Pin
Send
Share
Send


Magma to stopiona skała znajdująca się pod powierzchnią Ziemi. Ten złożony płyn o wysokiej temperaturze często gromadzi się w komorze magmowej1 i może zawierać zawieszone kryształy i pęcherzyki gazu. Po schłodzeniu zestala się, tworząc skałę magmową. Magma jest zdolna do wnikania w sąsiednie skały, wyciskania na powierzchnię jak lawa lub wyrzucania wybuchowego jako tefra, tworząc skałę piroklastyczną. Badanie magmy pomaga nam zrozumieć strukturę, skład i ewolucję skorupy ziemskiej i płaszcza w czasie geologicznym.

Topienie

Topnienie litej skały w celu uzyskania magmy jest kontrolowane przez trzy parametry fizyczne: jej temperaturę, ciśnienie i skład. Skład magmy jest często skorelowany ze środowiskiem jej powstawania. Środowisko może być różnego rodzaju, w tym strefy subdukcji, strefy szczeliny kontynentalnej, grzbiety oceanów środkowych i punkty zapalne, z których niektóre są interpretowane jako pióropusze płaszczowe.2 Po wytworzeniu kompozycje magmy mogą ewoluować w takich procesach, jak krystalizacja frakcyjna, zanieczyszczenie i mieszanie magmy.

Wpływ temperatury na topienie

Pod dowolnym ciśnieniem i dla dowolnej kompozycji skały wzrost temperatury powyżej solidusu spowoduje stopienie. Wewnątrz stałej ziemi temperatura skały jest kontrolowana przez gradient geotermiczny i rozpad radioaktywny w skale. Gradient geotermalny waha się od pięciu do dziesięciu ° C / km (stopnie Celsjusza na kilometr) w rowach oceanicznych i strefach subdukcji do 30-80 ° C / km pod grzbietami oceanu i środowiskiem łuku wulkanicznego.

Wpływ ciśnienia na topienie

Topienie może również wystąpić, gdy skała unosi się przez stałą ziemię, w procesie znanym jako topienie dekompresyjne.

Wpływ składu na topienie

Zwykle trudno jest zmienić skład masy dużej masy skały, więc skład jest podstawową kontrolą, czy skała stopi się w danej temperaturze i ciśnieniu. Skład skały można również uznać za obejmujący lotny fazy takie jak woda i dwutlenek węgla. Obecność faz lotnych w skale pod ciśnieniem może ustabilizować frakcję stopu. Obecność nawet jednego procentu wody może obniżyć temperaturę topnienia nawet o 100 ° C. I odwrotnie, utrata wody i substancji lotnych z ciała magmy może spowodować jego zasadnicze zamrożenie lub zestalenie.

Częściowe stopienie

Kiedy skały się topią, robią to stopniowo. Większość skał składa się z kilku minerałów, z których wszystkie mają różne temperatury topnienia, a diagramy fazowe kontrolujące topienie są zwykle złożone. Gdy skała topi się, jej objętość zmienia się. Kiedy utworzy się wystarczająca ilość małych kuleczek stopu (ogólnie między ziarnami mineralnymi), kuleczki te łączą się i zmiękczają skałę. Pod ciśnieniem wewnątrz Ziemi, zaledwie ułamek procentowego częściowego stopienia może wystarczyć, aby stop został wyciśnięty ze źródła.

Topniki mogą pozostać na miejscu wystarczająco długo, aby stopić się do 20 procent, a nawet 35 procent. Jednak skały rzadko topią się w ponad 50 procentach, ponieważ ostatecznie stopiona masa staje się mieszanką kryształów i stopionej papki, która może wznieść się masowo jako diapir, który może następnie prowadzić do dalszego topnienia dekompresyjnego.

