Ignacijska geologija kamnin

Razvrstitev vulkanskih in hipasijskih kamnin

Zaradi afanične teksture vulkanskih in hipabisalnih kamnin njihovih načinov ni mogoče zlahka določiti; posledično je večina petrologov kemijsko razvrstitev splošno sprejeta in jo uporabljajo. Ena priljubljena shema temelji na uporabi kemičnih sestavin in normativne mineralogije. Ker ima večina laikov malo dostopa do analitičnih objektov, ki dajejo magnetne skalne kompozicije, bo tukaj predstavljen le oris, da se oceni klasifikacijska shema.

Prva večja razdelitev temelji na vsebnosti alkalij (soda + pepelik) in kremena, ki dajeta dve skupini, subalkalinske in alkalne kamnine. Subalkalne kamnine imajo dve razdelitvi, ki temeljijo predvsem na vsebnosti železa, skupino, ki je bogata z železom, imenujemo toleiitna serija, železovo revno skupino pa kalcno-alkalno. Prejšnjo skupino najpogosteje najdemo ob oceanskih grebenih in na oceanskem dnu; zadnja skupina je značilna za vulkanska območja celinskih robov (konvergentne ali destruktivne meje plošč; glej spodaj Oblike pojavljanja: Porazdelitev magnetnih kamnin na Zemljini površini). V nekaterih magmatskih lokih (skupine otokov, razporejenih v ukrivljenem vzorcu), zlasti na Japonskem, se pojavljata takoleiitna kot kalčno-alkalna serija. Tako je na primer pri vulkanih severovzhodnega Honshuja, največjega od štirih glavnih japonskih otokov, in obe seriji najdemo znotraj istega vulkana. Alkalne kamnine se pogosto pojavljajo na oceanskih otokih (nastajajo običajno v poznih fazah utrditve magme po toleiitskih izbruhih) in v celinskih prelomih (obsežni zlomi). Na podlagi sorazmernih razmerij sode in kalijevega kamna se alkalni niz razdeli na sodo in kalijsko vrsto.

Kemično so subalkalne kamnine nasičene glede na silicijev dioksid; posledično imajo normativne minerale, kot sta ortopiroksen [Mg (Fe) ₂ Si ₂ O ₆] in kremen, vendar jim primanjkuje nefelina in olivina (v prisotnosti kremena). Ta kemijska lastnost se kaže tudi v načinu osnovnih členov, ki imajo dva piroksena, ortopiroksen in augit [Ca (Mg, Fe) Si ₂ O ₆] in morda kremen. Plagioklaza je pogosta pri fenokristah, pojavlja pa se lahko tudi v hokristalnih kamninah v mikrokristalni matriki, skupaj s pirokkseni in fazo železo-titanovega oksida. Poleg razlik v vsebnosti železa med toleititsko in kalcno-alkalno serijo ima slednja višjo vsebnost glinice (16 do 20 odstotkov), razpon vsebnosti kremena pa je večji (48 do 75 odstotkov v primerjavi s 45 do 63 odstotkov za prvo). Fenokristasti hornblende in biotit so pogosti pri kalcnoalkalnih andezitih in dacitih, vendar jih v toleiitih primanjkuje, razen kot alteracijske produkte. Daciti in ritoliti imajo v stekleni matriki pogosto fenokrista plagioklaze, alkalnega feldsparja (običajno sanidina) in kremena. Fenokritike hornblende in plagioklaze so bolj razširjene pri dacitih kot pri rolitih, ki imajo več biotitskih in alkalnih poljskih lopat. Ko se pojavljajo v bližini vulkanskih odprtin (odprtine, iz katerih se vulkanski materiali pripeljejo na zemeljsko površino), se bazalti in andeziti obeh serij nahajajo kot tufi ali aglomerati; sicer se običajno pojavljajo kot tokovi. Dacit in ritolit se pojavljata kot toka v bližini zračnikov, vendar jih najpogosteje najdemo kot tufe, sestavljene iz razdrobljenih kosov stekla, fenokristov in kamnin.

Alkalne kamnine so ponavadi kemično nenasičene glede na kremen; zato jim primanjkuje normativnega ortopirokksena (tj. imajo samo en piroksen, kalcijev bogati avgit) in kremen, vendar imajo normalen nefelin. Mikroskopski pregled alkalnih bazaltov olivin običajno odkrije fenokrista z obilico olivina, enim piroksenom (avgitom, ki je ponavadi bogat s titanom) in plagioklazo. V matriki je mogoče videti nephelin. Trahiti so običajno levkokratski z obilico feldspartov, poravnanih približno vzporedno s smerjo toka lave.

Poreklo in distribucija

Izvor magm

Bazaltske magme, ki tvorijo oceansko skorjo Zemlje, nastajajo v astenosferi na globini približno 70 kilometrov. Sredi, da se v globinah od približno 70 do 200 kilometrov nahaja skala plašč, obstajajo pri temperaturah, ki so nekoliko višje od njihovega tališča, in morda je 1 do 2 odstotka kamnin v staljenem stanju. Posledično se astenosfera obnaša plastično in ob prodiranju v to cono potresni valovi občutijo rahel padec hitrosti; ta lupina je postala znana kot cona z majhnimi hitrostmi. Šele po sprejetju tektonske teorije plošč je to območje postalo znano kot astenosfera (glej tektonika plošč). Najpogostejši kamniti plašč znotraj astenosfere je peridotit, ki je sestavljen pretežno iz magnezija bogatega olivina, skupaj z manjšimi količinami kromovega diopsida in enstatita ter še manjšo količino granata. Peridotit se lahko delno stopi, da nastanejo magme z različnimi sestavki.

