Что такое магма: определение. что такое магма и лава

Что из себя представляет магма

Наша планета, как известно, не твердая целиком, а напоминает яйцо, где тонкая «скорлупа» — кора — покрывает вязкий слой мантии. Она очень горячая — до нескольких тысяч градусов, но температура на разных глубинах различается. У ядра она достигает максимума, а, по мере приближения к верхним слоям, уменьшается. По этой причине в веществе наблюдается постоянное перемешивание масс: холодные опускаются, а горячие устремляются вверх. Достигая нижней части «скорлупы» — одной из литосферных плит, массы некоторое время движутся горизонтально, увлекая за собой саму плиту. Сталкиваясь между собой, плиты наползают одна на другую, и кромка одной из них оказывается погруженной в мантию. Породы начинают плавиться, и тогда образуется густая масса — магма, которая содержит:

• расплавленные породы;
• газы;
• воду.

Плотность ее гораздо меньше, поэтому она поднимается к поверхности, заполняя естественные резервуары коры — магматические очаги.

Такие места образуются вдоль линии соприкосновения плит, и по мере увеличения объема, вещество стремится вырваться через трещины. Когда магма находит слабое место, то прорывает его и вырывается на поверхность. Это явление называется извержением вулкана.

Как магма вызывает извержения вулканов?

Извержения вулканов напрямую связаны с магмой, находящейся в подземных резервуарах под их основанием. В связи с тектоническими процессами в недрах Земли (движением плит, землетрясениями) она попадает в эти резервуары и полностью их наполняет.

Когда подземные камеры уже не в силах вместить новые порции расплавов, магма вырывается на поверхность через вулканические каналы. Поскольку такие процессы цикличны, ученые научились предсказывать извержения некоторых вулканов.

Иногда извержения связаны с процессами, происходящими внутри магматического очага. Если температура в нем начинает снижаться, то магма кристаллизуется и опускается на дно. При погружении она вытесняет в верхнюю часть более легкие элементы, которые оказывают давление на «крышку» подземной камеры и со временем срывают ее. В итоге начинается извержение.

В некоторых случаях магма не погружается, а смешивается с другими породами, но результат оказывается таким же – высокое давление в резервуаре приводит к прорыву его верхней части и излиянию магмы через вулканическое жерло.

Происхождение магмы при частичном плавлении

Частичное плавление

Плавление твердых пород с образованием магмы контролируется тремя физическими параметрами: температурой, давлением и составом. Наиболее распространенными механизмами генерации магмы в мантии являются , нагрев (например, за счет взаимодействия с горячим мантийным плюмом ) и опускание солидуса (например, за счет изменений состава, таких как добавление воды). Механизмы обсуждаются далее в статье для магматических пород .

Когда горные породы плавятся, они делают это медленно и постепенно, потому что большинство горных пород состоит из нескольких минералов , каждый из которых имеет разную температуру плавления; более того, физические и химические отношения, контролирующие плавление, сложны. Например, при плавлении горной породы ее объем изменяется. Когда достаточно породы расплавлено, маленькие шарики расплава (обычно возникающие между минеральными зернами) соединяются и размягчают породу. Под давлением внутри земли даже доли процента частичного плавления может быть достаточно, чтобы заставить расплав выдавиться из его источника. Расплавы могут оставаться на месте достаточно долго, чтобы плавиться до 20% или даже 35%, но горные породы редко расплавляются более чем на 50%, потому что в конечном итоге расплавленная горная масса превращается в месиво из кристаллов и расплавов, которое затем может массово подниматься в виде диапир , который затем может вызвать дальнейшее декомпрессионное плавление.

Геохимические последствия частичного плавления

Степень частичного плавления имеет решающее значение для определения характеристик производимой им магмы, а вероятность того, что расплав образуется, отражает степень вовлечения несовместимых и совместимых элементов . Несовместимые элементы обычно включают калий , барий , цезий и рубидий .