Pierwotne topi się

Kiedy skała się topi, ciecz jest znana jako główny stop. Pierwotne stopienia nie uległy żadnemu zróżnicowaniu i reprezentują początkową kompozycję ciała magmy. W naturze rzadko można znaleźć topliwe pierwiastki. Leukosomy migmatytów są przykładami pierwotnych stopów.

Pierwotne stopienia pochodzące z płaszcza są szczególnie ważne i są znane jako prymitywne topi się lub prymitywne magmy. Odnajdując prymitywną kompozycję magmy z serii magm, można modelować kompozycję płaszcza, z którego utworzono stop. Takie podejście jest przydatne, aby pomóc nam zrozumieć ewolucję płaszcza Ziemi.

Rodzicielski topnieje

Rodzicielski stop to kompozycja magmy, z której zaobserwowany zakres chemii magmy uzyskano w wyniku procesów magmowego różnicowania. To nie musi być prymitywny stop. Kiedy nie można znaleźć pierwotnej lub pierwotnej kompozycji magmy, często przydatne jest zidentyfikowanie stopu rodzicielskiego.

Na przykład szereg przepływów bazaltu może być ze sobą powiązany. Kompozycja, z której można je rozsądnie wytwarzać przez krystalizację frakcyjną, nazywa się „a” stop rodzicielski. Modele krystalizacji frakcyjnej można formułować w celu przetestowania hipotezy, że mają one wspólny stop rodzicielski.

Geochemiczne implikacje częściowego stopienia

Stopień częściowego stopienia ma decydujące znaczenie dla określenia rodzaju wytwarzanej magmy. Można oszacować stopień częściowego stopienia potrzebny do utworzenia stopu, biorąc pod uwagę względne wzbogacenie elementów niekompatybilnych w stosunku do elementów kompatybilnych. Niezgodne pierwiastki zwykle obejmują potas, bar, cez i rubid.

Rodzaje skał wytwarzane przez niskie poziomy częściowego topnienia w płaszczu Ziemi są zwykle alkaliczne (Ca, Na), potasowe (K) lub peralkaliczne (o wysokim stosunku glinu do krzemionki). Zazwyczaj prymitywne topienia tej kompozycji tworzą lampropir, lamproit i kimberlit. Czasami tworzą one maficzne skały zawierające nefelinę, takie jak bazalty alkaliczne i gabbros esseksytowy, a nawet karbonatyt.

Pegmatyt może być wytwarzany przez niskie poziomy częściowego stopienia skorupy. Niektóre magmy o składzie granitowym są stopami eutektycznymi (lub kotektycznymi) i mogą być wytwarzane przez różne stopnie częściowego stopienia, a także przez krystalizację frakcyjną. Przy wysokich stopniach częściowego stopienia skorupy można wytwarzać granitoidy (takie jak tonalit, granodiorit i monzonit), chociaż zazwyczaj są one wytwarzane za pomocą innych mechanizmów.

Przy wysokich stopniach częściowego stopienia płaszcza wytwarzane są komatiit i pikryty.

Skład i struktura i właściwości stopu

Temperatury większości magm mieszczą się w przedziale od 700 ° C do 1300 ° C, ale rzadkie stopy węglanu mogą być tak chłodne jak 600 ° C, a stopy komatiitu mogły być tak gorące w 1600 ° C. Większość to roztwory krzemianowe.

Topniki krzemianowe składają się głównie z krzemu, tlenu, glinu, metali alkalicznych (sód, potas), wapnia, magnezu i żelaza. Jak w prawie wszystkich minerałach krzemianowych, atomy krzemu są w czworościennej koordynacji z tlenem, ale porządek atomowy w stopach jest zachowywany tylko na krótkich odległościach. Fizyczne zachowanie się stopów zależy od ich budowy atomowej, a także od temperatury, ciśnienia i składu.3

Lepkość jest kluczową właściwością stopu w zrozumieniu zachowania magm. Stopy bogatsze w krzemionkę są zwykle bardziej spolimeryzowane, z większym wiązaniem czworościanów krzemionki, a zatem są bardziej lepkie. Rozpuszczenie wody drastycznie zmniejsza lepkość stopu. Stopy o wyższej temperaturze są mniej lepkie.

