Магма

Магма — растопен карпен материјал кој се наоѓа под Земјината површина (или површината на некоја друга терестричка планета), а многу често се собира во магматски комори. Може да содржи распрскани крути делови (ситни кристали) и волатилен материјал (стопени гасови, најчесто H₂O i CO₂) ^[1]. По дефиниција, сите магматски стени настанале од магма.

Магмата е сложен високотемпературен флуиден материјал. Температурите на повеќето магми се движат во распон од 650°C до 1300 °C, но многу ретките материјали од растопен карбонатит може да бидат дури 600 °C ладни, додека растопените коматитни материјали може да бидат 1600 °C жешки. Повеќето се растопени силикатни материјали ^[2].

Магмата може да продре во соседните стенски тела, како и да се излее на површината во облик на лава.

Создадената магма и околините во кои се создава се поврзани. Тие околини ги вклучуваат зоните на подвлекување, зоните на континентално браздење (англиски: continental rifting) ^[3], средноокеански гребени како и врелите точки, од кои некои се толкувани како плаштови перјаници (англиски: mantle plume). Составот на магмата може да еволуира со фракциска кристализација, со контаминација како и со мешање на магми.

Топење на цврстата карпа

Топењето на цврстата карпа, процесот со кој настанува магмата, е контролирано од три физички параметри: температурата, притисокот и составот на карпа.

Температура

На кој било притисок и за кој било состав на карпата, растењето на температурата која ја поминува линијата на солидусот, ќе предизвика топење. Внатре во цврстата Земја, температурата на карпата е контролирана од геотермалниот градиент и радиоактивниот распад во карпата. Геотермалниот градиент во просек изнесува околу 25 °C/km, но варира од 5-10 °C/km во океанските ендеци (зоните на подвлекување) до 30-80 °C/km под средноокеанските гребени како и под вулканските лакови.

Притисок

Топење може да се случи поради издигнување на карпата (заради што доаѓа до смалување на притисокот) со процес кој се нарекува декомпресиско топење ^[4].

Состав

Обично многу е тешко значително да се промени составот на големи маси стени, па составот е главен параметар кој контролира дали карпата ќе се растопи во дадените услови на притисокот и температурата. Како состав на карпата може да се сметаат и волатилните фази како вода и јаглерод диоксид.

Присутноста на волатилните фази во карпата под некој притисок може да го стабилизира растопениот дел. Присутност од само 0,8% вода може да ја смали температурата на топење дури за 100 °C. Обратно, загубата на вода и волатили од магмата може да предизвика смрзнување и стврднување.

Делумно топење

Топењето на карпата е постепено и растечко – поголемиот број стени во составот имаат неколку минерали, од кои сите имаат различни температури на топење, па фазните дијаграми кои го контролираат топењето главно се многу сложени. Како што карпата се топи, ѝ се менува волуменот. Кога е растопено доволно карпа, малечките топчиња растопина (главно сместени меѓу минералните зрна) ја поврзуваат и омекнуваат карпата. На притисоците кои владеат внатре во Земјата, доволно е само некој процент од карпата да биде растопен и растопината ќе биде истисната од изворната карпа.

Растопината може да остане на местото доволно долго да се стопи 20% или дури 35% од карпата, но многу ретко се случува овој процент да помине 50% бидејќи тогаш стопената стенска маса ќе се издигнува како дијапир, што може да предизвика понатамошно декомпресиско топење.

Примарни растопини

Примарна растопина е онаа која настанува кога се топи карпата. Примарните растопини не подлегнале на никаква диференцијација па го претставуваат почетниот состав на магмата. Во природата ретко се наоѓаат примарни растопини. Леукосомите на магматитот се примери за примарни растопини. Од посебна важност се примарните растопини кои потекнуваат од плаштот, познати под името „примитивни растопини“ или примитивни магми. Со пронаоѓањето на составот на примитивната магма од некои магматски серии можно е да се моделира составот на плаштот од кои настанала растопината, што е важно за разбирање на еволуцијата на плаштот

Родителски растопини

Кога не е можно да се најде примитивниот или примарен состав на магмата, често е корисно да се направи обид да се открие родителската растопина. Родителската растопина е состав на магмата од која посматраниот распон на геохемиски одлики на магмата е изведен со процесите на магматска диференцијација. Не мора да биде примитивна растопина.

На пример за сериите базалтни текови се смета дека се поврзани. Составот од кој би можеле да бидат произведени со фракциска кристализација се нарекува родителска растопина. Хипотезата дека делата заедничка родителска растопина може да се тестира со создавање модел на фракциска кристализација.

Геохемиски импликации од делумното топење

Степенот на делумно топење е критичен за одредување на настанатиот вид на магма. Степенот на делумно топење, кој е потребен за настанување растопина, може да се процени со пресметување на релативното обогатување на инкомпатибилните елементи во однос на компатибилните елементи. Инкомпатибилни елементи обично се калиум, бариум, цезиум, рубидиум.

