Магматизъм и магмени скали

Науки

Магматизъм и магмени скали

Магматизмът включва физико-химичните и механичните процеси, свързани с движението и кристализацията на магмата.

Магмата е разтопена многокомпонентна огнетечна маса (топилка) която се образува в дълбоките части на земната кора или в земната мантия. Състои се главно от силикати, окиси и някои летливи вещества (въглена киселина, флуор, хлор, вода въглероден диокси и др.). Тя е подвижна и прониква в горните части на земната кора и достига земната повърхност. При това движение тя се охлажда (поради понижение на температурата на околната среда) и кристализира. Така се образуват магмените скали.

Магматизмът бива:

интрузивен (плутонизъм) - когато кристализацията и затвърдяването на магмата става преди достигането й до земната повърхност и

ефузивен магматизъм (вулканизам) - когато кристализацията и затвърдяването на магмата става на самата земна повърхност.

Състав и свойства на магмата

Основни химични и минерални компоненти

В магмената топилка преобладават силициев и алуминиев триоксид, желязни оксиди, магнезиев, калциев, калиев и натриев оксид. По-малко са титановия, мангановия, бариевия и стронциевия оксид.

При изкристализирането и охлаждането на магмата се образуват най-често силикатни минерали: фелдшпати, амфиболи, пироксени, слюди, кварц и пр. Тези съединения се намират в разтворено състояние в хомогенната огнетечна топилка - разтвор.

Магмата съдържа и разнообразни летливи вещества: вода, въглероден диоксид, флуор, хлор, хлороводородна киселина, халогенни съединения на металите, сяра, сяроводород, серен диоксид и др.

Класификация на магмите

Извършва се главно въз основа на съдържанието на силициев двуокис: ултрабазични - под 40%, базични - 40-52%, среднокисели - 52-65%,кисели - 65-75%, ултракисели - над 75%.

Температура на магмата.

За нея съдим от температурата на лавата при съвременните вулкани и от опити за установяване на точката на топене на скалообразуващите минерали в магмените скали.

Максималната температура на лавата в съвременните вулкани достига до 1200-13000 С. Течни лави с температура 7900С са се запазили неизкристализирали до месец след излива (Камчатка).

На повърхността лавата има дори по-висока температура отколкото в дълбочини - окислителните процеси повишават температурата.

Опитите със точката на топене на скалообразуващите минерали сочат, че температурата на не напълно изкристализдиралата магма се движи между 600-8700 С.

Подвижност на магмата.

Тя се определя от нейния вискозитет (жилавина). Най-лесно подвижни са базичните магми. Затова те образуват големи лавови потоци или лавови езера при достигането си на земната повърхност. Киселите лави са по-жилави и приличат по консистенция на различно гъсто тесто.

Повишеното съдържание на летливи вещества в магмата повишава нейната подвижност.

Подвижността на магмата намалява с намаляване на температурата. Така влияе и напредващата кристализация.

Повишеното хидростатично налягане повишава магмения вискозитет.

Възникване на магмените разновидности.

Сходството в особенностите и състава на някои магмени скали (най-често от съседни области) подсказва за техния родствен произход. Предполага се, че магмените разновидности са възникнали от една или няколко първични магми. Според някои това е една базична магма, според други - гранитна (кисела) и базалтова (базична) магма; според трети - голям брой родоначални магми.

Но учените са единодушни, че разнообразието на отделните магми и на тяхните скали се дължи на процесите на диференцияция, асимилация, смесване и последователност на кристализация на родоначалната магмена топилка.

Магмената диференциация е сбора от процеси водещи до разделянето на сравнително хомогенната магмена топилка на отделни фракции. От тях произлизат различните магми. Фактори при тези процеси са изменението на температурата и най-вече кристализационната диференциация.

Кристализацията на охлаждащата се магма става последователно. Най-рано изкристализират минералите, които имат най-висока точка на топене. С тяхното изкристализиране в магмената топилка възниква твърда и течна фаза.

В твърдата фаза се формира:

прекъсната редица от минерали които последователно се заместват с понижаването на температурата : оливин - пироксени - амфиболи - биотит - ортоклаз - кварц и непрекъсната редица от минерали (плагиоклази), които постепенно прехождат един от друг при повишаване на съдържанието на натриевия оксид (за сметка на калциевия оксид): анортит - битовнит - лабрадор - андезин - олигоклаз - албит.

