Магматическая дифференциация - Igneous differentiation

В геология, магматическая дифференциация, или же магматическая дифференциация, является общим термином для различных процессов, посредством которых магмы претерпевают массовые химические изменения во время частичное плавление процесс, охлаждение, размещение, или же извержение. Последовательность магм (обычно все более кислых), образованных магматической дифференциацией, известна как серия магмы.

Определения

Первичные плавки

Когда горная порода плавится, образуя жидкость, жидкость называется первичный расплав. Первичные расплавы не подверглись дифференциации и представляют собой исходный состав магмы. В природе первичные расплавы встречаются редко. Немного лейкосомы из мигматиты являются примерами первичных плавок. Первичные расплавы, полученные из мантия особенно важны и известны как примитивные плавки или примитивные магмы. Обнаружив примитивный состав магмы магматической серии, можно смоделировать состав породы, из которой образовался расплав, что важно, поскольку у нас мало прямых доказательств существования мантии Земли.

Родительские тает

Если невозможно найти примитивный или первичный состав магмы, часто бывает полезно попытаться идентифицировать исходный расплав. Родительский расплав - это состав магмы, из которого наблюдаемый диапазон химического состава магмы был получен в результате процессов магматической дифференциации. Это не обязательно должна быть примитивная плавка.

Например, серия базальт Предполагается, что потоки лавы связаны друг с другом. Композиция, из которой они могли быть разумно изготовлены фракционная кристаллизация называется родительский таяние. Чтобы доказать это, будут созданы модели фракционной кристаллизации, чтобы проверить гипотезу о том, что они имеют общий исходный расплав.

Накапливать камни

Основная статья: Накапливать камни

Фракционная кристаллизация и накопление кристаллов, образовавшихся в процессе дифференциации магматического события, известны как кумулировать камни, и те части являются первыми, которые кристаллизуются из магмы. Определение того, является ли горная порода кумулятивной или нет, имеет решающее значение для понимания того, можно ли ее смоделировать как первичный расплав или примитивный расплав, и определение того, выпала ли магма кумулированными минералами, одинаково важно даже для пород, не содержащих вкрапленники.

Основные причины дифференциации

Основная причина изменения состава магмы - это охлаждение, что является неизбежным следствием того, что магма создается и мигрирует из места частичного плавления в область с более низким напряжением - как правило, более холодный объем коры.

По мере охлаждения магма начинает кристаллизоваться минералы из расплавленной или жидкой части магмы. Большинство магм представляют собой смесь жидкой породы (расплав) и кристаллических минералов (вкрапленников).

Загрязнение - еще одна причина дифференциации магмы. Загрязнение может быть вызвано ассимиляция стеновых пород, смешение двух или более магм или даже пополнение магматического очага свежей горячей магмой.

Весь спектр механизмов дифференциации был назван процессом FARM, что означает Fрациональная кристаллизация, Ассимиляция, рпополнение и Mагма перемешивание.

Фракционная кристаллизация магматических пород

Фракционная кристаллизация удаление и выделение из расплава минеральная выпадает в осадок, что изменяет состав расплава. Это один из важнейших геохимических и физических процессов, протекающих на Земле. корка и мантия.

Фракционная кристаллизация в силикатных расплавах (магмы ) представляет собой очень сложный процесс по сравнению с химическими системами в лаборатории, потому что на него влияют самые разные явления. Основными среди них являются состав, температура и давление магмы во время ее охлаждения.

Состав магмы является первичным контролем, на котором минерал кристаллизуется, когда расплав остывает за ликвидус. Например, в мафический и ультраосновной плавится, MgO и SiO2 содержание определяет, будет ли форстерит оливин выпадает в осадок или энстатит пироксен выпадает в осадок.

Две магмы одинакового состава и температуры при разном давлении могут кристаллизовать разные минералы. Примером может служить фракционная кристаллизация при высоком давлении и высокой температуре. граниты производить одно-полевой шпат гранит и низкотемпературные условия низкого давления, при которых образуются двуполевошпатовые граниты.

В частичное давление летучих фаз в силикатных расплавах также имеет первостепенное значение, особенно всолидус кристаллизация гранитов.

Ассимиляция

Ассимиляция - популярный механизм для объяснения фельсификации ультраосновной и мафический магмы по мере их подъема через кору. Ассимиляция предполагает, что горячий примитивный расплав проникает в охладитель, фельзический корка расплавит корка и смешать с полученным расплавом.[1] Затем это изменяет состав примитивной магмы. Также могут быть ассимилированы ранее существовавшие основные вмещающие породы с небольшим влиянием на химический состав магмы.[2]

Эффекты такого рода вполне ожидаемы, и они были четко доказаны во многих местах. Однако есть общее нежелание признать, что они имеют большое значение. Природа и преемственность типы горных пород как правило, не проявляют никакого отношения к осадочный или другие материалы, которые предположительно растворились; и там, где известно, что раствор попал на продукты, они обычно имеют необычный характер и легко отличимы от обычных пород.[3]

