stringtranslate.com

Магматическая вода

Магматическая вода , также известная как ювенильная вода , представляет собой водную фазу, находящуюся в равновесии с минералами, которые были растворены магмой глубоко в земной коре и выброшены в атмосферу во время извержения вулкана . Он играет ключевую роль в оценке кристаллизации магматических пород , особенно силикатов , а также реологии и эволюции магматических очагов . Магма состоит из минералов , кристаллов и летучих веществ в различных относительных природных количествах . [1] Магматическая дифференциация значительно варьируется в зависимости от различных факторов, в первую очередь от присутствия воды. [2] Обилие летучих веществ в магматических очагах снижает вязкость и приводит к образованию минералов, содержащих галогены , включая хлоридные и гидроксидные группы. Кроме того, относительное содержание летучих веществ варьируется в базальтовых , андезитовых и риолитовых магматических очагах, что приводит к тому, что некоторые вулканы чрезвычайно взрывоопасны, чем другие. Магматическая вода практически нерастворима в силикатных расплавах, но наибольшую растворимость продемонстрировала в риолитовых расплавах. Было показано, что обилие магматической воды приводит к сильной деформации, изменяя количество δ 18 O и δ 2 H во вмещающих породах.

Состав

Магма существует в трех основных формах, различающихся по составу. [3] Когда магма кристаллизуется в земной коре , она образует экструзивную магматическую породу. В зависимости от состава магмы она может образовывать риолит , андезит или базальт . [3] Летучие вещества, особенно вода и углекислый газ, существенно влияют на поведение каждой формы магмы по-разному. [4] , [2] Магма с высокой концентрацией летучих веществ имеет значительное снижение температуры до сотен градусов, что снижает ее собственную вязкость. [5] Поведение магмы также меняется в зависимости от минералогического состава, что показано на рисунке 1 . Например, магматическая вода приводит к кристаллизации нескольких минералов, богатых гидроксильными или галогенированными группами, включая гранаты . Анализы этих минералов могут быть использованы для анализа условий формирования в недрах скалистых планет . [5] , [6]

Рисунок 1
Рис. 1. Минералогический состав риолитовых, андезитовых и базальтовых магм.

Летучие вещества

Летучие вещества присутствуют почти во всей магме в разных концентрациях. Примеры летучих веществ в магме включают воду, углекислый газ и галогенные газы. [1] Высокое давление позволяет этим летучим веществам оставаться относительно стабильными в растворе. [1] Однако со временем, когда магматическое давление снижается, летучие вещества будут выходить из раствора в газовой фазе, что еще больше снижает магматическое давление. [1] Эти перепады давления вызывают резкие различия в объеме магмы. [1] Разница давлений приводит к тому, что некоторые формы вулканов становятся очень взрывоопасными , а другие — эффузивными . [1]

Минералогия

Примером минерала, содержащего гидроксильные группы, является гранат. Гранат — безводный минерал, который обычно анализируют в геологических дисциплинах из-за его общей стабильности. Одно исследование проанализировало присутствие гранатов в верхней мантии с помощью инфракрасной спектроскопии и показало поглощение при частоте около 3500 см -1 , что согласуется с наличием гидроксильных групп. Было показано, что эти гранаты различаются по составу в зависимости от их географического происхождения. [6] Одно конкретное исследование, проведенное в Южной Африке, определило концентрации в диапазоне от 1 до 135 частей на миллион. [6] Однако это значительно ниже, чем содержание гидроксила в таких регионах, как плато Колорадо . Также было показано, что существует обратная корреляция между концентрацией OH и Mg + Fe.

