Magma Versus Lava: Kuinka se sulaa, nousee ja kehittyy

Oppikirjakuvassa rock-sykli, kaikki alkaa sulasta maanalaisesta kalliosta: magma. Mitä me tiedämme siitä?

Magma on paljon enemmän kuin laava. Laava on nimi sulalle kiville, joka on puhjennut maan pinnalle - tulivuoren päästä vallanneelle kuumalle materiaalille. Lava on myös nimi syntyneelle kiinteälle kalliolle.

Sitä vastoin magmaa ei näy. Maan alla on mikä tahansa kallio, joka on kokonaan tai osittain sulanut. Tiedämme, että se on olemassa, koska jokainen mahaton kivityyppi kiinteytyneet sulasta: graniitti, peridotiitti, basaltti, obsidiaani ja kaikki muu.

Geologit kutsuvat koko sulatusprosessia magmagenesis. Tämä osa on hyvin perustiedot monimutkaisesta aiheesta.

On selvää, että kivien sulaminen vie paljon lämpöä. Maapallon sisällä on paljon lämpöä, osa siitä on jäljellä planeetan muodostumisesta ja osa radiosta ja muista fysikaalisista keinoista. Vaikka suurin osa planeettamme - vaippa, kallion välissä kuori ja rauta ydin - lämpötila nousee tuhansiin asteisiin, se on kiinteä kivi. (Tiedämme tämän, koska se välittää maanjäristyksen aaltoja kuin kiinteä aine.) Syynä siihen, että korkea paine torjuu korkeaa lämpötilaa. Toisin sanoen korkea paine nostaa sulamispistettä. Tässä tilanteessa magman luomiseksi on kolme tapaa: nostaa lämpötilaa sulamispisteen yläpuolella tai alenna sulamispistettä vähentämällä painetta (fysikaalinen mekanismi) tai lisäämällä vuo (kemikaali) mekanismi).

Magma syntyy kaikilla kolmella tavalla - usein kaikilla kolmella kerralla - kun ylempää vaippaa sekoittaa levytektoniikka.

Lämmönsiirto: Nouseva magmakappale - tunkeutuminen - lähettää lämpöä ympäröiviin kylmempiin kiviin, varsinkin kun tunkeutuminen jähmettyy. Jos nämä kivet ovat jo sulamisen puolella, ylimääräinen lämpö on kaikki mitä tarvitaan. Näin selitetään usein mantereen sisätiloille tyypillisiä roliittisia magmeja.

Dekompression sulaminen: Kun kaksi levyä vedetään erilleen, alla oleva vaippa nousee rakoon. Paineen alentuessa kallio alkaa sulaa. Tämän tyyppistä sulamista tapahtuu sitten missä tahansa levyjä venytetään toisistaan ​​- eri reunuksilla ja manner- ja takakaarien jatkealueilla (lisätietoja erilaiset vyöhykkeet).

Vuonon sulaminen: Aina missä vettä (tai muita haihtuvia aineita, kuten hiilidioksidia tai rikkikaasuja) voidaan sekoittaa kivikappaleeseen, vaikutus sulamiseen on dramaattinen. Tämä vastaa runsaasta tulivuudesta subduktiovyöhykkeiden lähellä, missä laskevat levyt kuljettavat mukanaan vettä, sedimenttiä, hiilipitoisia aineita ja hydratoitunutta mineraalia. Upotuslevystä vapautuneet haihtuvat aineet nousevat päällyslevyyn, mikä aiheuttaa maailman tulivuoren kaaria.

Magman koostumus riippuu kallion tyypistä, josta se sulasi, ja kuinka täydellisesti se sulasi. Ensimmäiset sulavat bitit ovat rikkaimpia piidioksidissa (kaikkein felsisimpiä) ja alhaisimmat raudassa ja magnesiumissa (vähiten mafiset). Joten ultramafinen vaippakivi (peridotiitti) tuottaa mafisin sulan (gabbro ja basaltti), joka muodostaa valtameren lautaset valtameren puolivälissä. Maftin kallio tuottaa felssisen sulan (andesiittia, rhyolite, granitoid). Mitä suurempi sulamisaste, sitä läheisemmin magma muistuttaa lähdekiväänsä.