Асимилацията на магмите е свързана с взаимодействието на внедряващата се магма и вместващите я скали. Образуване на замърсени (контаминирани) магми и магмени скали (със съдържание на калцит и някои глинести минерали).

Смесването на магми е рядко явление и то само при полутечно състояние на веществото - образуват се хибридни магмени скали. Например от базична и кисела магма да се образува хибридна среднокисела магма.

Стадийност на магмената кристализация.

Първоначално се образуват пирогенни минерали, които могат да се отделят в безводна или почти безводна топилка: оливин, пироксени, калциеви плагиоклази, магнетит, илменит. По късно от остатъчната топилка се образуват хидратогенни минерали - натриеви плагиоклази, ортоклаз, микроклин, кварц, амфиболи, слюди, гранати.

Стадии на кристализация и охлаждане на магмата.

Собственомагматичен - при температура над 8000 С - образуване на пирогенните и само някои хидратогенни минерали. Последователно се образуват: оливин, магнетит, хромит - пироксени, плагиоклази, амфиболи - ортоклаз, слюди, кварц.

Пегматитов - температура 600-8000 С - наличие на твърда фаза (вече образувани минерали), течна фаза (силикатна топилка) и газова фаза (главно водна). Изкристализират пегматитовите минерали: ортоклаз, слюди, кварц

Пневматолитов - температура 400-6000 С - образуват се турмалин, топаз, флуорит.

Хидротермален - температура под 4000 С - магмената топилка се превръща в нискотемпературен воден разтвор. Образуват се руди и хидротермални минерали, хидросиликати, карбонати, кварц.

Произход на магмата

В дълбоките части на континенталната земна кора при определени сравнително нискотемпературни условия е възможно преразтопяване на скалите и образуване на магмена топилка с кисел (гранитов) състав.

Горната част на мантията е изградена предимно от оливинови скали. Нейни част се подлагат на частично или пълно преразтопяване. В астеносферата се образуват магми с базичен състав (базалтов тип).

Ултрабазичните скали (съставени главно от оливин и пироксени) са разновидност на базичната (базалтовата) магма. Те се внедряват в горните части на литосферата.

Ефузивен магматизъм (вулканизъм)

Вулкани

Участъците на земната кора където става изливането и затвърдяването на лавата и нейните продукти се наричат вулкани или вулкански апарати. От тях перодично се изливат разтопена лава (с температура 900-13000 С), водни пари, пепел и други различни по размер скални частици. Изливането става или спокойно или с мощни взривове.

Вулканите и вулканските апарати биват:

Централни (на снимката отгоре) - изригването става през централни проводящи канали. Те представляват конусовидни възвишения със наклон на склоновете средно 30-350 (много често по-стръмни). Различава се вулканско гърло (канал по който постъпват продуктите на изригването) с кратер (горната чашовидна вдлъбнатина на гърлото), склонове (изградени от застинала лава и рахли продукти на изригванията) и странични или паразитни вулкани (второстепенни проводящи канали за изхвърляне на лава, пепел, водни пари и газове). След затихване на изригванията на местата на вулканските конуси може да се образуват калдери (котловини с 20-30 км в диаметър с плоско дъно, стръмни вътрешни склонове и овални очертания). Те биват експлозивни (продукт на взривове и изхвърляне на голямо количество скален материал от кратера) или калдери на пропадане (на слягване на централната част на вулканския конус поради образуване на подземни кухини в горната му част).

Централните вулкани биват:

взривни тръби (маари) - изхвърлят газове и пари. Кратерът е ограден от невисок вал от вулкански продукти.Размери - 250 до 3000 метра (Рейнската област в Централна Европа);

Етно-Везувийски тип (по вулканите Етна - 3300 м. и Везувий -1186 м. в Италия, както и вулканите на Камчатка) - с добре оформени вулкански конуси. Силни експлозивни изригвания с изхвърляне на газове, водни пари, много пепел, скални продукти и среднокисели до кисели лави. Последователножто изливане на порциите от лава е дало името на този тип вулкани - стратовулкани (слоисти вулкани).

Везувий

Етна

Пелейски тип (по името на вулкана Мон Пеле на остров Мартиника - Малките Антилски острови). Лавата застива още в гърлото на вулкана и образува "тапа" ("вулканска игла") която се разрушава впоследствие от натрупаните газове при мощен взрив или от процесите на изветрянето. 1902 - Мон Пеле дава газов облак (с температура 8000 С), унищожава за минути тридесетхиляден град и създава 300 метрова вулканска игла от среднокисела лава която се разрушава от изветрянето.