Типы горных пород, образующиеся при небольших степенях частичного плавления в мантии Земли , обычно являются щелочными ( Ca , Na ), калиевыми ( K ) или щелочными (в которых отношение алюминия к кремнезему высокое). Как правило, примитивные расплавы этой композиции формы лампрофира , лампроит , кимберлитов и иногда нефелин водоносного мафических пород , таких как щелочные базальты и essexite габбро или даже карбонатитовый .

Пегматит может быть получен при низких степенях частичного плавления корки. Некоторые магмы гранитного состава являются эвтектическими (или котектическими) расплавами, и они могут образовываться в результате частичного плавления коры от низкой до высокой, а также путем фракционной кристаллизации . При высоких степенях частичного плавления коры могут образовываться гранитоиды, такие как тоналит , гранодиорит и монцонит , но для их образования обычно важны другие механизмы.

Процесс затвердевания

Расплав магмы состоит из жидкостей, газов, твердых кристаллов, находящихся в некоем равновесном состоянии. Под воздействием окружающей среды объем магмы склонен эволюционировать. Одни кристаллы минералов расплавляются, другие – вновь возникают.

Что значит магма? Это довольно сложный раствор, в котором выпадение твердых кристаллов подчиняется физическим и химическим законам. Но даже в одной и той же магме состав иногда меняется под действием температур и давления.

Скорость потока изливающейся магмы иногда достигает 30 км/ч, температура – до 1250 градусов. В жидком виде магма сохраняется до температуры примерно 600 градусов, а потом начинает отвердевать.

При этом полезные ископаемые кристаллизируются и концентрируются на отдельных участках продвижения, образуя эндогенные месторождения железа, цветных и драгоценных металлов, алмазов. Эти магматические образования возникают в расслоенных комплексах породы.

Чем является магма

Проснувшись, вулкан убивал лавой и пеплом (магмой, вышедшей из жерла вулкана) целые страны и города. Большинство древних цивилизаций считало, что так происходит из-за того, что они чем-то прогневали богов, но что происходит на самом деле?

Вспомните из урока географии, что земля в целом состоит из:

• литосферы — внешней и самой тонкой оболочки земли (она вся в трещинах и напоминает яйцо после Пасхи);
• мантии — средней и толстой оболочки, температура её достаточно высока; чем мантия ближе к ядру, тем она горячее (при этом, благодаря законам физики, теплые массы стремятся вверх, а холодные — вниз);
• ядра — центра нашей планеты, обладающего огромной температурой и давлением.

Теперь, когда вы вспомнили это, будет просто понять, что такое магма. Итак, мантия как бы «плывет» параллельно литосфере, потом остывает и начинает постепенно двигаться вниз, с ней же вынуждены отправиться и тонкие куски земной коры, происходит что-то вроде наслоения её кусков. Литосфера, погруженная в мантию, плавится, так и образуется магма.

Происхождение

Дело в том, что внутри земной шар раскален. Жар плавит земные породы, которые в результате находятся внутри в жидком состоянии. Что такое магма? Это жидкий камень, заключенный в более твердую окружающую его оболочку. Она по весу значительно легче этой оболочки. Поэтому и поднимается наверх под возникающим давлением. Иногда магма не извергается наружу, постепенно остывая где-то глубоко под землей и затвердевая. Так в течение тысячелетий образуются горы. Иногда твердые и более холодные породы не могут противостоять высокому давлению магмы изнутри. Возникают разломы, через которые магма вырывается, изливается наружу. Она, находясь все еще в жидком состоянии, растекается по земле.

Использование магмы для производства энергии

В рамках проекта « Исландское глубокое бурение» во время бурения нескольких скважин на 5000 метров в попытке использовать тепло в вулканической породе под поверхностью Исландии в 2009 году был обнаружен карман магмы на высоте 2100 метров. Потому что это был только третий раз в истории человечества. Когда магма была достигнута, IDDP решила инвестировать в отверстие, назвав его IDDP-1.

В скважине был сооружен цементированный стальной корпус с перфорацией на дне рядом с магмой. Высокие температуры и давление магматического пара использовались для выработки 36 МВт электроэнергии, что сделало IDDP-1 первой в мире геотермальной системой, усиленной магмой.