Базальтовая магма

Базальтовая магма наиболее богата железом, магнием и кальцием, но наименьшим содержанием кремнезема, калия и натрия. [1] , [3] Состав кремнезема в базальтовой магме колеблется в пределах 45-55 весовых процентов (мас.%), или массовой доли вида. [1] Он образуется при температуре примерно от 1830 до 2200 °F. [1] , [3] Базальтовая магма имеет самую низкую вязкость и содержание летучих веществ, но при этом может быть в 100 000 раз более вязкой, чем вода. [1] Из-за низкой вязкости это наименее взрывоопасная форма магмы. Базальтовую магму можно найти в таких регионах, как Гавайи , известные своими щитовыми вулканами . [1] , [7]

Базальтовая магма образует такие минералы, как богатый кальцием плагиоклаз, полевой шпат и пироксен . Состав воды базальтовой магмы варьируется в зависимости от эволюции магматического очага. Дуговые магмы, такие как Изару в Коста-Рике, составляют 3,2-3,5 мас.%. [8]

Андезитовая магма

Андезитовая магма является промежуточной магмой и примерно равномерно распределена по железу, магнию, кальцию, натрию и калию. [1] [3] Кремнеземный состав андезитовой магмы колеблется в пределах 55 - 65 мас.%. [1] Он образуется при температуре примерно от 1470 до 1830 °F. [1] , [3] Андезитовая магма имеет промежуточную вязкость и содержание летучих веществ. [1] Он образует такие минералы, как плагиоклаз, полевой шпат, слюда и амфибол .

Риолитовая магма

Риолитовая магма кислого цвета и наиболее богата кремнеземом, калием и натрием, но наименьшим содержанием железа, магния и кальция. [1] [3] Кремнеземистый состав риолитовой магмы колеблется в пределах 65-75 мас.%. [1] Он образуется в диапазоне самых низких температур, примерно от 1200 до 1470 °F. [1] , [3] Риолитовая магма имеет самую высокую вязкость и газосодержание. [1] Он производит самые взрывные извержения вулканов, в том числе катастрофическое извержение Везувия . [1] Он образует такие минералы, как ортоклазный полевой шпат, богатый натрием плагиоклазовый полевой шпат, кварц , слюда и амфибол.

Вода в силикатных расплавах

На осаждение минералов влияет растворимость воды в силикатных расплавах, которая обычно существует в виде гидроксильных групп, связанных с Si 4+ или катионами группы 1 и группы 2 в концентрациях примерно 6-7 мас. %. [9] , [10] В частности, равновесие воды и растворенного кислорода дает гидроксиды, где K -экв аппроксимируется между 0,1 и 0,3. [10]

Эта собственная растворимость низка, но сильно варьируется в зависимости от давления в системе. Риолитовые магмы имеют самую высокую растворимость: от примерно 0% на поверхности до почти 10% при 1100 °C и давлении 5 кбар . Дегазация происходит, когда водная магма поднимается вверх, постепенно превращая растворенную воду в водную фазу. Эта водная фаза обычно богата летучими веществами, металлами ( медью , свинцом , цинком , серебром и золотом ), а также катионами групп 1 и 2. В зависимости от того, с каким катионом связан гидроксил, он существенно влияет на свойства извержения вулкана, особенно на его взрывоопасность. [9] В условиях необычно высоких температур и давлений, превышающих 374 °C и 218 бар, вода переходит в сверхкритическое жидкое состояние и перестает быть жидкостью или газом. [9]

Данные стабильных изотопов

Изотопные данные из различных мест Срединно -Атлантического хребта указывают на присутствие интрузивных магматических пород от основного до кислого состава, включая габбро , диорит и плагиогранит . [11] Эти породы показали высокую степень метаморфизма из-за присутствия магматической воды, температура которой превышает 600 ° C. Эта деформация истощила вмещающие породы 18 O, что привело к дальнейшему анализу соотношения 18 O к 16 O ( δ 18 O ). [11]

Вода, находящаяся в равновесии с магматическими расплавами , должна иметь одинаковую изотопную подпись для 18 O и δ 2 H. Однако изотопные исследования магматической воды продемонстрировали сходство с метеорной водой , что указывает на циркуляцию магматических и метеорных систем подземных вод. [12]

