обособляются такие массы, которые отличаются от окружающей среды относительно более высокой подвижностью и способностью перемещаться внутри ее под влиянием внешних воздействий или внутренних импульсов. В сущности, здесь необязательно должна идти речь о магматических расплавах, так как глубины, на которых происходит подобное обособление, превышают 60 км, а на этих глубинах давление достигает 15—20 кбар. При таких давлениях вязкость, например, базальтового материала составляет 1∙1015 пуаз даже при температуре около 1200° С.
Об этом пишет, в частности, А. Ритман, но о большой величине вязкости силикатных расплавов при этих давлениях говорят также различные экспериментальные данные. Вязкость 1 ∙ 1015 пуаз соответствует состоянию вещества, которое мало отличается по свойствам от твердого тела. Для вязкости земной коры в целом, как известно, принимается цифра 1 ∙ 1020 — 1 ∙ 1022 пуаз, а определенная Григгсом величина вязкости известняков оказалась равной 1 ∙ 1021 пуаз. Хотя все эти цифры в общем относительны и опираются на представления о вязкости, условность которой хорошо известна, тем не менее они дают некоторую характеристику свойств вещества в недрах Земли. Можно предполагать в связи с этими данными, что по мере перехода в более глубокие горизонты земных недр различия между вязкостью различных компонентов, входящих в состав земной коры, нивелируются.
Выравнивание условий происходит, по-видимому, на глубинах свыше 60 км, т. е. на тех глубинах, которые отвечают в общем слою низких скоростей, продолжающемуся вглубь до 250—350 км от поверхности Земли. Выше 60 км, судя по наблюдениям над современными вулканами, устанавливаются определенные различия между окружающей средой и теми массами, которые обособляются в виде так называемой магмы, очень мало похожей на первых стадиях своего существования на «тесто» и близкой по свойствам, в частности по вязкости, к твердому телу. Дальнейшее продвижение обособившихся масс определяется механическими условиями среды; эти массы перемещаются по тем направлениям, следуя которым, они встречают наименьшее сопротивление.
Выше слоя пониженных скоростей, или так называемой пластической зоны, в силу вступают те соотношения, которые были рассмотрены Андерсоном при выяснении причин образования даек и пластовых залежей. В построениях Андерсона предполагается, что поверхность Земли, за исключением горных районов, можно рассматривать как плоскую и что внутри Земли в любой точке действуют либо гидростатическое давление, либо неуравновешенные силы. В последнем случае они могут быть отнесены к трем осям, из которых одна отвечает наибольшему, другая — среднему и третья — наименьшему давлению. Одна из трех осей ориентирована перпендикулярно поверхности Земли; в зависимости от взаимного расположения осей могут возникать разные тектонические перемещения: сдвиги, надвиги и нормальные сбросы, а также создаваться ослабленные зоны, благоприятные для перемещения в определенных направлениях обособившихся на глубине магматических масс.
На пути к поверхности магматические массы претерпевают различные изменения (пока еще недостаточно изученные), связанные с формированием все более отчетливо выраженных их свойств, резко отличных от свойств окружающей твердой среды. Фазовое состояние и формы перемещения таких масс могут быть разными, однако перемещение материала путем чистого плавления или какое-либо иное, связанные с замещением лежащих на пути твердых масс горных пород, представляется тем менее вероятным, чем ближе этот материал продвигается к поверхности, хотя в верхних зонах не исключена возможность существенного значения так называемого газового плавления, предполагаемого, в частности, Р. Дэли. По представлениям А. Ритмана, образование трещины, открывающейся на глубине более 60 км, может привести к заполнению ее магматическим расплавом.
В построениях Клооса, Виллиса и многих других исследователей предполагается возможным распространение трещин на глубины, измеряемые многими десятками, а у Клооса даже сотнями километров. Трудно дать иное толкование, например. Большой дайке Южной Родезии (Зимбабве), прослеженной более чем на 500 км при ширине до 11 км. При таких размерах маловероятно, чтобы глубина, на которую она уходит в недра Земли, измерялась километрами, а не многими десятками километров, т. е. чтобы эта дайка не рассекала полную мощность земной коры и не достигала по крайней мере глубины 60 км.
Такое же представление о проникновении трещин в земные недра развивал Ситтер, рассматривая линейные пучки даек в Шотландии. Он отклонял предположение Андерсона о том, что заполнение даек происходило от центральных очагов в горизонтальном направлении, так как протяжение этих даек достигает 400 км. Ситтер считал возможным объяснить подобные протяженные лайковые серии «растрескиванием» земной коры под влиянием относительного растяжения (наименьшего давления), ориентированного поперек простирания даек.