Пополнение

Когда расплав подвергается охлаждению вдоль линии спуска жидкости, результаты ограничиваются образованием однородного твердого тела интрузивной породы с однородными минералогическими свойствами и составом или частично дифференцированного накапливать масса со слоями, композиционными зонами и так далее. Такое поведение достаточно предсказуемо и достаточно легко доказать геохимическими исследованиями. В таких случаях магматический очаг будет близким к идеальному Серия реакций Боуэна. Однако большинство магматических систем представляют собой многофазные события с несколькими импульсами магматизма. В таком случае линия спуска жидкости прерывается нагнетанием свежей порции горячей недифференцированной магмы. Это может вызвать чрезмерную фракционную кристаллизацию из-за трех основных эффектов:

  • Дополнительное тепло обеспечивает дополнительную энергию для более интенсивной конвекции, позволяет рассасывание существующих минеральных фаз обратно в расплав и может вызвать осаждение более высокотемпературной формы минерала или других высокотемпературных минералов
  • Свежая магма изменяет состав расплава, изменяя химический состав выпадающих фаз. Например, плагиоклаз соответствует линии спуска жидкости, образуя начальную анортит который в случае удаления изменяет равновесный минеральный состав на олигоклаз или же альбит. Восполнение магмы может изменить эту тенденцию, так что больше анортита осаждается поверх кумулированных слоев альбита.
  • Свежая магма дестабилизирует минералы, которые осаждаются в виде Твердый раствор серии или на эвтектика; изменение состава и температуры может вызвать чрезвычайно быструю кристаллизацию некоторых минеральных фаз, которые подвергаются эвтектической фазе кристаллизации.

Смешивание магмы

Смешивание магм - это процесс, при котором две магмы встречаются, сливаются и образуют магму состава где-то между двумя конечными магмами.

Смешивание магм - это обычный процесс в очагах вулканической магмы, которые представляют собой очаги открытой системы, в которые магмы входят в очаг,[4] пройти некоторую форму ассимиляции, фракционной кристаллизации и частичной экстракции расплава (через извержение лава ), и пополняются.

Смешивание магмы также имеет тенденцию происходить на более глубоких уровнях земной коры и считается одним из основных механизмов образования промежуточных пород, таких как монцонит и андезит. Здесь за счет теплопередачи и повышенного потока летучих субдукция кремнистая кора плавится с образованием кислой магмы (по существу гранитной по составу). Эти гранитный расплавы известны как плита. Базальтовый первичные расплавы, образовавшиеся в мантии под земной корой, поднимаются и смешиваются с подплитными магмами, в результате чего частично образуются базальт и риолит; буквально «промежуточная» композиция.

Другие механизмы дифференциации

Захват интерфейсаКонвекция в большом магматическом очаге является предметом взаимодействия сил, создаваемых тепловой конвекцией, и сопротивления, оказываемого трением, вязкостью и сопротивлением магме, создаваемыми стенками магматического очага. Часто около краев магматического очага, который является конвектирующим, более холодные и более вязкие слои образуются концентрически снаружи внутрь, определяемые разрывами вязкости и температуры. Это формирует ламинарный поток, который разделяет несколько областей магматического очага, которые могут начать дифференцироваться по отдельности.

Полоса пропускания потока является результатом процесса фракционной кристаллизации, которая происходит за счет конвекции, если кристаллы, захваченные полосами потока, удаляются из расплава. Трение и вязкость причин магмы вкрапленники и ксенолиты внутри магмы или лавы, чтобы замедлиться вблизи границы раздела и оказаться в ловушке вязкого слоя. Это может существенно изменить состав расплава. вторжения, ведущие к дифференциации.

Частичное извлечение расплава
Со ссылкой на определения, приведенные выше, магматический очаг будет иметь тенденцию остывать и кристаллизовать минералы в соответствии с линией спуска жидкости. Когда это происходит, особенно в сочетании с зонированием и накоплением кристаллов, и часть расплава удаляется, это может изменить состав магматического очага. Фактически, это в основном фракционная кристаллизация, за исключением того, что в этом случае мы наблюдаем магматический очаг, который представляет собой остаток, из которого был извлечен дочерний расплав.

Если такой магматический очаг продолжает охлаждаться, минералы, которые он формирует, и его общий состав не будут соответствовать образцу линии спуска жидкости или составу родительской магмы.

Типичное поведение магматических очагов

Стоит повторить, что магматические очаги обычно не статичны. Типичный магматический очаг образован серией инъекций расплава и магмы, и большинство из них также подлежат некоторой форме частичного извлечения расплава.

Гранит магмы обычно гораздо более вязкие, чем мафический магмы и обычно более однородны по составу. Обычно считается, что это вызвано вязкостью магмы, которая на несколько порядков выше, чем у основных магм. Более высокая вязкость означает, что при плавлении гранитная магма будет иметь тенденцию перемещаться в большей согласованной массе и размещаться как большая масса, потому что она менее текучая и способна двигаться. Вот почему граниты обычно имеют большие размеры. плутоны, а основные породы - как дамбы и подоконники.