Изотопный анализ флюидных включений указывает на широкий диапазон содержания δ 18 O и δ 2 H. [13] Исследования в этих средах показали содержание 18 O и обеднение 2 H по сравнению с SMOW и метеорными водами. Данные о флюидных включениях в рудных месторождениях показали, что присутствие δ 18 O и δ 2 H находится в пределах ожидаемого диапазона.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcdefghijklmnopqrst Нельсон, Стивен (сентябрь 2015 г.). «Вулканы, магма и извержения вулканов». EENS 3050 Тулейнского университета . Проверено 1 марта 2021 г.
  2. ^ Аб Петрелли, М.; Эль Омари, К.; Спина, Л.; Ле Гер, Ю.; Ла Спина, Г.; Перуджини, Д. (22 февраля 2018 г.). «Временные масштабы накопления воды в магме и последствия для короткого времени предупреждения о взрывных извержениях». Природные коммуникации . 9 (1): 770. Бибкод : 2018NatCo...9..770P. дои : 10.1038/s41467-018-02987-6 . ISSN  2041-1723. ПМЦ 5823946 . ПМИД  29472525. 
  3. ^ abcdefgh "Магма". Национальное географическое общество . 05.04.2019 . Проверено 26 февраля 2021 г.
  4. ^ «Что означает магматическая вода?». www.definitions.net . Проверено 21 февраля 2021 г.
  5. ^ ab «Магматическая порода - Ассимиляция». Британская энциклопедия . Проверено 27 февраля 2021 г.
  6. ^ abc Белл, Дэвид. «Гидроксил в мантийных минералах» (PDF) . Калифорнийский технологический институт Пасадена, Калифорния .
  7. ^ Уотсон, Джон (май 1997 г.). «Эруптивный стиль: мощный, но необычно [sic] доброкачественный». Геологическая служба США . Проверено 1 марта 2021 г.
  8. ^ Бенджамин, Эзра Р.; Планк, Терри; Уэйд, Дженнифер А.; Келли, Кэтрин А.; Хаури, Эрик Х.; Альварадо, Гильермо Э. (15 ноября 2007 г.). «Высокое содержание воды в базальтовой магме вулкана Ирасу, Коста-Рика». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 168 (1): 68–92. Бибкод : 2007JVGR..168...68B. doi :10.1016/j.jvolgeores.2007.08.008. ISSN  0377-0273.
  9. ^ abc Ле Лоск, Чарльз; Майсен, Бьорн О.; Коди, Джордж Д. (14 августа 2015 г.). «Вода и магма: представление о механизмах растворения воды в щелочно-силикатных расплавах по данным инфракрасной, рамановской и твердотельной ЯМР-спектроскопии 29Si». Прогресс в науке о Земле и планетах . 2 (1): 22. Бибкод : 2015PEPS....2...22L. дои : 10.1186/s40645-015-0052-7 . hdl : 1885/153807 . ISSN  2197-4284.
  10. ^ аб Столпер, Эдвард (1 декабря 1982 г.). «Вид воды в силикатных расплавах». Geochimica et Cosmochimica Acta . 46 (12): 2609–2620. Бибкод : 1982GeCoA..46.2609S. дои : 10.1016/0016-7037(82)90381-7. ISSN  0016-7037.
  11. ^ ab Стейкс, Дебра (1991). «Изотопный состав кислорода и водорода океанических плутонических пород: высокотемпературная деформация и метаморфизм океанического слоя 3» (PDF) . Геохимическое общество, специальное издание . 3 : 77–90.
  12. ^ Холл, Энтони (1987). Магматическая петрология. Харлоу, Эссекс, Англия: Longman Scientific & Technical. ISBN 0-470-20781-7. ОСЛК  14098243.
  13. ^ Гильберт, Джон М. (1986). Геология рудных месторождений. Чарльз Ф.-младший Парк, Чарльз Ф.-младший Парк. Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 0-7167-1456-6. ОСЛК  12081840.