Все эти представления совпадают с тем, что известно по современным наблюдениям за вулканическими извержениями, питающимися за счет масс, расположенных на глубинах 60 км. Во всяком случае, данные об извержениях вулкана Килауэа на Гавайских островах и по вулканам Камчатки подтверждают, что питание их происходит именно так. Впрочем, и по этим наблюдениям остается неизвестным начальный путь обособляющихся на таких глубинах масс и неизвестно, насколько они отличаются в момент зарождения от субстрата, расположенного в недрах Земли на этих глубинах. Неясно также, в какой момент эти массы превращаются в жидкий расплав. По-видимому, более определенно можно говорить лишь о тех глубинах, на которых из появляющегося в конечном счете расплава обособляется газовая фаза.
Если считать главным компонентом газовой фазы пары воды с парциальным давлением 217,7 атм, то можно было бы допустить, что отделение газовой фазы возможно на глубинах всего лишь 0,5 км. Однако такое представление противоречит тому, что известно в реальной картине, наблюдаемой в момент пароксизмального взрыва вулкана Безымянного в 1956 г., когда давление достигло 3000 атм.
Противоречит это представление и данным, полученным при наблюдении Везувия в 1906 г., когда в течение 12—15 ч подряд продолжался стремительный выброс газов на высоту около 11 км. Такое длительное выделение мощной газовой струи из вулканического канала могло происходить, очевидно, лишь в том случае, когда газовая фаза занимала в канале достаточно большое пространство, а следовательно, заполняла этот канал на глубину, во много раз превышающую 0,5 км.
Так или иначе, по мере продвижения к земной поверхности глубинный материал преобразуется в двухфазную смесь жидкой массы и газов, которая ближе к поверхности распадается, в свою очередь, на жидкость и газы. Этот распад осуществляется более или менее резко в зависимости от типа вулканических извержений. На всем пути следования глубинных масс к поверхности их перемещения подчинены направлениям наименьшего сопротивления, т. е. трещинам растяжения. Не случайно поэтому, например, в зоне сейсмодислокаций, сопровождающих островные гряды и уходящих в глубокие недра Земли, вулканические аппараты располагаются таким образом, что вертикальная их проекция на эту зону размещается на глубину около 100—150 км.
На этих именно глубинах происходит, по-видимому, образование потенциально ослабленных зон растяжения, представляющих области наименьшего сопротивления, которым следуют массы глубинного материала, осособляющиеся в так называемой «зоне пластичности», или, точнее, в слое пониженных скоростей распространения сейсмических волн. Во всяком случае, весь этот путь глубинные массы проходят в обстановке высоких всесторонних и дифференциальных давлений, делающих маловероятным «всплывание» этих масс. Можно говорить скорее о выдавливании, о следовании находящихся под давлением магматических масс вдоль ослабленных зон, зон растяжения, т. е. о вынужденной миграции вещества. Известную роль на этом пути играет, вероятно, механизм проплавления, предполагаемый В. А. Магницким преимущественно для наиболее глубоких областей. В форме «газового плавления» этот механизм возможен также и в верхних зонах земной коры.
Все это в целом гипотетические представления. Важно же то, что в конце концов магматические массы из глубин достигают поверхности, следуя ослабленным зонам, которые могут интерпретироваться как зоны растяжения. Такие зоны растяжения располагаются определенным образом по отношению к линейным направлениям складок или иных элементов складчатой структуры.
Кратко рассмотренный механизм перемещения магматических масс из земных недр к поверхности вдоль зон растяжения приводит к выводу о том, что расположение различных вулканических построек должно следовать линейным направлениям. Последние ориентируются различным образом по отношению к складчатым или иным структурам, обусловленным происходящими в земных недрах деформациям, в зависимости от распределения действующих в земной коре усилий, которые в различные геологические эпохи могут меняться, хотя общее поле сил земного шара в известной степени устойчиво.
В проблеме выяснения способа размещения магматических масс близ места извержения важен момент, когда магма покидает трещину и разрабатывает для своего продвижения к земной поверхности более или менее ясно выраженный, но обычно сравнительно правильный трубообразный канал. В случае обособления газовой фазы до момента извержения и самостоятельного ее выброса в условиях высокого давления образование такого канала над некоторой частью развивающейся трещины или потенциальной зоны разрыва может наблюдаться на глубинах в сотни метров. Однако, если допускать «газовое плавление», о котором писал Дэли, или иной способ разрушения кровли (в частности, вследствие перекрещивания разно ориентированных трещин), то эта глубина может оказаться более значительной и достигать либо поверхности периферического вулканического очага, т. е. 3—5 км, либо более глубоких зон.