Граниты более холодные и поэтому менее способны плавить и ассимилировать вмещающие породы. Таким образом, массовое загрязнение незначительно и необычно, хотя не известно смешение гранитных и базальтовых расплавов, где базальт вводится в очаги гранитной магмы.

Основные магмы более склонны к течению и, следовательно, с большей вероятностью будут подвергаться периодическому пополнению магматического очага. Поскольку они более текучие, осаждение кристаллов происходит намного быстрее, что приводит к большим изменениям при фракционной кристаллизации. Более высокие температуры также позволяют мафическим магмам легче ассимилировать вмещающие породы, и поэтому загрязнение более распространено и развито.

Растворенные газы

Все магматические магмы содержат растворенные газы (воды, угольная кислота, сероводород, хлор, фтор, борная кислота и т. д.). Из них вода является основной, и раньше считалось, что она просачивается вниз с поверхности Земли к нагретым скалам внизу, но теперь принято считать, что она является неотъемлемой частью магмы. Многие особенности строения плутонических пород по сравнению с лавами могут быть разумно объяснены действием этих газов, которые не могли выйти, так как глубинные массы медленно охлаждались, в то время как они были быстро устранены поверхностными излияниями. . Кислые плутонические или интрузивные породы никогда не воспроизводились с помощью лабораторных экспериментов, и единственными успешными попытками получить их минералы искусственно были попытки, в которых были предусмотрены специальные меры для удержания «минерализующих» газов в используемых тиглях или герметичных трубках. Эти газы часто не входят в состав породообразующих минералов, поскольку большинство из них не содержат воды, углекислоты и т. Д. Следовательно, по мере того, как идет кристаллизация, остаточный расплав должен содержать все возрастающую долю летучих компонентов. Возможно, что на заключительных стадиях еще некристаллизованная часть магмы будет больше похожа на раствор минерального вещества в перегретом паре, чем на сухой магматический синтез. Кварцевый, например, это последний минерал, который образуется в граните. На нем значительная часть кварца, который, как мы знаем, был отложен из водный раствор в вены и т. д. Это в то же время самый неплавкий из всех обычных минералов горных пород. Его позднее образование показывает, что в данном случае оно возникло при сравнительно низких температурах, и ясно указывает на особую важность газов магмы как определяющих последовательность кристаллизации.[3]

Когда затвердевание почти завершено, газы больше не могут удерживаться в породе и уходят через трещины на поверхность. Они являются мощными агентами в борьбе с минералами горных пород, через которые проходят, и примеры их действия можно найти в каолинизация из гранитов, турмалинизация и формирование Greisen, отложение кварцевых жил и группа изменений, известная как пропилитизация. Эти «пневматолитические» процессы имеют первостепенное значение в генезисе многих рудные месторождения. Они являются реальной частью истории самой магмы и составляют конечные фазы вулканической последовательности.[3]

Количественная оценка магматической дифференциации

Существует несколько методов прямого измерения и количественной оценки магматических процессов дифференциации;

  • Геохимия всей горной породы репрезентативных образцов для отслеживания изменений и эволюции магматических систем
  • Геохимия микроэлементов
  • Изотопная геохимия
    • Исследование загрязнения магматических систем стена рок ассимиляция с использованием радиогенных изотопов

Во всех случаях основным и наиболее ценным методом выявления процессов дифференциации магмы является картирование обнаженных горных пород, отслеживание минералогических изменений в магматических породах и описание полевых отношений и текстурный свидетельство дифференциации магмы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Meade, F.C .; Тролль, В. Р .; Ellam, R.M .; Freda, C .; Шрифт, L .; Donaldson, C.H .; Клоновская, И. (20.06.2014). «Бимодальный магматизм, образованный прогрессивно подавляемой ассимиляцией земной коры». Nature Communications. 5 (1): 4199. Дои:10.1038 / ncomms5199. ISSN  2041-1723.
  2. ^ Дж. Лейтхолд, Дж. К. Лиссенберг, Б. О'Дрисколл, О. Каракас; Т. Фаллун, Д. Н. Климентьева, П. Ульмер (2018); Частичное плавление нижней океанической коры на спрединговых хребтах. Границы наук о Земле: Петрология: 6 (15): 20 стр; Дои:10.3389 / feart.2018.00015
  3. ^ а б c Одно или несколько предыдущих предложений включают текст из публикации, которая сейчас находится в всеобщее достояние: Флетт, Джон Смит (1911). "Петрология ". В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия. 21 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 329.
  4. ^ Тролль, Валентин Р .; Дональдсон, Колин Х .; Емелей, К. Генри. (2004-08-01). «Предварительное извержение магмы в отложениях пепловых отложений Магматического центра третичного рома, Шотландия». Вклад в минералогию и петрологию. 147 (6): 722–739. Дои:10.1007 / s00410-004-0584-0. ISSN  1432-0967.

внешняя ссылка

  • КОМАГМАТ Пакет программного обеспечения, предназначенный для облегчения термодинамического моделирования магматической дифференциации
  • Расплавы Программный пакет, предназначенный для облегчения термодинамического моделирования фазовых равновесий в магматических системах.