Введение
Камни, резонирующие как колокол при ударе.
Звенящие камни, также известные как сонорные камни или литофоны, – это камни, которые издают звук, похожий на звон колокола, при ударе. Примеры включают Музыкальные камни Скиддоу в Английском озёрном крае; камни в парке Рингинг Рокс в Верхнем Блэк Эдди, округ Бакс, штат Пенсильвания; Рингинг Рокс Киандры, Новый Южный Уэльс; и хребет Белл Рок в Западной Австралии. Звенящие камни используются в идиофонических музыкальных инструментах, называемых литофонами.
Ранние расследования
Ранние ученые заинтересовались породами, издающими звон, однако ни один из них не смог сформулировать убедительную теорию относительно способности этих пород издавать звук или образования полей валунов. Эдгар Т. Уэрри (1885–1982), минералог и ботаник, заинтересовался этими породами, работая в Университете Лихай. Уэрри предположил, что звон обусловлен текстурой диабаза и тем, что эти породы поддерживаются другими породами. Он определил эти поля валунов как тип фелсенмеера. На 13-м ежегодном собрании Общества истории округа Бакс в июне 1900 года Чарльз Лаубах, известный местный геолог и натуралист, описал геологию диабазовых "плутонов-ловушек", ссылаясь на такие места, как Бриджетон, Стони Гарден и другие. Бенджамин Франклин Факентал (1851–1941), местный промышленник и попечитель колледжа Франклина и Маршалла, также заинтересовался породами, издающими звон. Хотя Факентал не был профессиональным геологом, он провел обширные наблюдения над всеми полями валунов.
Места в Пенсильвании
Хотя в районе Пенсильвании и Нью-Джерси было обнаружено более дюжины скоплений валунов из диабаза, издающих звук при ударе, большинство из них либо расположены на частной территории, либо были уничтожены в результате городской застройки. К северу от Филадельфии есть три доступных для посещения туристами места: окружной парк Рингинг Рокс, Стони Гарден и парк Рингинг Хилл.
Районный парк Риннинг Рокс
Районный парк Рингинг Рокс – это парк округа Бакс в Верхнем Блэк Эдди. Изначально эта земля была приобретена семьей Пенн у народа Ленапе (Делавэрской нации) в результате печально известной "Прогулочной покупки" 1737 года. Неизвестно, кто выдал первоначальный патент на землю, которая сейчас входит в состав районного парка Рингинг Рокс. На плане земельных участков округа Бакс 1850 года владельцем указан Тунис Липпинкотт, однако нет записи о гаранте под этим именем. Самое раннее опубликованное описание валунного поля Бриджтаун содержится в работе Дэвиса 1876 года. Абель Б. Харинг, президент Союза Национального банка во Френчтауне, штат Нью-Джерси, приобрел семиакровое валунное поле в 1895 году. По-видимому, Харинг хотел защитить "поющие камни" от застройки и даже отказался от предложения бельгийского производителя каменных блоков о праве на разработку месторождения. 22 августа 1918 года Харинг передал землю, на которой расположено валунное поле Бриджтон, Историческому обществу округа Бакс. В дар вошло 7 акров и 8,08 перчей земли. Джон О. Макэнти предоставил право прохода для обеспечения доступа к парку. Позднее земля была передана округу Бакс и использовалась как районный парк. Последующие приобретения земли увеличили площадь парка до 129 акров.
Парк Риннинг-Хилл
Парк Риннинг-Хилл расположен в трех милях к северо-востоку от Поттстауна, штат Пенсильвания, в округе Монтгомери. Поле валунов было впервые обнаружено в 1742 году при прокладке дороги между Поттстауном и Нью-Гозенхоппеном (Пеннсбург). В 1894 году была основана компания Ringing Rocks Electric Railway Company, которая приобрела отдаленный холм Риннинг-Хилл для создания парка развлечений и организации троллейбусного сообщения (1894–1932 годы). На момент создания парк находился примерно в двух милях (3 км) от города. В 1932 году парк был приобретен Уолтером Дж. Вольфом и использовался как парк развлечений и каток. 1 сентября 1957 года парк был продан пожарной компании Риннинг-Хилл.