Со низок степен на делумно топење во плаштот по правило се произведуваат стени кои се алкални (Ca, Na, K) и/или пералкални (висок однос Al/Si). По правило, примитивните растопини со овој состав даваат лампрофирни, лампроитни и понекогаш мафитни стени богати со нефелин како што се алкални базалти и есекситни габрои или дури карбонатит.

Пегматитите може да бидат произведени со низок степен на делумно топење на кората. Некои гранитоидни магми се еутектски (или котектски) растопини, па можат да бидат произведени со низок до висок степен на делумно топење на кората, како и со фракциска кристализација. При високи степени на делумно топење на кората можат да бидат произведени гранитоиди како тоналит, гранодиорит и кварц-монзонит, но по правило настануваат со други механизми.

При високи степени на делумно топење настануваат коматити и пикрити.

Состав, структура и својства на растопините

Силикатните растопини во најголем дел се состојат од силициум, алуминиум, алкални и земноалкални елементи (натриум, калиум, магнезиум и железо. Атомите на силициум се во тетраедарска координација со кислородот, како во готово сите силикатни минерали, но во растопината тоа уредување е сочувано на многу мали оддалечености. Физичките својства на растопините зависат од нивните атомски структури како и од температурата, притисокот и хемискиот состав ^[5].

Вискозноста е клучно својство кое помага за разбирање на однесувањето на магмата. Растопините кои содржат повеќе SiO₂ по правило се повеќе полимеризирани, со поголема поврзаност на SiO₄ на тетраедрите, заради што се повискозни. Намалувањето на водата драстично го смалува вискозноста на растопината. Високотемпературните растопини се помалку вискозни.

Во општ случај, мафитните магми, како оние од кои настанува базалтот, се пожешки и помалку вискозни од поголемиот број магми богати со SiO₂, како оние од кои настанува риолиотот. Малата вискозност води до благи, помалку експлозивни избуви.

Одлики на различни видови магми:

Ултрамафитни (пикритни)

SiO₂ < 45%

Fe-Mg >8% до 32% MgO

Температура: до 1500°C

Вискозност: многу ниска

Избувно однесување: благо или многу експлозивно (кимберлити)

Распространетост: раздвојувачки граници на плочите, врели точки, приближувачки граници на плочите; повеќето коматити и други ултрамафитни лави се со архаикархајска старост, а настанале при повисок геотермален градиент, па денес не се појавуваат.

Мафитни (базалтни)

SiO₂ < 50%

FeO и MgO по правило < 10 mas%

Температура: до ~1300°C

Вискозност: ниска

Избувно однесување: благо

Распространетост: раздвојувачките граници на плочите, врелите точки, приближувачките граници на плочите

Неутрални (андезитни)

SiO₂ ~ 60%

Fe-Mg: ~ 3%

Температура: ~1000°C

Вискозност: умерена

Избувно однесување: експлозивно

Распространетост: приближувачките граници на плочите

Фелзитни (риолитни)

SiO₂ >70%

Fe-Mg: ~ 2%

Температура: < 900°C

Вискозност: висока

Избувно однесување: експлозивно

Распространетост: врели точки во континенталната кора (Јелоустоун), зоните на континентално браздење, островски лакови

Наводи

↑ Spera, Frank J. (2000), „Physical Properties of Magma“, Во Sigurdsson, Haraldur (editor-in-chief) (уред.), Encyclopedia of Volcanoes, Academic Press, стр. 171–190, ISBN 978-0126431407
↑ Popp, B. N. (September 2007). „Igneous Rocks“ (PDF). Geology Course Lecture in PowerPoint. School of Ocean and Earth Science and Technology, University of Hawai‘i at Manoa. Посетено на 16 October 2015.
↑ Foulger, G.R. (2010). Plates vs. Plumes: A Geological Controversy. Wiley–Blackwell. ISBN 978-1-4051-6148-0.
↑ Geological Society of America, Plates, Plumes, And Paradigms, pp. 590 ff., 2005, ISBN 0-8137-2388-4
↑ Watson, E. B.; Hochella, M. F. and Parsons, I. (editors), Glasses and Melts: Linking Geochemistry and Materials Science, Elements, volume 2, number 5, (October 2006) pp. 259–297

[eov-1] Spera, Frank J. (2000), „Physical Properties of Magma“, Во Sigurdsson, Haraldur (editor-in-chief) (уред.), Encyclopedia of Volcanoes, Academic Press, стр. 171–190, ISBN 978-0126431407

[MostMagmasSilicate-2] Popp, B. N. (September 2007). „Igneous Rocks“ (PDF). Geology Course Lecture in PowerPoint. School of Ocean and Earth Science and Technology, University of Hawai‘i at Manoa. Посетено на 16 October 2015.

[Foulger-3] Foulger, G.R. (2010). Plates vs. Plumes: A Geological Controversy. Wiley–Blackwell. ISBN 978-1-4051-6148-0.

[4] Geological Society of America, Plates, Plumes, And Paradigms, pp. 590 ff., 2005, ISBN 0-8137-2388-4

[5] Watson, E. B.; Hochella, M. F. and Parsons, I. (editors), Glasses and Melts: Linking Geochemistry and Materials Science, Elements, volume 2, number 5, (October 2006) pp. 259–297

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]