Переход трещины в систему ответвляющихся от нее трубообразных каналов виден даже при типичных извержениях исландского типа, когда вдоль трещины обособляются системы небольших конусов, потоки которых сливаются в единое поле. От этих минимальных глубин возможны различные переходы к трубообразным каналам, достигающим кровли периферических очагов и более значительных глубин. Подобные большие глубины подтверждаются также данными о том, что кольцевые интрузии, которые формируются, по-видимому, в зонах, отвечающих таким периферическим очагам, имеют в плане форму, отвечающую в определенной мере трубообразному сечению подводящего канала.
Все эти общие построения имеют определенное отношение к тем вопросам, которые обычно рассматриваются при обсуждении условий, благоприятствующих конкретному размещению отдельных вулканических построек или вулканических полей, объединяющих ряд более или менее крупных, связанных между собой построек. Главная проблема тем не менее — это определение механических условий образования потенциальных или реальных зон растяжения. Такие зоны рассматривались многими исследователями. Были выделены следующие типы структурных обстановок, благоприятных для образования трещин растяжения и подъема магм к поверхности с последующим развитием вулканической деятельности: своды, флексуры, области, разделяющие длительное существование поднятия и смежные с ними опускания, глубинные разломы, островные дуги, входящие углы древних и молодых платформ, линейные трещины большого протяжения и т. д.
Обратимся прежде всего к сводам, структурное развитие которых и отношение к вулканизму наиболее полно освещены в работах Клооса и В. Виллиса. Клоос рассмотрел пример Рейнского свода и провел ряд экспериментов, которые выявили характерные черты этой структуры как типа, существенно важного для понимания закономерностей размещения вулканических построек на сводах вообще. Сейчас, в связи с общими представлениями плитной тектоники структуры, аналогичные Рейнскому своду, стремятся изобразить как результат раздвижения смежных плит вдоль разделяющего их шва, которому следуют поднимающиеся из недр Земли магматические расплавы, формирующие в итоге океаническую кору. Между тем для понимания структуры Рейнского свода и ее природы Клоос привлек разнообразные палеогеографические данные, позволившие ему представить хотя и гипотетическую, но очень строгую схему свода в изогипсах, иллюстрирующую закономерное размещение в его пределах вулканических построек.
В дальнейшем были предприняты независимые построения, связывающие в единую проблематическую меридиональную зону грабены Осло, Рейна, Роны, Лигурийского моря, Хона и Миссурата в Ливии и т. д. В систему этих построений, в целом по меньшей мере весьма дискуссионных, были включены, таким образом, разновозрастные структуры с кайнозойским (Рейн, Сона), мезозойским (Лигурийское море) и даже палеозойским (Осло) заполнением. Противопоставление этих построений строгому структурному анализу Рейнского свода, предложенному Клоосом, явно не состоятельно и не может служить обоснованием реальности представлений о раздвижении плит в области Рейнского грабена и во всей этой предполагемой меридиональной зоне. Рейнский грабен расположен на своде и представляет типичный рифт, или рифтовую впадину, в структурном плане имеющую сложное строение.
Опираясь на структурные схемы, Клоос указал основные черты размещения вулканических полей на Рейнском своде и дал механическую интерпретацию как процессу формирования свода, так и расположению внутри него этих полей. Этот грабен, как показал Клоос, возникает антитетически и может образовываться при очень малых наклонах крыльев свода. Строение такого грабена обычно ступенчатое в поперечном сечении, а в плане его окончания имеют вид «ласточкиного хвоста», расщепленного в области погружения удлиненного свода. Таким образом, Клоос не предполагал, что на своде образуется открытая полость, в которую соскальзывает свободный блок. Наоборот, эксперименты Клооса и его теоретические расчеты подтверждали представление о том, что грабен в центральной части свода возникает даже при очень малом общем растяжении и при небольшой высоте свода, а следовательно, при очень большом радиусе его кривизны.
В экспериментах Клооса наклон крыльев свода, достаточный для получения на нем грабена, не превышал одного градуса (отношение высоты свода к его поперечнику составляло 1 : 200—1 : 300). Общее растяжение в связи с образованием системы открытых трещин не превышало 1 : 600. Клоос предполагал, что, опираясь на предложенную им схему процесса образования свода, может быть рассчитана глубина того слоя, который вовлекается в изгиб в этом процессе. Несложные расчеты, в которых Клоосу помог профессор математики Ребок, показали, что может быть установлена следующая приближенная зависимость между толщиной вовлекаемого в изгибе пласта (X), растяжением, высотой и шириной свода: Х = (растяжение ∙ половину ширины свода) : (2 ∙ высоту свода). Более подробные данные об этих расчетах приведены в другой работе автора.