Magmy, które są bardziej majestatyczne, takie jak te, które tworzą bazalt, są zwykle gorętsze i mniej lepkie niż te, które są bardziej bogate w krzemionkę, takie jak magmy, które tworzą ryolit. Niska lepkość prowadzi do łagodniejszych, mniej wybuchowych erupcji.

Cechy charakterystyczne kilku różnych rodzajów magmy są następujące:

Ultramaficzny (pikrytyczny) SiO2: mniej niż 45 procent
Fe-Mg: ponad osiem procent, do 32 procent MgO
Temperatura: do 1500 ° C
Lepkość: bardzo niska
Zachowanie wybuchowe: delikatne lub bardzo wybuchowe (kimberlity)
Dystrybucja: rozbieżne granice płyt, gorące punkty, zbieżne granice płyt; komatiite i inne lawy ultramaficzne są w większości archeologiczne i powstały z wyższego gradientu geotermalnego i są nieznane w obecnym SiO maficznym (bazaltowym)2 mniej niż 50 procent
FeO i MgO: zazwyczaj mniej niż dziesięć procent wagowych
Temperatura: do około 1300 ° C
Lepkość: niska
Erupcyjne zachowanie: delikatne
Dystrybucja: rozbieżne granice płyt, gorące punkty, zbieżne granice płyt pośrednie (andezytowe) SiO2 około 60 procent
Fe-Mg: około trzy procent
Temperatura: około 1000 ° C
Lepkość: pośrednia
Zachowanie wybuchowe: wybuchowe
Dystrybucja: zbieżne granice płyt Felsic (rhyolitic) SiO2 ponad 70 procent
Fe-Mg: około dwóch procent
Temperatura: poniżej 900 ° C
Lepkość: wysoka
Zachowanie wybuchowe: wybuchowe
Dystrybucja: gorące miejsca w skorupie kontynentalnej (Park Narodowy Yellowstone), szczeliny kontynentalne, łuki wysp

Zobacz też

  • Skały magmowe
  • Lawa
  • Skała (geologia)
  • Wulkan

Notatki

  1. ↑ Komora magmowa to duża kałuża magmy leżąca pod powierzchnią skorupy ziemskiej. Stopiona skała w takiej komorze znajduje się pod dużym ciśnieniem i może stopniowo rozrywać skałę wokół niej. Jeśli znajdzie drogę na powierzchnię, powstanie erupcja wulkanu.
  2. ↑ Środowiska i mechanizmy formowania są omówione we wpisie na skale magmowej.
  3. ↑ E. B. Watson, M. F. Hochella i I. Parsons, red. „Okulary i topi się: łączenie geochemii i nauki o materiałach” Elementy. Październik 2006, 259–297. Pobrano 23 października 2007.

Referencje

  • Blatt, Harvey i Robert J. Tracy. 1995. Petrologia: magmowa, osadowa i metamorficzna. 2nd ed. Nowy Jork: W.H. Obywatel. ISBN 0716724383.
  • McBirney, Alexander R. 2006. Ognista Petrologia. Wydanie trzecie Sudbury, MA: Jones i Bartlett. ISBN 0763734489.
  • Sigurdsson, Haraldur, Bruce Houghton, Stephen R. McNutt, Hazel Rymer i John Stix, red. 2000 Encyklopedia wulkanów. San Diego, Kalifornia: Academic Press. ISBN 012643140X.
  • Skinner, Brian J., Stephen C. Porter i Jeffrey Park. 2004. Dynamiczna Ziemia: Wprowadzenie do geologii fizycznej. Wydanie 5 Hoboken, NJ: John Wiley. ISBN 0471152285.

Pin
Send
Share
Send