Мон Пеле

Бандайсански тип (по името на Байдансан - най-големия вулкан на Япония).Характерен с мощни взривове с изхвърляне на твърди скални продукти почти без лави (Бандайсан 1888 г., Кракатау - между Ява и Сематра, Катмай - Аляска и др.).

Байдансан

Хавайски тип - Хаваите:Мауна Лоа (4166 м над морското ниво и 8766 м. над океанското дъно), Килауеа (1230 м над морското ниво), Исландия. Лавата им е базична, бедна на газове с температура около 12000С, а изригванията - спокойни - лавата прелива през кратера и образува обширни лавови потоци. Те дават лавови покрови. Вулканските апарати приличат на плоски възвишения - от там и - щитовидни вулкани.

Мауна Лоа

Стромболийски тип( по името на вулкана Стромболи - Липарски острови в Средиземно море). базични лави с температура 100-11000С - много чести изригвания със слаби взривове и непрекъснато изхвърляне на газове , лавови къдсове и твърди продукти - "пушешт вулкан". При вулкана Ицалко (Централна Америка) - вече двеста години взрив и грохот на всеки 8 минути. За последните 100 години лавата и пепелта върху вулканския конеус е нараснала със 800 м. в височина.

Стромболи

пукнатинни - изливането на лава става по сравнително добре изразени големи пукнатини в земната кора. Изригват базични слабо вискозни и извънредно подвижни лави, които се разливат в лавови покрови или лавови плата с размери до 560 кв.км (Лаки, Исландия) и дебелина 1000-1500 м(Снейк Ривър, Коломбия, САЩ). Огромен по площ е лавовият покров на Деканското плато в Индия.

Вулканът Лаки в Исландия

Продукти на вулканската дейност

Течни продукти - лава. Различава се от магмата по ниското съдържание на газове и пари. Те и химическият й състав определят способността й да тече при температура над 10500С. В зависимост от наситеността си с газове лавите биват плътни и порести. Затвърдяването на лавата става от повърхността към вътрешността.

Повърхнината на лавовите потоци бива:

блокова ( при по-вискозните лави) - безпорядъчно наблъскани отделни лавови късове и блокове - агломератни лави.

вълниста (при лесно подвижните лави) - често тези лави са с непълнокристалинен строеж.

Твърди продукти - разнообразни по размер и състав късове от скали изграждащи гърлото на вулкана, парчета лава от по-стари изригвания, късчета лава застинали във върздуха при взирава. Според размерите на късчетата твърдите продукти биват:

вулканска пепел - ситни остроъгълни късчета главно от вулканско стъкло, и минерали. Падайки на земната повърхност вулканската пепел образува вулкански туфи или туфобрекчи (съдържащи по-едри късове). Във водните басейни пепелта се смесва със утаените скали и образува туфити.

вулкански пясък - съдържа зарна от 1 до 5 мм, частици от раздробена лава (вулканско стъкло и минерални зърна) или късчета от скалите във вулканското горло. Натрупва се близо до вулканския апарат.

Лапили, вулкански бомби и вулкански блокове - различно големи късове от затвърдяла след изхвърлянето във въздуха лава.Напукана повърхност. Натрупват се главно в близост с вулканския апарат.

Твърдите продукти на вулканизма се наричат вулканокластични или пирокластични.

Газови продукти - главно сяроводород, въглероден диоксид, серен диоксид, въглероден оксид, хлороводород, амоняк, водни пари.

Поствулкански явления

Отделяне на газове -

фумароли - струи от газови и водни пари, отделящи се от вътрешните склонове на кратера и дъното на вулкана. Същинските фумароли имат температура 800-4000С с високо съдържание на калиев и натриев хлорид.

сулфатари - по-ниска температура (400-1500С) - главно серен диоксид и сяроводород

мофети - температура около 1000С - главно въглероден диоксид.

гейзери - от областа Гейзер в Исландия - периодично фонтаниращи горещи извори. Водата им е богата на силициев двуокис (той може да образува гейзерит).

термални извори - водата им е по- топла от средната годишна температура (понякога достига до 1000С). Биват ювенилни (кондензация на водни пари от магмата) и вадозни (попаднали в зоните на активна вулканска дейност външни води - там те силно се минерализират)

кални вулкани - конусообразни хълмове от глинести, песъчливи скали и кал. Получават се при разрушаването на наситени с вода рахли скали под действието на нагорещени газове и водни пари. Понякога изригването е взривообразно.

