Магматический очаг — это большой бассейн жидкой породы под поверхностью Земли. Расплавленная порода, или магма , в таком очаге менее плотная, чем окружающая вмещающая порода , что создает выталкивающие силы на магму, которые стремятся вытолкнуть ее вверх. [1] Если магма находит путь к поверхности, то результатом будет извержение вулкана ; следовательно, многие вулканы расположены над магматическими очагами. [2] Эти очаги трудно обнаружить глубоко внутри Земли, и поэтому большинство из известных находятся близко к поверхности, обычно на глубине от 1 км до 10 км. [3]
Магма поднимается через трещины снизу и поперек коры, потому что она менее плотная, чем окружающая порода. Когда магма не может найти путь наверх, она собирается в магматической камере. Эти камеры обычно создаются с течением времени [4] [5] путем последовательных горизонтальных [6] или вертикальных [7] инъекций магмы. Приток новой магмы вызывает реакцию уже существующих кристаллов [8] и увеличение давления в камере.
Находящаяся в ней магма начинает остывать, при этом компоненты с более высокой температурой плавления, такие как оливин, кристаллизуются из раствора, особенно вблизи более холодных стенок камеры, и образуют более плотный конгломерат минералов, который тонет (кумулятивная порода). [9] При охлаждении новые минеральные фазы насыщаются, и тип породы изменяется (например, фракционная кристаллизация ), обычно образуя (1) габбро , диорит , тоналит и гранит или (2) габбро , диорит , сиенит и гранит . Если магма находится в камере в течение длительного периода, то она может стать слоистой, при этом компоненты с меньшей плотностью поднимаются наверх, а более плотные материалы опускаются вниз. Породы накапливаются слоями, образуя слоистую интрузию . [10] Любое последующее извержение может привести к образованию отчетливо слоистых отложений; Например, отложения, образовавшиеся в результате извержения Везувия в 79 г. н. э., включают толстый слой белой пемзы из верхней части магматического очага, перекрытый аналогичным слоем серой пемзы, образовавшейся из материала, извергнутого позднее из нижней части очага.
Другим эффектом охлаждения камеры является то, что затвердевающие кристаллы будут выделять газ (в основном пар ), ранее растворенный, когда они были жидкими, что приведет к повышению давления в камере, возможно, достаточному для того, чтобы вызвать извержение. Кроме того, удаление компонентов с более низкой температурой плавления будет иметь тенденцию делать магму более вязкой (за счет увеличения концентрации силикатов ). Таким образом, стратификация магматической камеры может привести к увеличению количества газа в магме вблизи верхней части камеры [11] , а также сделать эту магму более вязкой, что потенциально приведет к более взрывному извержению, чем было бы в случае, если бы камера не стала стратифицированной.
Извержения супервулканов возможны только тогда, когда на относительно небольшой глубине в земной коре образуется необычайно большой магматический очаг. Однако скорость образования магмы в тектонических условиях, которые производят супервулканы, довольно низкая, около 0,002 км3 год − 1 , так что накопление достаточного количества магмы для суперизвержения занимает от 105 до 106 лет . Это поднимает вопрос о том, почему плавучая кремниевая магма не прорывается на поверхность чаще при относительно небольших извержениях. Сочетание регионального расширения, которое снижает максимально достижимое избыточное давление на крышу очага, и большого магматического очага с теплыми стенками, который имеет высокую эффективную вязкоупругость , может подавлять образование риолитовых даек и позволять таким большим очагам заполняться магмой. [12]
Если магма не выбрасывается на поверхность в результате вулканического извержения, она медленно остывает и кристаллизуется на глубине, образуя интрузивное магматическое тело, например, состоящее из гранита или габбро (см. также плутон ).
Часто вулкан может иметь глубокую магматическую камеру на много километров вниз, которая снабжает более мелкую камеру около вершины. Расположение магматических камер можно картировать с помощью сейсмологии : сейсмические волны от землетрясений движутся медленнее через жидкую породу, чем через твердую, что позволяет измерениям точно определять области медленного движения, которые идентифицируют магматические камеры. [13]
Когда вулкан извергается, окружающая порода обрушится в опустевшую камеру. Если размер камеры значительно уменьшится, образовавшаяся впадина на поверхности может образовать кальдеру . [ 14]
В Исландии вулкан Трихнукагигур , открытый в 1974 году исследователем пещер Арни Б. Стефанссоном и открытый для туризма в 2012 году, является единственным вулканом в мире, где посетители могут воспользоваться лифтом и безопасно спуститься в магматическую камеру. [15]