Миграция и затвердевание магм

Магма развивается в мантии или коре, где температура и давление благоприятствуют расплавленному состоянию. После образования магма плавно поднимается к поверхности Земли. По мере того, как магма мигрирует через кору, она может накапливаться и находиться в магматических очагах (хотя недавние исследования предполагают, что магма может храниться в транскоровых зонах, богатых кристаллами, а не преимущественно в камерах жидкой магмы). Магма может оставаться в камере до тех пор, пока она не остынет и не кристаллизуется, образуя вулканическую породу, она не извергнется как вулкан или не перейдет в другую магматическую камеру. Существует два известных процесса, с помощью которых изменяется магма: кристаллизация внутри коры или мантии с образованием плутона , или извержением вулкана стать лавой или тефрой .

Плутонизм

Когда магма остывает, она начинает образовывать твердые минеральные фазы. Некоторые из них оседают на дне магматического очага, образуя кумуляты, которые могут образовывать основные слоистые интрузии . Магма, которая медленно остывает в магматическом очаге, обычно заканчивается образованием тел из плутонических пород, таких как габбро , диорит и гранит , в зависимости от состава магмы. В качестве альтернативы, если магма извергается, она образует вулканические породы, такие как базальт , андезит и риолит (экструзионные эквиваленты габбро, диорита и гранита соответственно).

Вулканизм

Во время извержения вулкана магма, выходящая из-под земли, называется лавой . Лава остывает и затвердевает относительно быстро по сравнению с подземными телами магмы. Такое быстрое охлаждение не позволяет кристаллам вырасти большими, а часть расплава вообще не кристаллизуется, превращаясь в стекло. Камни, в основном состоящие из вулканического стекла, включают обсидиан , шлак и пемзу .

До и во время извержений вулканов летучие вещества, такие как CO ₂ и H ₂ O, частично покидают расплав в результате процесса, известного как распад . Магма с низким содержанием воды становится все более вязкой . Если при извержении вулкана, когда магма устремляется вверх, происходит массовое распадение, то в результате извержение обычно носит взрывной характер.

Физико-химические свойства магмы

Большинство магматических жидкостей богато кремнеземом . Силикатные расплавы состоят в основном из кремния , кислорода , алюминия , железа , магния , кальция , натрия и калия . Физическое поведение расплавов зависит от их атомных структур, а также от температуры, давления и состава.

Вязкость — ключевое свойство расплава для понимания поведения магм. Более богатые кремнеземом расплавы обычно более полимеризованы, с большим количеством связей между тетраэдрами кремнезема и поэтому более вязкие. Растворение воды резко снижает вязкость расплава. Более высокотемпературные расплавы менее вязкие. Кроме того, силикатный расплав (жидкая фаза магмы) является вязкоупругим , что означает, что он течет как жидкость при низких напряжениях, но как только приложенное напряжение превышает критическое значение, расплав не может достаточно быстро рассеять напряжение за счет одной только релаксации, что приводит к кратковременному разрушению. размножение. Как только напряжения снижаются ниже критического порога, расплав снова вязко расслабляется и залечивает трещину.

Вообще говоря, больше основных магм, таких как те, которые образуют базальт , более горячие и менее вязкие, чем более богатые кремнеземом магмы, такие как те, которые образуют риолит . Низкая вязкость приводит к более мягким и менее взрывным извержениям.

Характеристики нескольких различных типов магм следующие:

Ультрабазит ( пикритический )

SiO ₂ <45%

Fe – Mg> 8% до 32% MgO

Температура: до 1500 ° C

Вязкость: очень низкая

Эруптивное поведение: мягкое или очень взрывоопасное (кимберилиты)

Распространение: расходящиеся границы плит, горячие точки, сходящиеся границы плит; коматииты и другие ультраосновные лавы в основном относятся к архейскому типу, образовались в результате более высокого геотермического градиента и в настоящее время неизвестны.

Mafic ( базальтовый )

SiO ₂ <50%

FeO и MgO обычно <10 мас.%

Температура: до ~ 1300 ° C

Вязкость: низкая

Эруптивное поведение: нежное

Распределение: расходящиеся границы плит, горячие точки, сходящиеся границы плит.