Для Восточно-Африканского свода Клоос принимал размеры: ширина свода — 1500 км, высота — 1500—2000, максимально 3000 м и растяжение в широтном направлении 0,5—1,0 км. Это давало наименьшую мощность изгибаемого слоя 60 км и наибольшую — 250 км. Аналогичные данные по Нубийско-Аравийскому своду приводят к значениям мощности слоя от 90 до 430 км. В концепции Клооса, следовательно, предполагается, что образование очень пологих сводов сопровождается расчленением внешних твердых оболочек земного шара трещинами, уходящими на многие десятки и даже сотни километров вглубь вследствие растяжения, достаточного для антитетического образования грабенов на сводах.
Соответствующие расчеты для Байкальского свода показывают полную возможность использования представлений Клооса для объяснения причин появления осевого грабена. Даже при допущении, что для образования впадины оз. Байкал необходимо иметь свободную полость, в которую соскальзывают блоки земной коры, вычисленное по схеме Клооса растяжение оказывается достаточным для объяснения этого явления без учета возможностей ступенчатого погружения блоков и антитетического вращения.
Приведенные данные о сводах и вероятном механизме их образования показывают, что нет необходимости привлекать к их объяснению тангенциальное раздвигание, а тем более обращаться к гипотезе, предполагающей «вулканоплутоническую» природу подобных грабенов на своде, или типичных рифтов.
Рассматривая проблему конкретного размещения вулканических построек и их групп, образующих вулканические поля, на примере Рейнского свода, можно видеть, как предполагал Клоос, во-первых, расположение под сводом в «критическое время» магмы, во-вторых, влияние тектоники верхней части коры, а именно ее изгибания и расчленения, на размещение места выхода магмы на земную поверхность. На Рейнском своде благоприятная обстановка для образования вулканов создавалась в трех областях: 1) на северном склоне свода внутри отшнурованной сильно изогнутой почти концентрически расположенной Трир-Байрейтской зоны; 2) на юге свода в резко изогнутой восточной его зоне (район Кайзерштуля—Риза) ; 3) в отдельных пунктах главной цепи грабенов, преимущественно вдоль их краев.
Чем слабее был проявлен процесс грабенообразования, тем более обильными были выходы на поверхность вулканических пород в соответствии с тем принципом, на который Клоос ссылался в более ранних своих работах, предполагая, что тектонические и магматические процессы обычно взаимно заменяют друг друга. Механическое объяснение такой замены Клоос не дал, но отметил, что судьба поднимающихся расплавов, помимо их внутренних свойств, определяется также условиями среды и в первую очередь строением земной коры, монолитным или многослойным. Там, где строение монолитно, наблюдается несколько более тесное расположение трещин, расчленяющих свод и используемых магмой для внедрения. В районах же многослойного строения расстояние между ними оказывается более значительным. На размещение этих трещин с разделяющими их определенными интервалами также влияет, как считал Клоос, толщина слоя, вовлекаемого в изгиб. Важную роль играют еще резкие изгибы в отдельных участках свода. На севере Рейнского поля они наблюдаются в сравнительно резко изогнутой (но не превратившейся в грабен) зоне, которая на западе начинается Трирской мульдой, а на востоке заканчивается Байрейтской мульдой. Именно в этой изогнутой зоне, наложившейся на свод, сосредоточены вулканические поля Северо-Рейнской дуги, правильно расположенные на расстоянии 45—50 км одно от другого. Такое размещение вулканических полей в пределах свода на продолжении пересекающих его прогнутых зон, а также на крутых изгибах, имеющих коленообразный вид либо в разрезе, либо в плане, типично и для других сводов.
Для Восточно-Африканского свода Виллис давно уже отмечал, что все вулканы сосредоточены на краях центрального плато и, таким образом, тяготеют к краевым зонам предполагаемого на глубине астенолита.
Вопрос о природе сводовых поднятий и свойственных им вулканических полей рассматривался в ряде работ автором и П. М. Бондаренко. В этих работах экспериментами была подтверждена возможность образования Байкальского свода в соответствии с концепцией Виллиса, предполагавшей на примере Восточной Африки, что своды возникают вследствие увеличения объема при расплавлении твердых пород и превращения их в магму, образующую в недрах Земли более или менее крупный астенолит. Для объяснения сигмоидального изгиба Байкальского свода и его впадин в эксперимент был введен дополнительно механизм вращательных движений.