Каменный сад
Стоун Гарден, крупнейшее из трех общественных полей звенящих камней, расположено на северо-западном склоне горы Хейкок в округе Бакс, штат Пенсильвания, недалеко от Баксвилла. Этот «сад» на самом деле представляет собой серию разрозненных полей валунов, протяженность которых составляет почти полмили, и образовался в месте выхода на поверхность оливинового диабаза у подножия горы. Место не оборудовано, и до него можно добраться по пешеходной тропе, идущей от парковки PA Game Lands на дороге Стоун Гарден Роуд. Оно было приобретено правительством штата Пенсильвания около 1920 года в составе участка PA Game Lands № 157, охватывающего гору Хейкок.
Встречи исторического общества Буквамум
Звучащие скальные россыпи были популярными местами для встреч местного исторического общества Баквамун. Два ежегодных собрания проводились на участке Бриджетон (в 1893 и 1898 годах), а одно – в Стони-Гарден (в 1890 году).
Формирование
Эти каменистые поля в юго-восточной Пенсильвании и центральной части Нью-Джерси образовались из группы диабазовых силлов в бассейне Ньюарка. Силлы сформировались, когда растяжение земной коры позволило мафической магме подняться из верхней мантии и внедриться в осадочный бассейн 200 миллионов лет назад (ранний юрский период). Фенокристаллы двух минералов, которые кристаллизовались в верхней мантии – оливина и пироксена – быстро осели из магмы и скопились вдоль основания силлов. После полного затвердевания этот богатый кристаллами слой образовал отдельную горную породу значительной мощности. К эпохе плейстоцена силллы были обнажены в результате поднятия коры и эрозии. В плейстоцене обнажения оливинового диабаза не были погребены ледниковыми щитами, однако подвергались интенсивному промерзанию, или перигляциальным условиям. Перигляциальная среда привела к разрушению этих обнажений и образованию обширных полей валунов.
Геология
Базальный оливиновый комплекс аналогичен тому, что обнаружен в Палисадес-Силл в штатах Нью-Джерси и Нью-Йорк. Оливиновая диабазовая единица значительно тверже, плотнее и устойчивее к выветриванию, чем верхние части диабазового интрузивного тела. Большинство исследователей не проводили различия между верхней "нормальной" диабазой, широко распространенной на больших площадях, и тонким оливиновым диабазовым комплексом, залегающим у основания интрузивных тел, который фактически формирует поля звенящих каменных глыб. Основная причина путаницы – внешний вид пород. И нормальная, и оливиновая диабазы имеют темно-серый или черный цвет. Для выявления различий часто требуется микроскопическое исследование. Хотя диабазовые интрузии серии Ньюарк прослеживаются полосой вдоль всей цепи Аппалачей, поля звенящих каменных глыб развиты лишь в узкой полосе выходов пород в юго-восточной Пенсильвании и Нью-Джерси. Вероятная причина заключается в том, что эти районы находились на южной границе плейстоценовых оледенений и подвергались экстремальным перигляциальным условиям. Перигляциальные валунные поля – обычное явление в Пенсильвании и Нью-Джерси. Все наблюдаемые поля звенящих каменных глыб в юго-восточной Пенсильвании и Нью-Джерси представляют собой форму фелсенмеер (felsenmeer – немецкий термин, означающий "море камней"). Эти бесплодные каменные россыпи встречаются в перигляциальных условиях, где выходы устойчивых пород обнажены при уклоне менее 25°. Морозное выветривание разрушает верхнюю часть скальных образований, а небольшой уклон поверхности позволяет мелким продуктам выветривания смываться до того, как образуется почва. Часто глыбы приподнимаются и поворачиваются под воздействием накопления снега и льда, оставляя между ними значительное пустое пространство. Фелсенмеерные каменные россыпи формируются на месте из-за небольших углов наклона. В ситуациях, когда углы наклона превышают 25°, гравитация перемещает глыбы вниз по склону, формируя осыпи или талусы. На полях с слишком пологим уклоном пространства между глыбами заполняются почвой, и глыбы разрушаются под воздействием выветривания. Поскольку оливиновая диабазовая единица относительно тонкая, для формирования полей звенящих каменных глыб требовалось дополнительное условие: оливиновая диабазовая единица должна была иметь направление падения, совпадающее с направлением наклона земной поверхности. Эта специфическая ситуация с наклонным залеганием позволила обнажить обширные площади оливиновой диабазы и предоставила достаточно материала для формирования полей. Во всех наблюдаемых полях глыб структурное падение единицы составляло приблизительно 8-10°, а уклон земной поверхности был менее 15° в том же направлении. Обычно это происходило там, где оливиновая диабазовая единица падала под прямым углом в неглубокий дренаж. Там, где оливиновая диабаза не имеет направления падения, совпадающего с направлением наклона земной поверхности, обычно в почве встречаются многочисленные глыбы (каменный коллювий), но нет каменных россыпей.
