In de leerboekfoto van de rock cyclus, alles begint met gesmolten ondergronds gesteente: magma. Wat weten we ervan?
Magma en Lava
Magma is veel meer dan lava. Lava is de naam voor gesmolten gesteente dat op het aardoppervlak is uitgebarsten - het gloeiend hete materiaal dat uit vulkanen morst. Lava is ook de naam voor het resulterende vaste gesteente.
Magma is daarentegen ongezien. Elke rots die volledig of gedeeltelijk is gesmolten, komt in aanmerking als magma. We weten dat het bestaat omdat iedereen stollingsgesteente type gestold uit gesmolten toestand: graniet, peridotiet, basalt, obsidiaan en al het andere.
Hoe Magma smelt
Geologen noemen het hele proces van smelten magmagenese. Deze sectie is een zeer eenvoudige inleiding op een ingewikkeld onderwerp.
Het kost duidelijk veel warmte om rotsen te smelten. De aarde heeft veel warmte binnen, een deel ervan is overgebleven uit de formatie van de planeet en een deel is opgewekt door radioactiviteit en andere fysieke middelen. Maar hoewel het grootste deel van onze planeet - de
mantel, tussen de rotsen korst en het strijkijzer kern - heeft temperaturen die duizenden graden bereiken, het is massief gesteente. (We weten dit omdat het aardbevingsgolven als een vaste stof doorgeeft.) Dat komt omdat hoge druk hoge temperaturen tegengaat. Anders gezegd, hoge druk verhoogt het smeltpunt. Gezien die situatie zijn er drie manieren om magma te creëren: verhoog de temperatuur boven het smeltpunt, of verlaag het smeltpunt door de druk (een fysisch mechanisme) te verlagen of door een flux (een chemische stof) toe te voegen mechanisme).Magma ontstaat op alle drie manieren - vaak alle drie tegelijk - omdat de bovenste mantel wordt geroerd door plaattektoniek.
Warmteoverdracht: Een opkomend lichaam van magma - een indringer - zendt warmte uit naar de koudere rotsen eromheen, vooral als de indringing stolt. Als die rotsen al op het punt staan te smelten, is de extra warmte voldoende. Dit is hoe ritmische magma's, typisch voor continentale interieurs, vaak worden uitgelegd.
Decompressie smelten: Waar twee platen uit elkaar worden getrokken, stijgt de mantel eronder in de opening. Als de druk wordt verlaagd, begint het gesteente te smelten. Smelten van dit type gebeurt dan, overal waar platen uit elkaar worden gestrekt - bij uiteenlopende marges en gebieden van continentale en back-arc extensie (meer informatie over uiteenlopende zones).
Flux smelten: Waar water (of andere vluchtige stoffen zoals kooldioxide of zwavelgassen) in een rotsblok kunnen worden geroerd, is het effect op het smelten dramatisch. Dit verklaart het overvloedige vulkanisme in de buurt van subductiezones, waar neergaande platen water, sediment, koolstofhoudend materiaal en gehydrateerd mineraal met zich meebrengen. De vluchtige stoffen die vrijkomen uit de zinkende plaat stijgen op in de bovenliggende plaat, waardoor de vulkanische bogen van de wereld ontstaan.
De samenstelling van een magma hangt af van het soort steen waaruit het is gesmolten en hoe volledig het is gesmolten. De eerste stukjes die smelten zijn het rijkst aan silicium (het meest felsisch) en het laagst aan ijzer en magnesium (het minst mafisch). Ultramafische mantelgesteente (peridotiet) levert dus een mafische smelt op (gabbro en basalt), die de oceanische platen vormt op de mid-oceanische ruggen. Mafisch gesteente levert een felsische smelt op (andesiet, rhyoliet, granitoïde). Hoe groter de mate van smelten, hoe meer een magma lijkt op zijn brongesteente.
