Magma kontra lawa: jak się topi, powstaje i ewoluuje

W obrazku podręcznika Cykl rockowy, wszystko zaczyna się od stopionej podziemnej skały: magmy. Co o tym wiemy?

Magma to znacznie więcej niż lawa. Lawa to nazwa stopionej skały, która wybuchła na powierzchni Ziemi - rozpalony do czerwoności materiał rozlewający się z wulkanów. Lawa to także nazwa powstałej litej skały.

Natomiast magma jest niewidoczna. Wszelkie podziemne skały, które są całkowicie lub częściowo stopione, kwalifikują się jako magma. Wiemy, że istnieje, ponieważ każdy skały magmowe zestalony ze stanu stopionego: granit, perydotyt, bazalt, obsydian i cała reszta.

Geolodzy nazywają cały proces topienia magmageneza. Ta sekcja jest bardzo podstawowym wprowadzeniem do skomplikowanego tematu.

Oczywiście topienie skał zajmuje dużo ciepła. Ziemia ma dużo ciepła w środku, niektóre z nich powstały z formacji planety, a niektóre z nich są wytwarzane przez radioaktywność i inne środki fizyczne. Jednak pomimo tego, że większość naszej planety - płaszcz, między kamienistym

Magma powstaje na wszystkie trzy sposoby - często wszystkie jednocześnie - gdy górny płaszcz jest mieszany przez tektonikę płyt.

Przenikanie ciepła: Wznoszące się ciało magmy - wtargnięcie - wysyła ciepło do zimniejszych skał wokół niego, szczególnie gdy wtargnięcie to zestala się. Jeśli te skały są już na granicy topnienia, wystarczy dodatkowego ciepła. W ten sposób często wyjaśniane są magmy ryolityczne, typowe dla wnętrz kontynentalnych.

Topienie dekompresyjne: Gdy dwie płyty są rozłączane, płaszcz pod nią unosi się w szczelinę. Gdy ciśnienie zostaje zmniejszone, skała zaczyna się topić. Topienie tego typu zachodzi zatem wszędzie tam, gdzie płyty są rozciągnięte - na rozbieżnych marginesach i obszarach przedłużenia łuku kontynentalnego i łuku tylnego (dowiedz się więcej o rozbieżne strefy).

Topienie topnika: Wszędzie tam, gdzie woda (lub inne substancje lotne, takie jak dwutlenek węgla lub gazy siarkowe) mogą zostać zmieszane z bryłą skały, wpływ na topienie jest dramatyczny. To wyjaśnia obfity wulkanizm w pobliżu stref subdukcji, gdzie zstępujące płyty niosą ze sobą wodę, osad, materię węglową i uwodniony minerał. Substancje lotne uwolnione z tonącej płyty unoszą się na górną płytę, powodując powstanie łuków wulkanicznych na świecie.

Skład magmy zależy od rodzaju skały, z której się stopiła i od tego, jak całkowicie się stopiła. Pierwsze kawałki topniejące są najbogatsze w krzemionkę (najbardziej felsik), a najniższe w żelazo i magnez (najmniej maficzny). Tak więc ultramaficzna skała płaszczowa (perydotyt) daje maficzny stop (gabro i bazalt), który tworzy płyty oceaniczne na grzbietach oceanu środkowego. Skała maficzna daje stopę felsową (andezyt, ryolit, granitoid). Im wyższy stopień topnienia, tym bardziej magma przypomina swoją skałę źródłową.

Kiedy magma się formuje, próbuje się wznieść. Pływalność jest głównym motorem magmy, ponieważ stopiona skała jest zawsze mniej gęsta niż lita skała. Rosnąca magma ma tendencję do pozostawania płynnym, nawet jeśli ochładza się, ponieważ nadal ulega dekompresji. Nie ma jednak gwarancji, że magma dotrze na powierzchnię. Skały plutoniczne (granit, gabro i tak dalej) z dużymi ziarnami mineralnymi reprezentują magmy, które bardzo powoli zamarzają głęboko pod ziemią.

Zwykle wyobrażamy sobie magmę jako wielkie stopione ciała, ale porusza się ona w górę w cienkich strąkach i cienkich podłużnicach, zajmując skorupę i górny płaszcz niczym woda wypełniająca gąbkę. Wiemy o tym, ponieważ fale sejsmiczne zwalniają w ciałach magmy, ale nie znikają tak, jak w cieczy.

Wiemy również, że magma rzadko jest zwykłą cieczą. Pomyśl o tym jak o kontinuum od bulionu do gulaszu. Zwykle jest to opisywane jako papka kryształów mineralnych unoszonych w cieczy, czasem także z pęcherzykami gazu. Kryształy są zwykle gęstsze niż ciecz i mają tendencję do powolnego osiadania w dół, w zależności od sztywności (lepkości) magmy.

Magmy ewoluują na trzy główne sposoby: zmieniają się, gdy powoli krystalizują, mieszają się z innymi magmami i topią skały wokół nich. Razem te mechanizmy są nazywane różnicowanie magmowe. Magma może zatrzymać się na różnicowaniu, osiąść i zestalić w plutoniczną skałę. Lub może wejść w ostatnią fazę, która prowadzi do erupcji.

1. Magma krystalizuje, gdy stygnie w dość przewidywalny sposób, co opracowaliśmy eksperymentalnie. Pomaga myśleć o magmie nie jako o zwykłej stopionej substancji, takiej jak szkło lub metal w hucie, ale jako gorące rozwiązanie pierwiastków chemicznych i jonów, które mają wiele opcji, gdy stają się mineralne kryształy Pierwszymi minerałami do krystalizacji są minerały o maficznych składach i (ogólnie) wysokich temperaturach topnienia: oliwin, pirokseni bogaty w wapń plagioklaz. Ciecz pozostawiona następnie zmienia skład w odwrotny sposób. Proces ten jest kontynuowany z innymi minerałami, dając coraz więcej cieczy krzemionka. Jest wiele innych szczegółów, których muszą się nauczyć zapaleni petrologowie w szkole (lub przeczytać o „Seria reakcji Bowena„), ale to jest sedno frakcjonowanie kryształów.
2. Magma może mieszać się z istniejącym ciałem magmy. To, co się wtedy dzieje, to coś więcej niż zwykłe mieszanie dwóch stopów, ponieważ kryształy z jednego mogą reagować z cieczą z drugiego. Najeźdźca może energetyzować starszą magmę lub może utworzyć emulsję z kroplami jednej pływającej w drugiej. Ale podstawowa zasada mieszanie magmy jest proste.
3. Kiedy magma atakuje miejsce w litej skorupie, wpływa na istniejącą tam „wiejską skałę”. Jego gorąca temperatura i wyciekające substancje lotne mogą spowodować stopienie się części wiejskiej skały - zwykle części felsicznej - i przedostanie się do magmy. Ksenolity - całe kawałki wiejskiej skały - również mogą wejść w magmę w ten sposób. Ten proces nazywa się asymilacja.

Ostatnia faza różnicowania obejmuje substancje lotne. Woda i gazy rozpuszczone w magmie w końcu zaczynają się wydobywać, gdy magma unosi się bliżej powierzchni. Gdy to się zacznie, tempo aktywności w magmie gwałtownie wzrasta. W tym momencie magma jest gotowa na niekontrolowany proces prowadzący do erupcji. W tej części historii przejdź do Wulkanizm w pigułce.