Magma versus Lava: Hvordan det smelter, reiser seg og utvikler seg

I lærebokbildet av bergsyklus, alt starter med smeltet underjordisk bergart: magma. Hva vet vi om det?

Magma er mye mer enn lava. Lava er navnet på smeltet stein som har brutt ut på jordoverflaten - det rødglødende materialet som søl fra vulkaner. Lava er også navnet på den resulterende solide fjellet.

I kontrast er magma usett. Enhver berg underjordisk som er helt eller delvis smeltet, kvalifiserer som magma. Vi vet at det eksisterer fordi alle vulkansk bergart størknet fra smeltet tilstand: granitt, peridotitt, basalt, obsidian og alt det andre.

Geologer kaller hele prosessen med å lage smelter magmagenesis. Denne delen er en veldig grunnleggende introduksjon til et komplisert emne.

Det er klart det tar mye varme å smelte steiner. Jorden har mye varme inne, noe av det som er igjen fra planetens formasjon og noe av det generert av radioaktivitet og andre fysiske midler. Selv om hoveddelen av planeten vår - the mantelen, mellom den steinete skorpe og jernet

Magma oppstår på alle tre måter - ofte alle tre samtidig - mens den øvre mantelen røres av platetektonikk.

Varmeoverføring: En stigende magma - en inntrenging - sender varme ut til de kaldere bergarter rundt seg, spesielt når inntrengingen stivner. Hvis disse steinene allerede er på grensen til å smelte, er den ekstra varmen alt du trenger. Slik forklares ofte rolitiske magmas, typiske for kontinentale interiører.

Dekompresjonssmelting: Der to plater trekkes fra hverandre, stiger mantelen under seg inn i gapet. Når trykket reduseres, begynner berget å smelte. Smelting av denne typen skjer, uansett hvor plater er strukket fra hverandre - i forskjellige marginer og områder med kontinental og bakbueutvidelse (lære mer om divergerende soner).

Flux smelting: Uansett hvor vann (eller andre flyktige stoffer som karbondioksid eller svovelgasser) kan røres inn i et bergart, er effekten på smeltingen dramatisk. Dette står for den store vulkanismen i nærheten av subduksjonssoner, der synkende plater fører ned vann, sediment, karbonholdig materiale og hydrert mineral. De flyktige stoffene som frigjøres fra den synkende platen stiger opp i den overliggende platen, noe som gir opphav til verdens vulkanbuer.

Sammensetningen av en magma avhenger av hvilken type berg den smeltet fra og hvor fullstendig den smeltet. De første bitene som smelter, er rikest på silika (mest felsisk) og lavest på jern og magnesium (minst mafisk). Så ultramafisk mantelberg (peridotitt) gir en mafisk smelte (gabbro og basalt), som danner de oseaniske platene ved midthavets rygger. Mafisk berg gir en felsisk smelte (andesitt, rhyolite, granitoid). Jo større smeltegrad, jo mer ligner en magma på kildebergarten.

Når magma dannes, prøver den å reise seg. Oppdrift er den viktigste drivkraften for magma fordi smeltet stein alltid er mindre tett enn fast fjell. Stigende magma har en tendens til å forbli flytende, selv om den avkjøles fordi den fortsetter å dekomprimere. Det er imidlertid ingen garanti for at en magma når overflaten. Plutoniske bergarter (granitt, gabbro og så videre) med de store mineralkornene representerer magmas som frøs, veldig sakte, dypt under jorden.

Vi ser ofte på magma som store smelter, men den beveger seg oppover i slanke belter og tynne strengere, og opptar skorpen og den øvre mantelen som vann fyller en svamp. Vi vet dette fordi seismiske bølger går tregere i magma kropper, men ikke forsvinner som de ville gjort i en væske.

Vi vet også at magma nesten aldri er en enkel væske. Tenk på det som et kontinuum fra buljong til lapskaus. Det er vanligvis beskrevet som en mos av mineralkrystaller som er båret i en væske, noen ganger med boble av gass også. Krystallene er vanligvis tettere enn væsken og har en tendens til å sette seg sakte nedover, avhengig av magmaens stivhet (viskositet).

Magmas utvikler seg på tre hovedmåter: de endrer seg når de sakte krystalliseres, blandes med andre magmas og smelter steinene rundt dem. Til sammen kalles disse mekanismene magmatisk differensiering. Magma kan slutte med differensiering, slå seg ned og størkne til en plutonisk bergart. Eller det kan komme inn i en sluttfase som fører til utbrudd.

1. Magma utkrystalliserer når det avkjøles på en ganske forutsigbar måte, slik vi har jobbet ut med eksperiment. Det hjelper å tenke på magma ikke som et enkelt smeltet stoff, som glass eller metall i et smelteverk, men som en varm løsning av kjemiske elementer og ioner som har mange alternativer når de blir mineral krystaller. De første mineralene som krystalliserer er de med mafiske sammensetninger og (generelt) høye smeltepunkter: olivin, pyroksen, og kalsiumrik plagioklas. Væsken som etterlates, endrer deretter sammensetning på motsatt måte. Prosessen fortsetter med andre mineraler, og gir en væske med mer og mer silika. Det er mange flere detaljer som vulkanske petrologer må lære på skolen (eller lese om "Bowen Reaction Series"), men det er kjernen i krystallfraksjonering.
2. Magma kan blandes med en eksisterende kropp av magma. Det som skjer da er mer enn bare å røre sammen de to smeltene, fordi krystaller fra den ene kan reagere med væsken fra den andre. Inntrengeren kan gi den eldre magmaen energi, eller de kan danne en emulsjon med klatter av den ene som flyter i den andre. Men det grunnleggende prinsippet om magma miksing er enkelt.
3. Når magma invaderer et sted i den solide jordskorpen, påvirker den "countryrock" som finnes der. Den varme temperaturen og dens lekker flyktige stoffer kan føre til at deler av landbergarten - vanligvis den felsiske delen - smelter og kommer inn i magmaen. Xenoliths - hele biter av countryrock - kan komme inn i magmaen på denne måten også. Denne prosessen kalles assimilering.

Den siste fasen av differensiering involverer de flyktige. Vannet og gassene som blir oppløst i magma begynner etter hvert å boble ut etter hvert som magmaen stiger nærmere overflaten. Når det starter, øker tempoet i en magma dramatisk. På dette tidspunktet er magma klar for den løpsk prosessen som fører til utbrudd. Fortsett til denne delen av historien Vulkanisme i et nøtteskall.