Промежуточный ( андезитовый )

SiO ₂ ~ 60%

Fe – Mg: ~ 3% th

Температура: ~ 1000 ° C

Вязкость: средняя

Эруптивное поведение: взрывное или эффузивное

Распространение: сходящиеся границы плит, островные дуги.

Фелзик ( риолит )

SiO ₂ > 70%

Fe – Mg: ~ 2%

Температура: <900 ° C

Вязкость: высокая

Эруптивное поведение: взрывное или эффузивное

Распространение: часто встречается в горячих точках континентальной коры ( Йеллоустонский национальный парк ) и в континентальных рифтах.

Температура

Температура большинства магм находится в диапазоне от 700 ° C до 1300 ° C (или от 1300 ° F до 2400 ° F), но очень редкие карбонатитовые магмы могут быть такими же холодными, как 490 ° C, а коматиитовые магмы могут быть до 1600 ° C. ° C. При любом данном давлении и для любого данного состава породы повышение температуры выше солидуса вызовет плавление. В твердой земле температура породы контролируется геотермическим градиентом и радиоактивным распадом внутри породы. Геотермический градиент в среднем составляет около 25 ° C / км с широким диапазоном от минимального значения 5–10 ° C / км в океанических желобах и зонах субдукции до 30–80 ° C / км под срединно-океаническими хребтами и средами вулканической дуги.

Сочинение

Обычно очень трудно изменить объемный состав большой массы породы, поэтому состав является основным фактором, определяющим, будет ли горная порода плавиться при любой заданной температуре и давлении. Также можно считать, что в состав породы входят летучие фазы, такие как вода и диоксид углерода .

Наличие летучих фаз в породе под давлением может стабилизировать фракцию расплава. Присутствие даже 0,8% воды может снизить температуру плавления на целых 100 ° C. И наоборот, потеря воды и летучих из магмы может привести к ее замораживанию или затвердеванию.

Также большую часть почти всей магмы составляет кремнезем , который представляет собой соединение кремния и кислорода. Магма также содержит газы, которые расширяются по мере подъема магмы. Магма с высоким содержанием кремнезема сопротивляется течению, поэтому расширяющиеся газы задерживаются в ней. Давление нарастает до тех пор, пока газы не вырвутся наружу с сильным и опасным взрывом. Магма, относительно бедная кремнеземом, течет легко, поэтому пузырьки газа проходят через нее и довольно плавно выходят.

Интересно знать о магме

И хотя о вулканах, магме и вулканических камнях слышали все, мало кто знает о следующем:

1. Магмой в Древней Греции называли жидкую смесь грязи и воды, остающуюся на горных дорогах после дождя.
2. Слово «лава» тоже имеет греческое происхождение и созвучно слову «обвал».
3. Чем больше в составе базальта, тем более вязкой и «медленной» будет лава.
4. Наличие карбонатов в составе уменьшает общую плотность и вязкость магмы.
5. Изредка встречается лава голубого цвета. Это возможно из-за высокого содержания сернистого газа, который не успевает испаряться и остается в жидком состоянии.
6. Чем больше красных оттенков в цвете лавы, тем ниже ее температура.

Состав и виды магмы

Она содержит все элементы таблицы Менделеева, за исключением некоторых редких газов. В расплавленном виде основу составляют:

• титан и алюминий;
• магний и никель;
• натрий и другие металлы.

Содержатся летучие вещества и даже вода, пребывающая в парообразном состоянии. Магму можно считать однородным веществом, но бывает, что в некоторых участках мантии, в силу физических либо химических причин, состав может отличаться. Так, исходя из преобладания некоторых компонентов, различают гранитную и базальтовую магму. В первом случае кремнезема — диоксида кремния — содержится не менее 60%, а во-втором — до 60%. Это определяет тип коры, который образуется при отвердевании магмы.

Относительно застывания и характера движения различают два типа. Эффузивную, которая или застывает в верхних отделах мантии или выходит наружу в виде лавы, и интрузивную — застывание происходит на больших глубинах. Извергаясь, потоки магмы, превращаясь в лаву, формируют горные породы, слагающие поверхность Земли.