Анализ размещения вулканических полей привел к выводу о том, что поперечные изгибы, наложенные на структуры свода, играют роль не только в Рейнской области, но и на сводах Африканских и Байкальском. Что касается Байкальского свода, то в его пределах вулканические поля располагаются, в основном подчиняясь тем же закономерностям, которые установлены для Рейнского свода. На западе Байкальского свода излияний с зонами растяжения указывалась ранее С. В. Обручевым, а для всего свода в целом — Н. А. Флоренсовым. Последний отметил, что базальтовый вулканизм в области Байкальского свода сосредоточен главным образом внутри пояса, непосредственно связанного с впадинами байкальского типа, но не проявляется в глубочайших впадинах Байкала. На размещение вулканических полей существенное влияние, по мнению Флоренсова, оказали растягивающие усилия, возникшие в обстановке рано начавшихся поднятий и в условиях сложного и интенсивного раздробления фундамента, приведшего к стыку разломов разного направления. Такая обстановка типична, по его данным, для Тункино-Хубсугульского и Каларо-Удоканского вулканических полей. Обширное Витимское плато не может быть объяснено с этих позиций, между тем расположение этого плато весьма типично. Оно закономерно размещается на северо-западном продолжении поперечного прогиба, заложившегося в позднем мезозое на территории Восточного Забайкалья и развивавшегося затем в кайнозое. Этот прогиб, ориентированный в общем поперек Байкальского свода, в процессе развития достиг, по-видимому, края свода и вызвал образование сложной системы трещин, растяжения, подобной тем, которые хорошо известны на Рейнском своде. Возможно, что такое же влияние на Байкальский свод оказал и другой поперечный прогиб, следующий, как можно предполагать, в том же северо-западном направлении из района верховий р. Амур, где, как и в Восточном Забайкалье, установлен резкий раздув мощностей мезозойских осадочных толщ.
Во всяком случае, существование систем поперечных структур, в том числе прогибов, расчленяющих мезозойский пояс, расположенный к югу от Байкальского свода, несомненно. Продолжающееся развитие этих структур в кайнозое подтверждается согласным с ними расположением впадин, заполненных меловыми и третичными отложениями в Восточном Забайкалье. Поэтому общее сходство таких структур с отмеченными Клоосом для Рейнского свода кажется вполне вероятным, и их влияние на размещение вулканических полей Витимского и Каларо-Удоканского следует учитывать.
При объяснении Тункино-Хубсугульского вулканического поля необходимо обратиться к оценке роли трещин, возникших, как показало моделирование, вследствие деформации под воздействием пары сил на валообразных поднятиях, расположенных вдоль зон скалывания. Существенную роль сыграли, кроме того, резкие коленообразные (в плане) повороты структур, вызванные теми же вращательными движениями. Представленная в таком виде попытка выяснить механическую природу закономерного размещения вулканических полей на Байкальском своде дает ответ на вопрос о том, почему эти поля располагаются на южной и юго-восточной сторонах свода. В целом же в совокупности с тем, что известно по другим сводам, изложенные выше данные показывают, что процесс формирования таких поднятий, связанный с развитием магматического очага, создает только общую благоприятную обстановку для внедрения магмы. Размещение вулканических полей в пределах сводовых поднятий определяется влиянием, которые оказывают на растущий свод наложенные преимущественно поперечные структуры, главным образом прогибы, а также коленообразные (в плане или в разрезе) изгибы структур.
Помимо сводов, важную роль в размещении вулканических полей, несомненно, играют флексуры, которые возникают либо на краях континентов, как предполагали Клоос, Оден, Вагер и Дир и другие исследователи, либо внутри континентов, что особенно подчеркивал А. А. Полканов. Имеется ряд типичных примеров крупных флексур, расположенных на краях континентов; к их числу относятся: флексура Лебомбо в юго-восточной части Африки, Камбейская на западном побережье Индии, Восточно-Гренландская. Многие другие аналогичные им структуры менее значительных размеров прослеживаются на расстояниях многих километров или десятков километров. На юге Красноярского края они составляют одну из наиболее типичных черт строения Минусинского межгорного прогиба.
Общее представление о зонах растяжения, сосредоточенных на коленообразных изгибах флексур, подтверждено экспериментами Клооса на эквивалентных материалах и обосновано путем исследования распределения напряжений оптическими методами. Таким образом, имеется возможность ясно представить расположение трещин растяжения, возникающих во флексурах разного типа.
Наиболее выразительными флексурами, ограничивающими континентальные окраины, являются Лебомбо и Камбейская, Флексура Лебомбо следует на протяжении свыше 700 км в меридиональном направлении вдоль западной окраины Мозамбикской низменности. Наклон мезозойских (100—200 млн. лет) вулканогенных толщ на крыле флексуры достигает 30 при общем падении на восток, в сторону низменности. Западнее аналогичные толщи на плато Базутоленд залегают практически горизонтально, тогда как восточнее они скрываются под чехлом горизонтально лежащих современных и третичных отложений низменности. Можно предполагать, что мезозойские вулканогенные породы прослеживаются и дальше на восток под океаническим дном. Во всяком случае, бурение, по-видимому, подтверждает связь базальтового поля Лебомбо с аналогичными полями Мадагаскара под ложем Мозамбикского пролива.
