Андезит ( / ˈ æ n d ə z aɪ t / ) [1] — вулканическая порода среднего состава . В общем смысле, это промежуточный тип между бедным кремнеземом базальтом и богатым кремнеземом риолитом . Он имеет мелкозернистую ( афанитовую ) или порфировую текстуру и состоит преимущественно из богатого натрием плагиоклаза плюс пироксена или роговой обманки . [2]
Андезит является экструзивным эквивалентом плутонического диорита . Характерный для зон субдукции андезит представляет собой доминирующий тип породы островных дуг . Средний состав континентальной коры андезитовый. [3] Наряду с базальтами андезиты входят в состав марсианской коры .
Название андезит происходит от горного хребта Анд , где этот тип породы встречается в изобилии. Впервые его применил Кристиан Леопольд фон Бух в 1826 году. [4]
Андезит — это афанитовая (мелкозернистая) магматическая порода с промежуточным содержанием кремнезема и низким содержанием щелочных металлов . Он содержит менее 20% кварца и 10% полевого шпата по объему, при этом не менее 65% полевого шпата в породе состоит из плагиоклаза . Это помещает андезит в поле базальтов /андезитов на диаграмме QAPF . Андезит отличается от базальта содержанием кремнезема более 52%. [5] [6] [7] [8] Однако часто невозможно определить минеральный состав вулканических пород из-за их очень мелкого размера зерен, и тогда андезит химически определяется как вулканическая порода с содержанием 57 от % до 63% кремнезема и не более примерно 6% оксидов щелочных металлов. Это помещает андезит в поле O2 по классификации TAS . Андезибазальт с содержанием кремнезема от 52% до 57% представлен полем O1 классификации TAS, но не является отдельным типом породы в классификации QAPF. [8] Андезит является экструзивным эквивалентом диорита .
Андезит обычно имеет цвет от светлого до темно-серого из-за содержания в нем минералов роговой обманки или пироксена . [2] , но может иметь широкий диапазон оттенков. Более темный андезит может быть сложно отличить от базальта, но общее эмпирическое правило, используемое за пределами лаборатории, заключается в том, что андезит имеет показатель цвета менее 35. [9]
Плагиоклаз в андезите широко варьируется по содержанию натрия, от анортита до олигоклаза , но обычно является андезином , в котором анортит составляет около 40 мол.% плагиоклаза. Пироксеновые минералы, которые могут присутствовать, включают авгит , пижонит или ортопироксен . Магнетит , циркон , апатит , ильменит , биотит и гранат — распространенные акцессорные минералы. [10] Щелочной полевой шпат может присутствовать в незначительных количествах.
Андезит обычно порфировый , содержащий более крупные кристаллы ( фенокристы ) плагиоклаза, образовавшиеся до экструзии, которая вывела магму на поверхность, заключенные в более мелкозернистую матрицу . Часто встречаются вкрапленники пироксена или роговой обманки. [11] Эти минералы имеют самые высокие температуры плавления среди типичных минералов , которые могут кристаллизоваться из расплава [12] и поэтому первыми образуют твердые кристаллы. Классификацию андезитов можно уточнить по наиболее распространенному вкрапленнику . Например, если роговая обманка является основным минералом вкрапленника, андезит будет описываться как роговообманковый андезит .
Андезитовая лава обычно имеет вязкость 3,5 × 10 6 сП при 1200 °C (2190 °F). Это немного больше, чем вязкость гладкого арахисового масла . [13] В результате андезитовый вулканизм часто носит взрывной характер, образуя туфы и агломераты . Андезитовые жерла имеют тенденцию образовывать сложные вулканы , а не щитовые вулканы , характерные для базальта, вязкость которого гораздо ниже, что обусловлено более низким содержанием кремнезема и более высокой температурой извержения. [14]
Глыбовые потоки лав типичны для андезитовых лав сложных вулканов. Они ведут себя аналогично потокам аа , но из-за их более вязкой природы поверхность покрывается гладкими угловатыми фрагментами (блоками) застывшей лавы вместо клинкеров. Как и в случае с потоками аа, расплавленная внутренняя часть потока, которая изолирована затвердевшей глыбовой поверхностью, продвигается по обломкам, которые падают с фронта потока. Они также движутся гораздо медленнее вниз по склону и имеют большую глубину, чем потоки аа. [15]
Хотя андезит распространен и в других тектонических условиях, он особенно характерен для сходящихся краев плит . Еще до Революции тектоники плит геологи определили линию андезита в западной части Тихого океана, которая отделяла базальт центральной части Тихого океана от андезита дальше на запад. Это совпадает с зонами субдукции на западной границе Тихоокеанской плиты . Магматизм в регионах островных дуг возникает в результате взаимодействия погружающейся плиты и мантийного клина , клиновидной области между погружающейся и перекрывающей плитами. [16] Наличие сходящихся границ, в которых преобладает андезит, настолько характерно для уникальной тектоники плит Земли , что Землю называют «андезитовой планетой». [17]
Во время субдукции субдуцированная океаническая кора подвергается возрастанию давления и температуры, что приводит к метаморфизму . Водные минералы, такие как амфибол , цеолиты или хлорит (которые присутствуют в океанической литосфере ), обезвоживаются, переходя в более стабильные, безводные формы, высвобождая воду и растворимые элементы в вышележащий клин мантии. Приток воды в клин снижает солидус мантийного материала и вызывает частичное плавление. [18] Из-за более низкой плотности частично расплавленного материала он поднимается через клин, пока не достигнет нижней границы перекрывающей пластины. Расплавы, образующиеся в мантийном клине, имеют базальтовый состав, но имеют характерное обогащение растворимыми элементами (например, калием (K), барием (Ba) и свинцом (Pb)), которые поступают из осадков, лежащих в верхней части мантийного клина. субдуцирующая пластина. Хотя есть основания полагать, что погружающаяся океаническая кора также может плавиться во время этого процесса, относительный вклад трех компонентов (коры, осадка и клина) в образование базальтов все еще остается предметом споров. [19]
Образовавшийся таким образом базальт может способствовать образованию андезита посредством фракционной кристаллизации, частичного плавления коры или смешения магмы, все из которых обсуждаются далее.