Географско разпределениена вулканите

Днес са известни около 500 активни вулкана на островите и континентите. Многобройни вулкани на океанското и морските дъна.

Концентриране на океанската дейност в:

Тихоокеански пояс - 50 % от действуващите вулкани (значителна част от тях - Хавайски тип). Поясът има пръстенообразна форма.

Средиземноморско- Индонезийски пояс - максималната вулканска дейност е в двата му края - 123 надземни и 5 подводни вулкана главно от Етно-Везувийски тип. .

Атлантически пояс - централните части на океана - активните вулкани са по островите - 79 действуващи от които 35 подводни вулкана от пукнатинен и подводен тип.

Интрузивен магматизъм ( Плутонизъм)

При интрузивния магматизъм процесите се осъществяват в една практически "затворена система". Магмената кристализация и диференциация се извършват в най-завършен вид при взаимодействието с вместващите скали при висока температура и налягане. Това облагоприятствува и процесите на асимилация на части от вместващите скали.

За магматични камери огнетечната топилка използува пукнатини, кухини или разломи или пък - изграждане на собствени магматични камери, благодарение на своята механична и химична активност - огъване, раздуване, разрушаване или разтопяване на част от вместващите скали. Всички тези процеси оказват влияние върху кристализацията на магмата.

Магмени скали

Те представляват основни скални типове, изграждащи земната кора. Продукт са изключително на ендогенните земекорни процеси.

Форми на застиване.

При ефузивните скали

Лавови покрови или плата - характерни за пукнатинния тип вулкански изливи. Покриват площи до 1000 кв. км. с дебелина от 1-2 до 100 м.

Лавови потоци - при пукнатинните и централните вулкани. По-малки размери от покровите, но са по-чести. Дебелината намалява към края на потока.

Некове (гърловини) - пуровидни образувания в горните части на гърлата на централните вулкани. Биват лавови, туфови и смесени.

Вулкански игли - стърчат над гълата на някои вулкани.

Вулкански куполи - куполообразни вулкански тела в близост с кратера на вулкана - предимно от кисели скали.

При интрузивните скали - те биват съгласни и несъгласни интрузиви

Съгласни интрузиви - не секат пластовите повърхнини на вместващите ги скали

Силове - пластообразни интрузивни тела често с малка дебелина и ограничено разпространение.

Лаколити - хлебовидни или гъбоподобни тела с с плоска основа и изпъкнала горна част.

Лополити - коритоподобни тела с базичен или ултрабазичен състав.

Факолити - послойни лещовидни тела с кисел до среднокисел състав.

Несъгласни интрузиви - секат пластовите повърхнини на вместващите ги скали.

Дайки - плочообразни интрузивни теле вместени напречно или под ъгъв във вместващите ги скалби. Имат многоклратно по-голяма он дебелината дължина.

Пръстеновидни дайки - цилиндрични или конусовидни дайкови тела.

Щокове - неправилни секущи тела с различни форми и размери. Имат неправилни разклонения - апофизи .

Батолити - големи интрузивни тела - "интрезиви без корен" най - често от гранитен тип магма.

Състав на магмените скали

Химичен състав - ограничен брой елементи: кислород, силиций, алуминий, желязо, магнезий, калций, натрий, калий, водород. Те са представени главно във вид на окиси които изграждат 98% от състава на магмените скали.

Редките елементи в ултрабазичните магмени скали са хром, никел и кобалт; за базичните скали - селен, волфрам, хром, кобалт и никел; за среднокиселите -бор, флуор, ванадий, стронций, циркон; за киселите - литий, берил, бор, флуор, рубидий, олово.

Минерален състав - главно от силикатни и алумосиликатни минерали поради високото съдържание на силициев диоксид и двуалуминиев триоксид.

Скалообразуващите минерали се поделят на:

ПЪРВИЧНИ - образувани при кристализацията на магмената топилка. По значението си за изграждането на минералния състав на скалата те биват:

главни - изграждат основната част на скалата. Делят се на:

салични - с главни химични елементи силиций и алуминий - фелдшпати (санидин, ортоклаз, микроклин), плагиоклази (албит, ортоклаз, андезин, лабрадор, , битовнит, анортит), кварц и

фемични - с високо съдържание на желязо и магнезий - оливин, пироксени, амфиболи, слюди (мусковит, биотит)

второстепенни - изграждат до 10% от скалата - по състав са като главните но в други количества.