Возможность звонка
Было много споров относительно способности валунов издавать звенящий звук; напротив, практически не проводилось испытаний для подтверждения выдвигаемых предположений. Такие факторы, как размер и форма валунов, а также способ их поддержки или укладки, безусловно, влияют на издаваемые ими звуки, но сами по себе не являются причиной возникновения звенящего звука. Хотя звук часто описывают как металлический, скорее всего, он обусловлен сочетанием плотности породы и высокой степенью внутренних напряжений. Звук можно воспроизвести в небольшом масштабе, постукивая по ручке керамической кофейной чашки. Часто источником звенящего звука называют содержание железа в диабазе. Был проведен фактический химический анализ диабаза с холма Коффман. По словам профессора, «мертвые» камни не изменились после распила; однако «живые» камни показали характерное расширение или «расслабление» в течение 24 часов после распила. Это расслабление указывает на то, что камень находился под внутренним упругим напряжением, которое было высвобождено механическим распилом. Профессор также отметил, что «живые» камни обычно встречаются в середине полей валунов, где они не соприкасаются с почвой и находятся в тени деревьев. Затем он предположил, что медленная скорость выветривания в сухом «микроклимате» полей вызывает эти напряжения, поскольку внешняя корка валунов расширяется из-за преобразования пироксена в монтморилонит (глинистый минерал). Валуны по периферии полей выветриваются слишком быстро и разрушаются до того, как напряжения успевают развиться. Хотя для подтверждения этих результатов необходимы более строгие испытания, это убедительно свидетельствует о том, что способность издавать звенящий звук является прямым следствием внутренних напряжений. Маловероятно, что внешние погодные условия создают эти напряжения. Крайне маловероятно, что расширение тонкой корки вокруг большого валуна может создать баланс сил, который вызовет сильные напряжения, наблюдаемые в звенящих валунах. Результатом такой ситуации было бы отслаивание или шелушение внешней корки валунов, чего практически не наблюдается на местах залегания звенящих пород. Кроме того, большая часть выветривания валунов происходит на открытых верхних поверхностях, а не на нижней стороне; следовательно, напряжения не будут сбалансированы. Более того, если бы медленное выветривание создавало напряжения, то звенящие скальные поля встречались бы в пустынях по всему миру, чего не происходит. Важным наблюдением, сделанным в ходе эксперимента, является то, что срезы породы расширялись при снятии напряжения. Это указывает на то, что порода находилась под сильным сжимающим напряжением, а не растяжением, как предполагает теория медленного выветривания. Более правдоподобная теория заключается в том, что упругие напряжения остались в породе, когда образовались поля валунов, а медленная скорость выветривания препятствует их рассеиванию. Возможным источником этих напряжений, вероятно, являются напряжения, возникающие во время кристаллизации породы. Диабазовый интрузив образовался примерно под поверхностью. Надлежащий столб породы создает значительные напряжения в породах. Эффект этих напряжений можно наблюдать в глубоких шахтах глубиной более мили, где внезапная декомпрессия вызывает горные удары. Остаточные напряжения будут равномерно распределены по всем валунам. Эта теория подтверждает наблюдение, что обычно менее трети валунов в любом поле являются «живыми». Напряжение снимается в валунах, которые были механически сломаны или сильно выветрены и, следовательно, больше не звенят. Эта теория «реликтного напряжения» предполагает, что звенящие каменные валуны действуют подобно струне гитары. Если струна гитары ослаблена, она не резонирует, но при щипке струна издает диапазон звуков в зависимости от уровня приложенного натяжения. Аналогично, звенящий каменный валун будет издавать только глухой удар, если напряжение будет снято; однако валуны будут резонировать на разных частотах в зависимости от уровня остаточного напряжения. Валуны продолжают звенеть даже после удаления с полей валунов. Власти разработали мифы, чтобы предотвратить кражу валунов с полей. Однако на данный момент большинство полей очищено от небольших переносных «звенящих» валунов, а разбивка больших валунов на более мелкие части высвобождает внутренние напряжения, в результате чего они перестают звенеть (то есть отламывание куска от большого звенящего валуна даст только мертвый кусок породы). «Маленькие» звенящие валуны, которые можно найти сегодня, весят более тонны и требуют использования тяжелой техники для их извлечения из полей валунов.
