Magma versus Lava: Hvordan det smelter, stiger og udvikles

I lærebogsbilledet af klippecyklus, alt starter med smeltet underjordisk rock: magma. Hvad ved vi om det?

Magma er meget mere end lava. Lava er navnet på smeltet sten, der er udbrudt på jordoverfladen - det rødglødende materiale, der spilder fra vulkaner. Lava er også navnet på den resulterende solide klippe.

I modsætning hertil er magma uset. Enhver underjordisk klippe, der er helt eller delvist smeltet, kan betegnes som magma. Vi ved, at det eksisterer, fordi alle stødende klippetype størknet fra en smeltet tilstand: granit, peridotit, basalt, obsidian og resten.

Geologer kalder hele processen med at fremstille smelter magmagenesis. Dette afsnit er en meget grundlæggende introduktion til et kompliceret emne.

Naturligvis tager det meget varme at smelte klipper. Jorden har en masse varme inde, nogle af den er tilbage fra planetens dannelse, og nogle af den genereres ved radioaktivitet og andre fysiske midler. Selvom hovedparten af ​​vores planet - kappe

Magma opstår på alle tre måder - ofte alle tre på én gang - når den øverste mantel omrøres af pladetektonik.

Varmeoverførsel: En stigende magma-krop - en indtrængen - udsender varme til de koldere klipper omkring det, især når indtrængen stivner. Hvis disse klipper allerede er på randen til smeltning, er den ekstra varme alt hvad det kræver. Sådan forklares ofte rhyolitiske magmas, typiske for kontinentale interiører.

Dekompression smeltende: Hvor to plader trækkes fra hinanden, stiger mantlen nedenunder ind i kløften. Når trykket reduceres, begynder klippen at smelte. Smeltning af denne type sker dernæst, uanset hvor plader strækkes fra hinanden - ved forskellige marginer og områder med kontinentale og bagbueudvidelse (lære mere om divergerende zoner).

Flux-smeltning: Overalt hvor vand (eller andre flygtige stoffer som kuldioxid eller svovlgasser) kan omrøres i en sten, er virkningen på smeltning dramatisk. Dette tegner sig for den rigelige vulkanisme i nærheden af ​​subduktionszoner, hvor faldende plader nedbringer vand, sediment, kulstofholdigt stof og hydreret mineral med dem. De flygtige stoffer frigivet fra den synkende plade stiger ind i den overliggende plade, hvilket giver anledning til verdens vulkanske buer.

Sammensætningen af ​​en magma afhænger af den type klippe, den smeltede fra, og hvor fuldstændigt den smeltede. De første bit, der smelter, er rigest på silica (mest felsic) og lavest i jern og magnesium (mindst mafisk). Så ultramafisk mantelsten (peridotit) giver en mafisk smelt (gabbro og basalt), der danner de oceaniske plader ved midterhavsryggene. Mafisk sten giver en felsisk smelte (andesite, rhyolite, granitoid). Jo større smeltegraden er, jo mere ligner en magma dens kildesten.

Når magma dannes, prøver den at stige. Opdrift er magma's primære mover, fordi smeltet sten altid er mindre tæt end fast sten. Stigende magma har en tendens til at forblive flydende, selvom den afkøles, fordi den fortsætter med at dekomprimere. Der er dog ingen garanti for, at en magma når overfladen. Plutoniske klipper (granit, gabbro osv.) med deres store mineralkorn repræsenterer magmas, der frøs meget langsomt dybt under jorden.

Vi ser almindeligvis på magma som store smeltekropper, men den bevæger sig opad i slanke bælge og tynde strengere, og optager skorpen og den øvre kappe, som vand fylder en svamp. Vi ved dette, fordi seismiske bølger bremser ned i magma-kroppe, men ikke forsvinder som de ville i en væske.

Vi ved også, at magma næppe nogensinde er en simpel væske. Tænk på det som et kontinuum fra bouillon til gryderet. Det beskrives normalt som en grus med mineralkrystaller, der transporteres i en væske, nogle gange også med gasbobler. Krystallerne er normalt tættere end væsken og har en tendens til langsomt at sætte sig nedad, afhængigt af magmas stivhed (viskositet).

Magmas udvikler sig på tre hovedmåder: de ændrer sig, når de langsomt krystalliseres, blandes med andre magmas og smelter klipperne omkring dem. Sammen kaldes disse mekanismer magmatisk differentiering. Magma kan stoppe med differentiering, slå sig ned og størkne til en plutonisk klippe. Eller det kan komme ind i en sidste fase, der fører til udbrud.

1. Magma krystalliseres, når det afkøles på en temmelig forudsigelig måde, som vi har udarbejdet ved eksperiment. Det hjælper med at tænke på magma ikke som et simpelt smeltet stof, som glas eller metal i et smelteværk, men som en varm opløsning af kemiske elementer og ioner, der har mange muligheder, når de bliver mineraliske krystaller. De første mineraler til at krystallisere er dem med mafiske sammensætninger og (generelt) høje smeltepunkter: olivin, pyroxenog calciumrige plagioklas. Væsken, der efterlades, ændrer derefter sammensætningen på den modsatte måde. Processen fortsætter med andre mineraler, hvilket giver en væske med mere og mere silica. Der er mange flere detaljer, som stødende petrologer skal lære i skolen (eller læse om "Bowen-reaktionsserien"), men det er kernen i krystalfraktionering.
2. Magma kan blandes med en eksisterende krop magma. Hvad der derefter finder sted er mere end blot at omrøre de to smelter sammen, fordi krystaller fra den ene kan reagere med væsken fra den anden. Invadereren kan give energi til den ældre magma, eller de kan danne en emulsion med klatter af den ene flydende i den anden. Men det grundlæggende princip for magma blanding er enkel.
3. Når magma invaderer et sted i den solide skorpe, påvirker det den "landsten", der findes der. Dens varme temperatur og dets lække flygtige stoffer kan få dele af landstenen - normalt den felsiske del - til at smelte og trænge ind i magmaen. Xenoliths - hele bunker af country rock - kan også komme ind i magmaen på denne måde. Denne proces kaldes assimilation.

Den sidste fase af differentiering involverer de flygtige. Vandet og gasserne, der opløses i magma, begynder til sidst at boble ud, når magmaen stiger nærmere overfladen. Når dette starter, stiger aktiviteten i en magma dramatisk. På dette tidspunkt er magma klar til den løbskproces, der fører til udbrud. Fortsæt til denne del af historien Vulkanisme i et nøddeskal.