Hoe Magma Rises
Zodra magma zich vormt, probeert het te stijgen. Drijfvermogen is de drijvende kracht achter magma omdat gesmolten gesteente altijd minder dicht is dan vast gesteente. Stijgend magma heeft de neiging vloeibaar te blijven, zelfs als het afkoelt omdat het blijft decomprimeren. Er is echter geen garantie dat een magma de oppervlakte zal bereiken. Plutonische rotsen (graniet, gabbro enzovoort) met hun grote minerale korrels vertegenwoordigen magma's die, heel langzaam, diep onder de grond bevroor.
We stellen ons magma vaak voor als grote lichamen van smelting, maar het beweegt zich omhoog in dunne peulen en dunne stringers, waarbij het de korst en de bovenste mantel inneemt zoals water een spons vult. We weten dit omdat seismische golven in magma-lichamen vertragen, maar niet verdwijnen zoals in een vloeistof.
We weten ook dat magma bijna nooit een simpele vloeistof is. Zie het als een continuüm van bouillon tot stoofpot. Het wordt meestal beschreven als een brij van minerale kristallen in een vloeistof, soms ook met gasbellen. De kristallen zijn meestal dichter dan de vloeistof en neigen langzaam naar beneden te zakken, afhankelijk van de stijfheid (viscositeit) van het magma.
Hoe Magma evolueert
Magma's evolueren op drie belangrijke manieren: ze veranderen als ze langzaam kristalliseren, mengen met andere magma's en de rotsen om hen heen smelten. Samen worden deze mechanismen genoemd magmatische differentiatie. Magma stopt misschien met differentiëren, nestelt zich en stolt in een plutonische rots. Of het kan een laatste fase ingaan die tot uitbarsting leidt.
- Magma kristalliseert terwijl het op een redelijk voorspelbare manier afkoelt, zoals we experimenteel hebben uitgewerkt. Het helpt om magma niet te zien als een simpele gesmolten stof, zoals glas of metaal in een smelterij, maar als een hete oplossing van chemische elementen en ionen die veel opties hebben omdat ze mineraal worden Kristallen. De eerste mineralen die kristalliseren zijn die met mafische composities en (over het algemeen) hoge smeltpunten: olivijn, pyroxeenen calciumrijk plagioklaas. De achtergebleven vloeistof verandert dus op omgekeerde wijze van samenstelling. Het proces gaat verder met andere mineralen en levert een vloeistof op met steeds meer silica. Er zijn veel meer details die stoutmoedige petrologisten op school moeten leren (of lezen over "De Bowen Reaction Series"), maar dat is de kern van kristal fractionering.
- Magma kan zich vermengen met een bestaande hoeveelheid magma. Wat er dan gebeurt is meer dan simpelweg de twee melts door elkaar roeren, omdat kristallen van de ene kunnen reageren met de vloeistof van de andere. De indringer kan het oudere magma van energie voorzien, of ze kunnen een emulsie vormen met klodders van de ene die in de andere zweven. Maar het basisprincipe van magma mengen is simpel.
- Wanneer magma een plaats in de vaste korst binnendringt, beïnvloedt het de daar aanwezige "country rock". De hete temperatuur en de lekkende vluchtige stoffen kunnen ervoor zorgen dat delen van het landgesteente - meestal het felsische deel - smelten en het magma binnendringen. Xenolieten - hele stukken countryrock - kunnen ook op deze manier het magma binnenkomen. Dit proces wordt genoemd assimilatie.
De laatste fase van differentiatie betreft de vluchtige stoffen. Het water en de gassen die in magma zijn opgelost, beginnen uiteindelijk te borrelen naarmate het magma dichter bij de oppervlakte komt. Zodra dat begint, stijgt het tempo van activiteit in een magma dramatisch. Op dit punt is magma klaar voor het weggelopen proces dat tot uitbarsting leidt. Ga voor dit deel van het verhaal verder Vulkanisme in een notendop.