Магматическая камера — это большой бассейн жидкой породы под поверхностью Земли. Расплавленная порода, или магма , в такой камере менее плотная, чем окружающая вмещающая порода , что создает в магме плавучие силы , которые стремятся поднять ее вверх. [1] Если магма найдет путь к поверхности, то результатом будет извержение вулкана ; следовательно, многие вулканы расположены над магматическими очагами. [2] Эти камеры трудно обнаружить глубоко под землей, и поэтому большинство известных из них расположены близко к поверхности, обычно на глубине от 1 до 10 км. [3]
Магма поднимается через трещины снизу и сквозь земную кору, поскольку она менее плотная, чем окружающая порода. Когда магма не может найти путь вверх, она скапливается в магматическом очаге. Эти камеры обычно формируются с течением времени, [4] [5] путем последовательных горизонтальных [6] или вертикальных [7] инъекций магмы. Приток новой магмы вызывает реакцию уже существовавших кристаллов [8] и повышение давления в камере.
Оставшаяся 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 происходит насыщение новых минеральных фаз и изменение типа породы (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 времени, она может расслаиваться, при этом компоненты с более низкой плотностью поднимаются наверх, а более плотные материалы опускаются. Породы накапливаются слоями, образуя расслоенную интрузию . [10] Любое последующее извержение может привести к образованию отчетливо слоистых отложений; например, отложения от извержения Везувия в 79 году нашей эры включают толстый слой белой пемзы из верхней части магматического очага, перекрытый аналогичным слоем серой пемзы, образовавшейся из материала, извергнутого позже из нижней части очага.
Другим эффектом охлаждения камеры является то, что затвердевающие кристаллы выделяют газ (в основном пар ), ранее растворенный, когда они были жидкими, вызывая повышение давления в камере, возможно, достаточное для того, чтобы вызвать извержение. Кроме того, удаление компонентов с более низкой температурой плавления приведет к тому, что магма станет более вязкой (за счет увеличения концентрации силикатов ). Таким образом, расслоение магматического очага может привести к увеличению количества газа внутри магмы вблизи верхней части очага [11] , а также сделать эту магму более вязкой, что потенциально может привести к более взрывному извержению, чем это было бы в случае если бы палата не расслоилась.
Извержения супервулканов возможны только тогда, когда на относительно неглубоком уровне земной коры образуется чрезвычайно крупный магматический очаг. Однако скорость образования магмы в тектонических условиях, порождающих супервулканы, довольно низкая, около 0,002 км 3 год -1 , так что накопление достаточного количества магмы для суперизвержения занимает от 10 5 до 10 6 лет. В связи с этим возникает вопрос, почему плавучая кислая магма не прорывается на поверхность чаще при относительно небольших извержениях. Сочетание регионального растяжения, которое снижает максимально достижимое избыточное давление на кровле очага, и большого магматического очага с теплыми стенками, обладающими высокой эффективной вязкоупругостью , может подавить образование риолитовых даек и позволить таким большим очагам заполниться магмой. [12]
Если магма не выходит на поверхность при извержении вулкана, она будет медленно остывать и кристаллизоваться на глубине, образуя интрузивное магматическое тело, например, состоящее из гранита или габбро (см. также плутон ).
Часто вулкан может иметь глубокий магматический очаг на много километров ниже, который питает более мелкий очаг вблизи вершины. Местоположение магматических камер можно нанести на карту с помощью сейсмологии : сейсмические волны от землетрясений движутся медленнее через жидкую породу, чем через твердую, что позволяет измерениям точно определить области медленного движения, которые идентифицируют магматические камеры. [13]
При извержении вулкана окружающая порода обрушится в пустую камеру. Если размер камеры значительно уменьшиться, образовавшаяся депрессия на поверхности может образовать кальдеру . [14]
В Исландии Трихнукагигур , открытый в 1974 году спелеологом Арни Б. Стефанссоном и открытый для туризма в 2012 году, является единственным вулканом в мире, посетители которого могут воспользоваться лифтом и безопасно спуститься в магматическую камеру. [15]