Характерны резкие изменения мощностей вулканогенных толщ, достигающие наибольших значений (6—7 км, а по некоторым указаниям, даже 13 км) вдоль опущенного крыла флексуры, что указывает на длительное ее существование и определяющую роль в формировании вулканогенного комплекса. Вдоль флексуры расположены и корневые зоны вулканогенных образований, вдоль которых наряду с базальтами внедрялись риолиты.
Камбейская флексура расположена на западной окраине п-ова Индостан и следует тоже в меридиональном направлении от Камбейского залива на севере по крайней мере до южной окраины Деканского плоскогорья, покрытой траппами. Ее общее протяжение достигает не менее 600 км. Резкий изгиб флексуры на побережье Индийского океана, давно уже намеченный работами Одена, подтвержден сейчас бурением в Камбейском заливе, где установлено значительное распространение погребенных траппов, скрытых под чехлом третичных отложений на глубинах до 1000—5000 м. В пределах этого залива погребенные траппы достигают р. Банас на севере, а к югу прослеживаются в Аравийском море до широты Бомбея и, как предполагается, следуют на соединение с Лакадиво-Керальским грабеном. Характерна резко увеличивающаяся мощность траппов близ Бомбейского побережья (1500 м вскрыто непосредственно, но, по различным оценкам, она достигает 3000 м) и быстрое ее уменьшение к востоку. Вдоль флексуры, параллельно ей прослеживается система даек преимущественно меридионального простирания, нередко группирующихся в пучки и представляющих корневые зоны трапповых излияний. В отличие от флексуры Лебомбо здесь отсутствуют (или не установлены) сопутствующие траппам риолитовые серии.
Связь с вулканизмом в системе флексур выражается более или менее отчетливо, иногда резким увеличением мощностей вдоль их оси, подтверждающим наложение этих структур на разломах, существовавших ранее или формировавшихся одновременно с заложением флексур. В дальнейшем развитии флексур корневые зоны сохраняют свое положение вдоль оси флексуры и, таким образом, оказываются приуроченными к ней в течение длительного времени. Закономерное размещение внедряющихся магматических расплавов во флексурах подчиняется системе распределения полей напряжения, в зависимости от которых располагаются зоны растяжения, которым и следуют инъекции магмы, следующие из глубин Земли к ее поверхности.
Поэтому вполне естественно мнение Клооса о том, что существование флексур на краю континентов противоречит Вегенеровской гипотезе перемещения материков, как, впрочем, следует добавить, и нынешней концепции плитной тектоники.
Среда, благоприятная для внедрения магматических расплавов в верхний структурный ярус и образования вулканов на земной поверхности, создается также в области сочленения длительно формирующихся поднятий и опусканий. Такой именно характер размещения вулканических построек типичен для зон, разделяющих геоантиклинали и геосинклинали в складчатых областях (геосинклинальных системах), что подчеркивал в своих работах уже давно И. А. Штрейс для Урала и ряда других территорий СССР и что вообще характерно для такого рода сочленений с точки зрения теории геосинклиналей.
В соответствии с этой теорией вулканические поля или их корневые зоны тяготеют к линейно вытянутым областям, отвечающим более или менее ясно выраженным глубинным разломам. О значении этих разломов писал А. В. Пейве, выделивший их в качестве ведущих структур земной коры. Глубинные разломы, как подчеркивал Пейве в указанных работах, отличаются длительностью развития и большой глубиной заложения, и с их историей развития тесно связаны магматические явления и вулканизм.
Глубинные разломы располагаются также в краевых зонах наложенных или унаследованных впадин. Примером могут служить девонские впадины Минусинского прогиба на юге Сибири, где подобная закономерность выявляется сравнительно четко; она типична и для ряда средне — и верхнепалеозойских впадин Казахстана и других регионов.
С глубинными разломами тесно связана современная вулканическая деятельность в Тихоокеанском складчатом поясе, где аналогом этих разломов является мощная система сейсмодислокаций, следующая вдоль островных дуг и Кордильер Северной и Южной Америки и уходящая на глубину до 700 км в недра Земли. Крупные зоны сейсмодислокаций в Тихоокеанском «огненном кольце» определяют основные черты размещения действующих вулканов в обрамлении Тихого океана.