Текстуры, защищенные от атмосферных воздействий
Часто текстуры выветривания на валунах приобретают форму каналов, борозд, "воронкообразных углублений", "трещин высыхания" и интенсивной ямчатости. В некоторых случаях эти текстуры настолько характерны, что некоторые геологи описывают их, используя терминологию, применяемую к карстовым формам рельефа карбонатных пород. Мягкая, выветренная часть внешней поверхности отслаивалась, как только валуны оказывались на открытом воздухе. Мелкие детали на поверхности валунов становились более выраженными по мере удаления выветренного материала, так что смежные трещины превращались в каналы, вмятины – в "воронкообразные углубления", а старые поверхности – становились сильно изъеденными.
Звонящие скалы Плутон, Монтана
Плутон Звонящих скал расположен в горах юго-запада Монтаны между городами Бутт и Уайтхолл и известен большим тором из звенящих валунов. Плутон представляет собой глубоко залегающий жерлo вулкана, извергшегося 76 миллионов лет назад. Плутон является примером смешения магмы в канале, в частности, между оливиновым базальтом и гранитной магмой. Смешение магм привело к образованию гибридного типа породы, которая кристаллизовалась у внешней стенки канала. После миллионов лет поднятия и эрозии тонкие стенки гибридной породы обнажились на поверхности. В плейстоценовую эпоху перигляциальное выветривание разрушило возвышающиеся стены, сформировав значительный тор.
Местоположение
Плутон «Звонящие скалы» расположен на юго-западном склоне Сухой горы в округе Джефферсон, в 24 километрах к юго-востоку от города Батт в T.2 N., R.5 W., участках 4 и 9. Участок 4 входит в состав Национального леса Дирлодж, а участок 9 находится в ведении Бюро управления земельными ресурсами США. Характерный тор обозначен на топографической карте Сухой горы масштаба 7½' Геологической службы США. Северо-западная четверть (NW¼) участка 9, включающая тор, была объявлена зоной отдыха «Звонящие скалы» Бюро управления земельными ресурсами США в 1964 году. Доступ осуществляется по гравийной дороге, отходящей на 5 километров к северу от съезда Пипстоун с трассы I-90.
Геология
Звонящие скалы Плутона – это мелкомасштабный интрузивный кольцевой комплекс с высокой степенью симметрии. Общая геометрия цилиндрическая, со средним диаметром в один километр. Плутон состоит из двух основных единиц: внутреннего ядра, сложенного кварцсодержащими фелсическими породами диаметром 600 метров, и внешней мафической единицы, состоящей из коаксиальных концентрических слоев. На плане комплекс имеет вид мишени. Внешняя зона плутона состоит из двух чередующихся гибридных мафических типов пород. По химическому составу породы почти идентичны, однако минералы ранней стадии – оливин и пироксен – сохранились в одной из них, но не в другой, что придает породам резко отличающиеся свойства выветривания. Порода, сохранившая кристаллы оливина и пироксена (OPM), чрезвычайно устойчива к выветриванию и является материалом, формирующим торы. Измененная порода (AM), напротив, очень непрочна и легко разрушается до крупнозернистого грунта. Внутреннее фелсическое ядро представлено среднезернистым кварцевым монзонитом, который постепенно переходит в гранит к центру. Переходная зона между мафической зоной и фелсическим ядром полностью скрыта и выражена в рельефе характерными понижениями. Серия радиальных дамб (или дюк) прорывает мафические единицы, начинаясь в фелсической зоне и заканчиваясь на внешней границе интрузии. Ширина дамб обычно составляет 2–4 метра в месте контакта с фелсической единицей. Состав дамб сильно варьируется, но в основном представлен мелко- и среднезернистым лейкократическим монзонитом. Дамбы сужаются по мере продвижения к внешней границе, обычно уменьшаясь до ширины менее 0,5 метра.