акцесорни - срещат се в незначителни количества като редки добре оформени зърна, които са характерни за дадената магмена скала - илменит, хромит, титанит, апатит, циркон, турмалин.

ВТОРИЧНИ - възникнали вследствие измененията на първичните минерали при постмагматичните процеси. - серпентини, актинолит, хлорит, епидот, серицит, каолинит

По съдържание на тегловни проценти минералите в магмените скали се подреждат фелдшпати 31, плагиоклази 29, кварц, 12.4, пироксени - 12, магнетит, хематит и илменит - 4.1, биотит - з.8, оливин - 2.6, амфибол - 1.7, мусковит - 1.4 и пр.

Фациеси на магмените скали

Фациесът са условията на средата на на скалообразуване, които се отразяват на тяхната структура и текстура. При магмените скали са налице ефузивен и интрузивен фациес.

При скалите с ефузивен фациес, поради бързото охлаждане магмата не може да изкристализира напълно. Само част от минералите са като добре оформени кристали а останалата скална маса се състои от дребни зачатъци на кристали - микролити, както и неизкристализирала (аморфна) преохладена топилка - вулканско стъкло.

При скалите с интрузивен фациес се извършва пълна кристализация на всички минерали с ясни взаимоотношения на последователността на кристализацията им.

Спорад дълбочината на затвърдяване на магмата нейният фациес бива абисален ( дълбочинен) - най-характерните интрузивни скали и хипоабисален (субвулкански) - преходен между интрузивния и ефузивния фациес .

Структура на магмените скали

Тя зависи от степента на кристалинност (респективно съдържанието на вулканско стъкло) - пълнокристалинна, непълнокристалинна и стъкловидна структура от абсолютната големина на минералните зърна - яснокристалинна (фенартитова) и скритокристалинна(афанитова) структура.

от относителната големина на минералните зърна - равномернозърнеста и неравномернозърнеста структура. Последната бива порфирна и порфироидна.

порфироидна - едри добре оформени кристали сред пълнокристалинна основна маса (при някои интрузивни масиви).

порфирна - добре оформени кристали (порфири, впръслеци) сред плътна афанитова основна маса (при хипоабисалните и вулканските скали).

Кристалографският облик - хабитус може да бъде плочест, люспест, зърнест.

Идиоморфизмът определя степента на кристалографската форма на минералите -

идиоморфни - минерали с правилни добре очертани стени

хипидиоморфни - минерали с отчасти 9 собствени стени

ксеноморфни - минерали без собствени стени.

Текстура на магмените скали.

еднородна - скалообразуващите минерали са с еднакви структурни особенности и са равномерно разпределени в скалата. Тя бива масивна и пореста ( при запълването на порите - миндална).

такситова - с промени в състава или структурата в различните части на скалата. Тя бива шлирово-такситова (с наличието на шлири, ксенолити, пегматитови гнезда и пр.) или слоисто-такситова (наличие на слоеве с различен минерален състав), кълбовидно-, линейно-, флуидално такситова.

Група фациес скала главни

минерали

габро- абисален габро плагиоклаз,

пироксен.

базалт хипоабисален габропорфирит плагиоклаз,

пироксен.

ефузивен базалт, диабаз плагиоклаз,

пироксен,

оливин.

диорит- абисален диорит плагиоклаз,

амфибол.

андезит хипоабисолен диоритов порфирит плагиоклаз,

амфибол.

ефузивен андезит плагиоклаз,

пироксен,

амфибол.

гранитоиди абисален гранит, гранодиорит плагиоклаз,

ортоклаз,

кварц,

биотит.

хипоабисален гранит-порфир, плагиоклаз, гранодиорит-порфир ортоклаз,

кварц,

биотит.

ефузивен риолит, риодацит плагиоклаз,

санидин,

кварц,

биотит,

амфибол.

монцонити абисален монцонит, сиенит плагиоклаз,

и сиенити ортоклаз,

пироксен,

биотит.

хипоабисален монцонит-порфир плагиоклаз,

сиенит-порфир пироксен,

ортоклаз,

биотит.

ефузивен шошонит, трахит плагиоклаз,

пироксен,

ортоклаз,

амфибол,

биотит.

Габро

Базалт

Диорит

Андезит

Гранит

Сиенит

Монцонит

Автор: проф. дгмн Цанко Цанков

NauchenSviat.eu

Науки