Особое место занимают структурные обстановки, возникающие в области входящих углов древних платформ. По И. С. Шатскому, «во внутренних углах платформ на окраинах платформы развиты поперечные к складчатой зоне структуры; они представлены либо простым синеклизами (синеклиза Оттавы, Канада), либо более интенсивными прогибами, ограниченными «валами» — поднятиями платформенного типа (Делавэрский бассейн и связанные с ним поднятия), либо очень сложной структурой, подобной системе Вичита. Механизм возникновения этих структур связан с теми растягивающими усилиями, которые возникают на платформе в вершине ее внутреннего угла под сильным воздействием колебательных и, может быть, складкообразовательных движений, направленных нормально к сторонам этого внутреннего угла, от геосинклинальной складчатой зоны к ее платформе». Растягивающие усилия, действующие в таких условиях, создают благоприятную обстановку для внедрения магматических масс на различные структурные уровни вплоть до поверхности и, таким образом, могут способствовать развитию вулканической деятельности. Примером подобных структур являются, по Шатскому, Большой Донбасс и Пачелмский прогиб в СССР, грабен Осло в Норвегии, Скалистые горы Кардильер и система Вичита в США, система Бенуэ в Нигерии и др. Хотя в Вичите вулканическая деятельность не проявлена, но в грабене Осло она была очень интенсивной в пермское время, а в системе Бенуэ продолжается в современную эпоху. Что касается Скалистых гор, то здесь широко известно глубокое проникновение гранитных массивов в тело Северо-Американской платформы на участке, где примыкающая к платформе мезозойская складчатая полоса «невадийской орогении» образует изгиб к юго-востоку в виде огромного внутреннего угла, близ вершины которого, как отмечал Шатский, расположен батолит Айдахо.
Особое внимание привлекают вулканические явления Пачелмского прогиба и Большого Донбасса. Исследование особенностей строения этих прогибов привело Шатского к выводу о необходимости выделения на их примере структур, названных им авлакогенами («авлак» — борозда). Авлакоген, по Н. С. Шатскому, «бороздовая сложная структура между двумя одинаковыми зонами в платформе; по обоим краям этой структуры обязательно должны быть участки платформ».
В Пачелмском прогибе имеются докембрийские и девонские, а в Донбассе — главным образом девонские вулканические постройки, подвергшиеся денудации и захороненные сейчас под чехлом позднейших осадков. Поэтому о девонских, например, вулканогенных породах ранее было известно только по выходам их на поверхность на юго-востоке Донбасса. О распространении докембрийских и девонских вулканогенных пород в Пачелмском прогибе, как и вообще о существовании самого прогиба, до проведения буровых работ ранее и не подозревали. Между тем и в этом прогибе были обнаружены вулканогенные породы. Таким образом, в авлакогенах, принадлежащих группе структур, возникающих в связи с внутренними углами древних платформ, достаточно широко распространены древние вулканические постройки и поля. Как показала А. С. Новикова, их размещение на крыльях прогиба определяется соответствующим распределением растягивающих усилий.
Исследование вулканических полей в авлакогенах, как подчеркивал Шатский, представляет принципиальный интерес, так как «в Донецком авлакогене есть такие удивительные вещи, как, например, спилитовая формация мощность 400—600 м. Если бы мы нашли разрез этой спилитовой формации в скважине, не имеющей определенной структурной приуроченности, мы всю эту зону сочли бы геосинклиналью без малейшего сомнения. Но спилитовая формация развита в западной части Большого Донбасса, где выклиниваются сланцы, которые можно было бы отнести к геосиклинальным отложениям. Следовательно, характер спилитовой формации здесь совершенно не геосиклинальный».
Принципиальное значение структур, расположенных на входящих углах древних платформ, определяется еще и тем, что они служат зонами, по которым гранитные плутоны могут проникать в тело древней платформы, как это видно на примере «батолита Айдахо» и его окружения.
Таким образом, авлакоген и вообще структуры, связанные с входящими углами, способствуют миграции «геосинклинального» вулканизма на платформы, чем может быть объяснено допускаемое Штилле перемещение гранитных магм на сотни километров от геосинклинальной зоны, где они, по его мнению, зарождаются. Впрочем, появление гранитов за пределами этих областей давно отмечалось, и об этом необходимо будет сказать несколько слов после изложения кратких сведений о современной интерпретации данных об авлакогенах Шатского с точки зрения плитной тектоники.