Teorije o nastanku bazaltne magme večinoma pripisujejo pridobivanju toplote znotraj peridotita, ne pa iz zunanjih virov, kot so radioaktivno razpadanje urana, torija in kalija, ki so le manjše posledice. Zaradi razlike v sestavi bazalta in peridotita je potrebna le majhna količina toplote, da nastane približno 3 do največ 25 odstotkov taline. Predlagano je bilo veliko teorij, vendar tukaj razpravljamo le o najpreprostejših in najbolj priljubljenih. Sprememba temperature Zemlje kot funkcija globine, ki jo podaja ocenjeni geotermalni gradient, in eksperimentalno zasnovana talilna krivulja (solidus) peridotita sta prikazani na sliki 2. Na globini D je krivulja geotermalnega gradienta in solidus peridotiti imajo najbližji pristop, vendar je peridotit še vedno trden. Predlagani so bili različni mehanizmi za razlago vzroka za presečitev obeh krivulj. Ena teorija kaže, da bo padec tlaka (ekvivalenten globini) pri konstantni sestavi in ​​brez izgube toplote povzročil taljenje peridotita vzdolž krivulje DS. To je identično adiabatskemu postopku hlajenja (brez splošne izgube ali povečanja toplote), pri katerem se temperatura nekoliko zniža zaradi širitve kamnine, ki nastane kot posledica zmanjšanja tlaka. Padec temperature je približno 10-krat manjši od padca temperature vzdolž solidusa za isto znižanje tlaka. Fizično se peridotit dvigne na manjšo globino zaradi konvekcije v plašču (območje pod zemeljsko skorjo) brez izmenjave toplote. Taljenje se začne, ko krivulja DS preseka talilno krivuljo v točki E. Ko peridotit še naprej narašča, bo sledil krivulji taljenja, ki nenehno proizvaja več taline. To je posledica peridotita, ki zagotavlja lastno toploto. Za ponazoritev tega upoštevajte peridotit, ki sledi adiabatski krivulji DS od točke E do točke T, kjer je (T - F) stopinj nad krivuljo taljenja. Če peridotit pri tem tlaku ohladi od T do F, se sprosti toplota, ki bo porabljena v procesu taljenja. Šteje se, da peridotit naredi podobne, vendar neskončno majhne korake, na primer od E do T do F, ko se giblje po solidusu. Na ta način je zagotovljeno toploto za taljenje, ko se peridotit neprekinjeno giblje vzdolž soli.

Granitne ali rolitične, magne in andezitske magme nastajajo na konvergentnih mejah plošče, kjer je oceanska litosfera (zunanja plast Zemlje, sestavljena iz skorje in zgornjega plašča) podrejena, tako da je njen rob nameščen pod robom celinske plošče ali drugo oceanska plošča. Toploti se bo dodala pogubna litosfera, ko se počasi premika v bolj vroče globine plašča. Verjame se, da se andezitska magma ustvarja v klitu plaščja pod skorjo in nad potlačeno ploščo (slika 3) ali znotraj same podrejene plošče. Prva zahteva delno taljenje mokrega peridotita. Poskusi, izvedeni pri tlakih, ki simulirajo pogoje v plašču, so pokazali, da bo peridotit med delnim taljenjem pod hidravličnimi pogoji ustvaril andesitne taline. Slednja teorija kaže, da je subducirana bazaltna skorja delno stopljena in jo je mogoče kombinirati z nekaterimi potlačenimi oceanskimi sedimenti, da tvorijo andezite. Tretja teorija vključuje mešanje bazaltne magme, ki je nastala v plašču z granitno ali rolitično magmo ali s skorjami. Silicijeve magme se lahko tvorijo s kombinacijo dveh procesov; prisotnost vode pod pritiskom zniža temperaturo taljenja za kar 200 ° C (392 ° F) in s tem pospeši nastajanje magme. Na meji konvergentne plošče se spodnja celinska skorja segreje na temperaturo blizu njene tališča, tako da se potisne navzdol v bolj vroča območja plašča. Bazaltska ali andezitska magma, ustvarjena pod skorjo, se lahko kopiči v bližini Moho, kar je diskontinuiteta, ki loči Zemljino skorjo od njenega plašča. Ko se magma hladi, se kristalizira in sprosti svojo latentno toploto kristalizacije. Ta proizvedena toplota se prenaša na spodnje skorje kamnov skupaj s preprosto toploto, ki jo sprošča hlajenje. Če v spodnjih stenah skorje vsebuje nekaj vode, bi se njihove temperature taljenja znižale in ogrevanje, ki ga zagotavljajo zgornji postopki, bi morda zadostovalo za delno taljenje skorj skorj, ki proizvajajo rolititno magmo.