Микроскопические текстуры гашения в оливинопироксином монзоните
В гибридном блоке ОПМ наблюдается множество текстур, указывающих на быстрое охлаждение породы в процессе кристаллизации. В макроскопических образцах большинства блоков ОПМ видны кристаллы криптопертетической ортоклазы длиной до 1 см. Кристаллы криптопертита обычно проявляются как глубокие синие отблески, хотя белые и желтые отблески встречаются в породах вблизи контактов. Эти отблески обусловлены лабрадоресцентными внутренними отражениями, иногда называемыми эффектом лунного камня. В ранних отчетах этот минерал ошибочно принимали за лабрадорит. Текстуры криптопертита формируются при очень быстром охлаждении ортоклаза (полевого шпата, содержащего калий и натрий). Натрий имеет значительно больший ионный радиус, чем калий, поэтому в процессе охлаждения ионы натрия выходят из кристаллической решетки. Эти ионы натрия образуют крошечные ориентированные линзы альбита (натриевого силикатного полевого шпата), которые слишком малы для обнаружения даже под микроскопом. Именно отражения от этих альбитовых пластинок и создают отблеск. Апатит встречается в виде вытянутых игл. Многие из этих игл заключают в себе узкие флюидные включения, придающие кристаллам вид "полых". В скелетных структурах были идентифицированы кристаллы циркона.
Подобные вторжения
Плутон Звонящих Скал – один из нескольких бимодальных вулканических комплексов, расположенных в полосе шириной 20 км к востоку от основного плутона Бут. Радиометрическое датирование и анализ пересекающихся структур указывают на то, что большинство этих интрузий образовались после вулканизма Элкхорнских гор и до формирования плутона Бут. Аналогичные интрузии встречаются в плутоне Радер-Крик.
Звучащие скалы
Куча рыхлых валунов в южной части плутона, содержащего «звонкие» породы, называется тором. Причина образования тора заключается в исключительной устойчивости пород ОПМ к выветриванию, в то время как смежные породы АМ и АБМ очень слабы. Когда система дренажа Сухого ручья начала размывать северо-западный угол плутона, более мягкие породы АМ и АБМ быстро были смыты, оставив вертикальные, тонкие стенки из пород ОПМ, возвышающиеся над окружающей местностью. Интенсивное замерзание и оттаивание в плейстоценовый перигляциальный период медленно разрушало эти стенки, подобно раскалыванию закаленного стекла. Остатки этих стенок из пород ОПМ и составили материал тора. На северной стороне плутона породы ОПМ были ориентированы под острым углом к системе дренажа Сухого ручья, поэтому там тор не сформировался в полной мере. Однако на южной стороне выход пород ОПМ был почти перпендикулярен дренажу, что привело к образованию выраженного тора.
Свойства звонка
Хотя породы образовались в различных геологических условиях, «звонкие скалы» Монтаны обладают значительными характеристиками, общими с «звонкими скалами» Пенсильвании. К этим характеристикам относятся состав из магматических мафических пород с высоким содержанием оливина и пироксиновых фенокристов, изоляция отдельных валунов от интенсивного выветривания благодаря формированию хорошо дренированных валунных полей, а также схожие звуки и особенности поверхностного выветривания. Содержание железа в оливинопироксиновом монзоните (в виде оксида железа) составляет 7% от общей массы породы. Он сложен массивными, сильно уплотненными интрузивными породами и формирует заметный протяженный горный хребет и холмы. В районе Белл-Рок также расположена разведочная золотая шахта. Верхний Блэк-Эдди, Пенсильвания, США. Плутон «Звонкие скалы», Монтана.
Ringing Rocks Pluton, Montana.