Идея авлакогенов, встреченная американскими учеными с большим интересом, была ими реализована в плитной тектонике в связи с анализом так называемых тройных сочленений (triple junction). Подчеркивая исключительное значение исследований «блестящего советского геолога Шатского», Гофман с соавторами предложили концепцию, по которой авлакоген представляет остаточный элемент тройного сочленения, сохраняющийся на той плите, по отношению к которой смежная плита относительно перемещается, отделяясь сперва швом, следующим двум другим элементам тройного сочленения, а затем, после закрытия океана, — эвгеосинклинальной складчатой зоной. Такие остаточные грабены или авлакогены представляют с этой точки зрения долго живущие зоны погружения, ориентированные поперек складчатой области, с которой они связаны совместной историей развития. Обычно такие авлакогены сопровождаются вулканизмом, который для территории Северной Америки (Вичита, Атапуско, Батерст) проявляется сочетанием преобладающего базальтового состава пород с риолитами в отличие от геосинклинального вулканизма с относительно более щелочным характером. В авлакогене Атапуско вулканические породы представлены преимущественно спилитовыми и кератофировыми туфами, а также спилитовыми и трахитовыми лавами с подчиненными им небольшими риолитовыми потоками.
Возвращаясь к проблеме распространения гранитов за пределами геосинклинальных областей, следует вспомнить давнишние высказывания Тельяра-дю-Шардена, указавшего эту особенность гранитов как типичную черту Азиатского материка. В связи с составлением Тектонической карты Евразии миграция гранитов за пределы геосинклинальных областей стала особенно хорошо известной. Выяснилось, что негеосиклинальные граниты широко распространены в Тихоокеанском сегменте земного шара, и это позволило Ю. А. Кузнецову и А. Л. Яншину обратить особое внимание на необязательность связи гранитов с геосинклинальными зонами. Впрочем, распространение гранитов известно и на Африканской платформе, причем уже давно, даже значительно раньше, чем это было указано Тельяр-дю-Шарденом для Азии.
Среди других структурных обстановок, благоприятствующих вулканической деятельности, можно указать трещины огромной протяженности, представляющие дайки или дайковые пучки, прослеживаемые иногда на сотни километров. Подобные структурные обстановки известны в Шотландии, в Африке; вероятно, существуют они и в других регионах. Появление такого типа предполагаемых корневых зон древних вулканов можно поставить в связь с очень пологими изгибами или с общим растяжением крупных участков земной коры вследствие сжатия, ориентированного в общем параллельно или по диагонали к трещине. Проблема эта остается по-прежнему еще недостаточно разработанной.
Следует еще отметить системы трещин, ориентированные параллельно удлинению сводообразных изгибов, аналогичных указанным Клоосом на Азорский островах, где эти трещины, по его мнению, были ориентированы почти в широтном направлении, перпендикулярном Срединно-Атлантическому поднятию. Такой ориентировки трещины он получил экспериментальным путем, расположив взаимно перпендикулярно моделируемые пологие вздутия. Расстояния между предполагаемыми трещинами на Азорских островах, по Клоосу, равны 18—24 км, т. е. значительно меньше, чем на Рейнском своде, что, по его представлениям, определяется малой толщиной земной коры в этом районе.
Заканчивая обзор различных обстановок, способствующих образованию вулканических полей на земной поверхности, уместно подчеркнуть, что хотя для минувших геологических эпох пока еще трудно указать срединно-океанические поднятия, с которыми связана вулканическая активность, тем не менее существенная роль вулканизма на этих поднятиях совершенно очевидна и необходимость выявления особенностей такого вулканизма представляет одну из важных задач палеовулканологии. Трудности на пути ее решения весьма значительны, так как наклоны крыльев этих поднятий очень малы и выявлять былое их распространение столь же трудно, как и континентальных сводов. Что касается континентальных сводов, в определенной степени родственных срединно-океаническим поднятиям, тем более, что в поперечном сечении они обладают сходными чертами строения, то образование на них рифтовых впадин, сопровождаемых определенного типа вулканизмом, необязательно связывать с растяжением, реализующимся независимо от сил сжатия. Уместно напомнить высказывания по этому поводу Л. Ситтера: «Великую Африкано-Европейскую зону (имеются в виду рифтовые впадины Африки, Рейна и Осло) … можно рассматривать как результат контракции меридионального направления, в котором ориентировка разрывов определяется главным образом сопряженным рядом сдвигов, а расширение в широтном направлении обусловлено меридиональной контракцией в нижнем ярусе субстрата… Все эти рассуждения приводят к заключению, согласно которому существует однородное поле напряжений, распространяющееся на глубину многих сотен километров в верхнюю часть мантии. Это поле напряжения обладает свойством контракции, и мы можем предполагать, что оно возникает вследствие контракции ядра и нижней мантии. Эта контракция может быть обусловлена дальнейшим уплотнением вещества в данной области земного шара и предположительно сопровождающимся ростом ядра за счет нижней части мантии». Роль процессов уплотнения вещества верхней мантии Земли в результате фазовых превращений была показана в ряде работ С. И. Субботина с сотрудниками и ее следует постоянно иметь в виду.