Kun magma muodostuu, se yrittää nousta. Kelluvuus on magman tärkein toimija, koska sulanut kivi on aina vähemmän tiheää kuin kiinteä kivi. Nousevalla magmalla on taipumus pysyä nestemäisenä, vaikka se jäähtyisikin, koska se purkaa edelleen. Ei kuitenkaan ole mitään takeita siitä, että magma saavuttaa pinnan. Plutoniset kivet (graniitti, gabbro ja niin edelleen) niiden suurten mineraalijyväisten kanssa edustavat magmoja, jotka pakkasivat, hyvin hitaasti, syvällä maanalaisella alueella.

Kuvaamme magmaa yleensä isoina sulakappaleina, mutta se liikkuu ylöspäin ohuissa palkoissa ja ohuissa naruissa miehittäen kuoren ja ylävaipan kuin vesi täyttää sienen. Tiedämme tämän, koska seismiset aallot hidastavat magmakappaleita, mutta eivät katoa kuin nesteessä.

Tiedämme myös, että magma ei ole tuskin koskaan yksinkertainen neste. Ajattele sitä jatkona liemestä muhennokseen. Sitä kuvataan yleensä mineraalikiteiden sieninä, joita kuljetetaan nesteessä, joskus myös kaasukuplien kanssa. Kiteet ovat yleensä nestettä tiheämpiä ja niillä on taipumus asettua hitaasti alaspäin magman jäykkyydestä (viskositeetista) riippuen.

Magmat kehittyvät kolmella pääasiallisella tavalla: ne muuttuvat kun ne kiteytyvät hitaasti, sekoittuvat muiden magmien kanssa ja sulavat niiden ympärillä olevat kivet. Yhdessä näitä mekanismeja kutsutaan magmaattinen erottelu. Magma voi lopettaa erilaistumisen, asettua ja kiinteytyä plutooniseksi kallioksi. Tai se voi siirtyä viimeiseen vaiheeseen, joka johtaa purkautumiseen.

1. Magma kiteytyy jäähtyessään melko ennustettavissa olevalla tavalla, kuten olemme kokeilun mukaan laatineet. Se auttaa ajattelemaan magmaa ei yksinkertaisena sulanut aineena, kuten lasi tai metalli sulatossa, vaan kuumana liuoksena kemiallisista alkuaineista ja ioneista, joilla on monia vaihtoehtoja, kun niistä tulee mineraaleja kiteitä. Ensimmäiset kiteytyvät mineraalit ovat niitä, joilla on mafiksia koostumuksia ja (yleensä) korkeat sulamispisteet: oliviini, pyrokseeni, ja rikas kalsiumia plagioklaasia. Jäljelle jäänyt neste muuttaa sitten koostumusta päinvastaisella tavalla. Prosessi jatkuu muiden mineraalien kanssa, jolloin nestettä saadaan yhä enemmän piidioksidi. On paljon muita yksityiskohtia, jotka tuntemattomien petrologistien on opittava koulussa (tai luettava aiheesta "Bowenin reaktiosarja"), mutta sen ydin on kiteiden fraktiointi.
2. Magma voi sekoittaa olemassa olevan magman rungon kanssa. Sitten tapahtuu enemmän kuin yksinkertaisesti sekoittamalla kaksi sulaa yhdessä, koska yhden kiteet voivat reagoida toisen nesteen kanssa. Hyökkääjä voi antaa energian vanhemmalle magmalle, tai ne voivat muodostaa emulsion, jonka toiset kelluvat toisiinsa. Mutta perusperiaate magman sekoittaminen on yksinkertainen.
3. Kun magma tunkeutuu paikkaan kiinteään kuoreen, se vaikuttaa siihen olemassa olevaan "maakallioon". Sen kuuma lämpötila ja vuotavat haihtuvat aineet voivat aiheuttaa osan maakivistä - yleensä felsistä osaa - sulaa ja päästä magmaan. Ksenolithit - kokonaiset maalaiskallin palot - voivat myös päästä magmaan tällä tavalla. Tätä prosessia kutsutaan assimilaatio.

Erottelun viimeiseen vaiheeseen sisältyy haihtuvia aineita. Magmaan liuennut vesi ja kaasut alkavat lopulta kuplia, kun magma nousee lähempänä pintaa. Kun tämä alkaa, magman aktiviteetti nousee dramaattisesti. Tässä vaiheessa magma on valmis karkaistumiseen, joka johtaa purkautumiseen. Jatka tätä tarinan osaa Tulivuori pähkinänkuoressa.