Промежуточные вулканические породы образуются в результате нескольких процессов:
Чтобы достичь андезитового состава посредством фракционной кристаллизации , базальтовая магма должна кристаллизовать определенные минералы, которые затем удаляются из расплава. Это удаление может происходить различными способами, но чаще всего это происходит путем осаждения кристаллов. Первыми минералами, которые кристаллизуются и отделяются от базальтовой материи, являются оливины и амфиболы . [20] Эти основные минералы оседают из магмы, образуя основные кумулаты. [21] По нескольким дугам имеются геофизические свидетельства того, что в основании земной коры залегают большие слои основных кумулатов. [22] [23] После того, как эти темноцветные минералы были удалены, расплав больше не имеет базальтового состава. Содержание кремнезема в остаточном расплаве обогащено по сравнению с исходным составом. Содержание железа и магния обеднено. По мере продолжения этого процесса расплав становится все более и более развитым, в конечном итоге становясь андезитовым. Однако без дальнейшего добавления основного материала расплав в конечном итоге достигнет риолитового состава. В результате образуется характерная базальт-андезит-риолитовая ассоциация островных дуг, причем наиболее характерным типом горных пород является андезит. [20]
Частично расплавленный базальт в мантийном клине движется вверх, пока не достигнет основания перекрывающей коры. Оказавшись там, базальтовый расплав может либо подстилать кору, создавая слой расплавленного материала у ее основания, либо перемещаться в перекрывающую плиту в виде даек . Если он находится под корой, базальт может (теоретически) вызвать частичное плавление нижней коры из-за переноса тепла и летучих веществ. Однако модели теплопередачи показывают, что дуговые базальты, внедренные при температуре 1100–1240 ° C, не могут обеспечить достаточно тепла для плавления амфиболита нижней коры . [24] Однако базальт может плавить пелитовый материал верхней коры. [25]
В континентальных дугах, таких как Анды , магма часто скапливается в неглубокой коре, образуя магматические очаги. Состав магмы в этих резервуарах меняется (от дацитового до риолитового) как в результате процесса фракционной кристаллизации, так и в результате частичного плавления окружающей вмещающей породы . [26] Со временем, по мере того как кристаллизация продолжается и система теряет тепло, эти резервуары охлаждаются. Чтобы оставаться активными, магматические очаги должны постоянно пополнять систему горячим базальтовым расплавом. Когда этот базальтовый материал смешивается с образовавшейся риолитовой магмой, состав возвращается к андезиту, его промежуточной фазе. [27] Доказательством перемешивания магмы является наличие вкрапленников в некоторых андезитах, которые не находятся в химическом равновесии с расплавом, в котором они находятся. [14]
Высокомагниевые андезиты ( бониниты ) островных дуг могут быть примитивными андезитами, образовавшимися из метасоматизированной мантии. [28] [29] Экспериментальные данные показывают, что истощенная мантийная порода, подвергшаяся воздействию щелочных жидкостей, таких как те, которые могут выделяться субдуцирующей плитой, генерирует магму, напоминающую андезиты с высоким содержанием магния. [30] [31] [32]
Известные каменные постройки, построенные из андезита, включают:
В 2009 году исследователи обнаружили, что андезит был обнаружен в двух метеоритах (под номерами GRA 06128 и GRA 06129), которые были обнаружены на ледяном поле Грейвс Нунатакс во время полевого сезона 2006/2007 года в Антарктике США . Возможно, это указывает на новый механизм образования андезитовой коры. [38]
Наряду с базальтами андезиты входят в состав марсианской коры . [39] Наличие характерных крутых куполов на Венере позволяет предположить, что андезит мог быть извержен из больших магматических камер, где могло происходить осаждение кристаллов. [40]
