Magma versus láva: Jak se to taje, stoupá a vyvíjí

V učebnici obrázek rockový cyklus, všechno začíná roztavenou podzemní horninou: magma. Co o tom víme?

Magma je mnohem víc než láva. Láva je název pro roztavenou horninu, která vypukla na zemský povrch - rudý horký materiál vycházející ze sopek. Láva je také název výsledné pevné skály.

Naproti tomu magma není vidět. Jakékoli skalní podzemí, které je úplně nebo částečně roztavené, se považuje za magma. Víme, že existuje, protože každý vyvřelý horninový typ ztuhlý z roztaveného stavu: žula, peridotit, čedič, obsidián a všechny ostatní.

Geologové nazývají celý proces výroby taveniny magmageneze. Tato část je velmi jednoduchým úvodem do složitého tématu.

Roztavení hornin samozřejmě vyžaduje hodně tepla. Země má uvnitř hodně tepla, část z toho zbyla z formace planety a část z ní byla vytvořena radioaktivitou a jinými fyzickými prostředky. Nicméně, i když většina naší planety - plášť, mezi skalnatými kůra a železo jádro - má teploty dosahující tisíce stupňů, je to pevná skála. (To víme, protože přenáší vlny zemětřesení jako pevná látka.) To proto, že vysoký tlak působí proti vysoké teplotě. Jinak řečeno, vysoký tlak zvyšuje teplotu tání. Vzhledem k této situaci existují tři způsoby, jak vytvořit magma: zvýšit teplotu nad bod tání nebo snižte teplotu tání snížením tlaku (fyzikální mechanismus) nebo přidáním tavidla (chemikálie) mechanismus).

Magma vzniká všemi třemi způsoby - často všechny tři najednou -, jak je horní plášť promícháván deskovou tektonikou.

Přenos tepla: Stoupající tělo magmatu - narušení - vysílá teplo do chladnějších hornin kolem něj, zejména když ztuhne. Pokud jsou tyto skály již na pokraji tání, je potřeba jen další teplo. Takto jsou často vysvětlovány rhyolitické magmy typické pro kontinentální interiéry.

Dekompresní tání: Tam, kde jsou dvě desky roztaženy, plášť stoupá do mezery. Když se tlak sníží, skála se začne tavit. Tání tohoto typu se pak stane, kdekoli jsou desky roztaženy od sebe - na odlišných okrajích a oblastech kontinentálního a zpětného oblouku (více informací o divergentní zóny).

Tavení tavidla: Kdekoli může být voda (nebo jiné těkavé látky, jako je oxid uhličitý nebo sírové plyny) přimíchána do tělesa horniny, je účinek na tání dramatický. Toto odpovídá velkému sopečnému prostředí poblíž subduction zón, kde sestupné desky nesou s sebou vodu, sediment, uhlíkaté látky a hydratovaný minerál. Těkavé látky uvolněné z klesajícího plechu stoupají do překrývajícího plechu, což vede ke vzniku světových vulkanických oblouků.

Složení magmatu závisí na typu horniny, z níž se taví, a na tom, jak úplně se taví. První kousky, které se taví, jsou nejbohatší na oxid křemičitý (nejvíce felsický) a nejnižší na železo a hořčík (nejméně mafický). Ultramafická plášťová hornina (peridotit) poskytuje mafickou taveninu (gabbro a čedič), které tvoří oceánské desky na středních oceánských hřebenech. Mafická hornina produkuje felsickou taveninu (andesit, rolyolit, granitoid). Čím vyšší je stupeň tání, tím více se magma podobá své zdrojové skále.

Jakmile se vytvoří magma, snaží se vstát. Vztlak je hlavním tahounem magmatu, protože roztavená hornina je vždy méně hustá než pevná hornina. Rostoucí magma má sklon zůstat tekutinou, i když se chladí, protože se stále rozkládá. Neexistuje však žádná záruka, že se magma dostane na povrch. Plutonické horniny (žula, gabbro atd.) se svými velkými minerálními zrny představují magmy, které ztuhly, velmi pomalu, hluboko pod zemí.

Běžně si představujeme magma jako velká těla taveniny, ale pohybuje se vzhůru v tenkých luscích a tenkých strunách, zabírá kůru a horní plášť jako voda vyplňuje houbu. To víme, protože seismické vlny zpomalují v tělech magmatu, ale nezmizí, jako by v tekutině.

Víme také, že magma je stěží jednoduchá tekutina. Přemýšlejte o tom jako o kontinuu z vývaru na dušené maso. Obvykle se popisuje jako kaše minerálních krystalů nesených v kapalině, někdy is bublinami plynu. Krystaly jsou obvykle hustší než kapalina a mají tendenci se pomalu usazovat směrem dolů, v závislosti na tuhosti magmatu (viskozitě).

Magmy se vyvíjejí třemi hlavními způsoby: mění se, jak pomalu krystalizují, mísí se s jinými magmy a roztavují skály kolem nich. Společně se tyto mechanismy nazývají magmatická diferenciace. Magma se může zastavit s diferenciací, usadit se a ztuhnout na plutonickou skálu. Nebo může vstoupit do závěrečné fáze, která vede k erupci.

1. Magma krystalizuje, protože se ochlazuje poměrně předvídatelným způsobem, jak jsme experimentovali. Pomáhá myslet na magma ne jako na prostou roztavenou látku, jako je sklo nebo kov v huti, ale jako horké řešení chemických prvků a iontů, které mají mnoho možností, protože se stávají minerálními krystaly. První minerály, které krystalizují, jsou minerály s mafickým složením a (obecně) vysokými body tání: olivine, pyroxena bohaté na vápník plagioklas. Kapalina, která zbyla, mění složení opačným způsobem. Proces pokračuje s jinými minerály, čímž se stále více získává kapalina silika. Existuje mnoho dalších podrobností, které se musí nesmírní petrologové ve škole učit (nebo číst o „Bowenova reakční řada"), ale to je podstata krystalová frakcionace.
2. Magma se může mísit s existujícím tělem magmatu. To, co se potom stane, je víc než pouhé smíchání těchto dvou tavenin, protože krystaly z jednoho mohou reagovat s kapalinou z druhého. Útočník může povzbudit starší magma, nebo může vytvořit emulzi s kuličkami jedné plovoucí v druhé. Ale základní princip míchání magmat je jednoduché.
3. Když magma napadne místo v pevné kůře, ovlivňuje tam existující „country rock“. Jeho horká teplota a unikající těkavé látky mohou způsobit roztavení částí horniny země - obvykle felsické části - a vstoupit do magmatu. Xenolity - celé kusy country rocku - se tak mohou dostat do magmatu. Tento proces se nazývá asimilace.

Poslední fáze diferenciace zahrnuje těkavé látky. Voda a plyny, které jsou rozpuštěny v magmatu, se nakonec začnou bublinovat, jakmile magma stoupá blíže k povrchu. Jakmile to začne, tempo činnosti magmatu dramaticky vzroste. V tomto okamžiku je magma připravena na útěk, který vede k erupci. V této části příběhu pokračujte Vulkanismus v kostce.