Кристальная каша
Кристаллическая кашица – это магма , содержащая значительное количество кристаллов (до 50% объема), взвешенных в жидкой фазе (расплаве). [ 1 ] Поскольку кристаллическая фракция составляет менее половины объема , здесь нет жесткой крупномасштабной трехмерной сетки, как в твердых телах . [ 2 ] Таким образом, их реологическое поведение отражает поведение абсолютных жидкостей.
Внутри монокристаллической кашицы происходит переход к более высокой твердой фракции по направлению к краям плутона , в то время как жидкая фракция увеличивается к самым верхним частям, образуя жидкую линзу наверху. [ 1 ] Более того, в зависимости от глубины залегания кристаллические массы, вероятно, будут содержать большую часть кристаллов на большей глубине коры, чем на меньшей глубине, поскольку плавление происходит в результате адиабатической разуплотнения магмы по мере ее подъема . -океанские хребты . [ 3 ]
Сейсмические исследования дают убедительные доказательства существования кристаллических кашиц, а не полностью жидких магматических тел. [ 1 ]
Кристаллические каши могут иметь широкий диапазон минерального и химического состава : от основного ( с низким содержанием SiO 2 , с высоким содержанием MgO ) до кислого (с высоким содержанием SiO 2 , с низким содержанием MgO).
Формирование
[ редактировать ]Кристаллические каши образуются на различных глубинах земной коры . Они возникают в результате фракционной кристаллизации жидкости. Фракционная кристаллизация — это физико-химический процесс, в ходе которого из определенного исходного химического раствора образуются жидкая и твердая фазы. В зависимости от исходного химического состава жидкости в расплаве образуются различные минералы. [ 4 ]
Исходная жидкость может образовывать кристаллы (твердую фазу) при охлаждении и добавлении определенной концентрации воды. В зонах субдукции , более специфичных для магматических дуг, возможен перенос воды в мантию Земли , поскольку более плотная океаническая плита погружается под другую – континентальную или более молодую океаническую – плиту. Вода является ключевым фактором этого геохимического процесса и оказывает значительное влияние на геотерму погружающейся плиты. Это вызывает частичное плавление коры, в результате чего образуется камера жидкой фазы, которая позже кристаллизуется и образует минералы. [ 5 ]
Источником воды являются минералы, в химическом составе которых содержится H 2 O.
Другим ключевым фактором является концентрация кремнезема в магме, которая приводит к дифференциации магмы. По окончании кристаллизации кварц можно кристаллизовать, но только тогда, когда в расплаве содержится высокая концентрация SiO 2 , который является основным компонентом минерала. [ 5 ]
Быстрое увеличение содержания кристаллов в коротком температурном интервале создает идеальные реологические условия для экстракции расплава. Плавучая, более легкая магма, извлеченная из кристаллической кашицы, может подниматься сквозь земную кору и образовывать плутонические комплексы. [ 5 ]
Добыча
[ редактировать ]кристаллической кашицы Модель представляет собой представление о плутонах как о кристаллических кладбищах. [ 6 ] Это означает, что кристаллы отделяются от силикатной жидкости, в которой они кристаллизовались. Эта модель контрастирует с представлением об интрузивных магматических телах как о неудавшихся извержениях. [ 7 ] При охлаждении в кристаллической кашице могут происходить различные процессы магматической дифференциации , такие как фракционирование кристаллов, смешивание, плавление. [ 8 ]
Чтобы создать скопление кристаллов, должен существовать механизм, который извлекает поровую жидкость из уже кристаллизованных твердых веществ. С понижением температуры происходит увеличение твердой части магматического очага. Это означает, что проницаемость снижается с температурой. При этом также прекращается конвекция в системе, а прогрессирующее накопление кристаллов повышает эффективность вытеснения расплава из нижележащих частей камеры за счет загрузки. Эти механизмы способствуют разделению поведения кристаллов и жидкости, позволяя жидкости просачиваться вверх.
Однако этот механизм экстракции работает в оптимальном интервале кристаллической фракции. [ 9 ] Если доля кристаллов низкая, в системе все равно действует конвекция, что останавливает осаждение кристаллов и экстракцию жидкости. Однако, если доля кристаллов очень высока, система начинает вести себя как твердое тело во временных рамках приложенного напряжения в системе ( время Максвелла ).
Извержение
[ редактировать ]Поскольку магма состоит из фракций разного состава, она может подвергаться различным процессам, таким как экстракция расплава, разделение фаз, обогащение водой и газом, а также инъекция магмы из более глубоких магматических очагов (обычно в нижней части коры (геология) ). Все это может прямо или косвенно вызвать извержение . [ 10 ]
Одним из факторов, которые могут инициировать извержение магмы, является фазовое разделение жидкой и кристаллической составляющих кристаллической кашицы. По мере того, как магма со временем развивается и содержание кристаллов в магме увеличивается, происходит фазовое разделение, и жидкая фаза магмы выталкивается вверх под действием ее плавучести в результате ее более низкой плотности. Вулканы , как клапаны открытой системы, обеспечивают путь для выхода газа и извержения магмы. Количество растворенных газов может быть еще одним фактором, контролирующим событие извержения. Чем глубже расположен магматический очаг, тем большее количество газа может быть растворено в магме (условия высокого давления), особенно в андезитовых и риолитовых магмах. Поскольку происходит разделение фаз и увеличивается жидкая фракция вместе с уменьшением давления, увеличивается выделение газа. Этот процесс выражается высокой долей пузырьков, которые вытесняют жидкую фазу к поверхности земли. Кроме того, чем выше содержание растворенной воды и других газов, тем более сильным будет извержение.
Последней и самой тривиальной причиной извержения магмы является инъекция свежей магмы из нижних частей коры в образовавшийся магматический очаг, что увеличивает содержание жидкой фазы, а следовательно, и давление внутри очага, которое одновременно с этим сбрасывается. как поток лавы на земную поверхность. «Хрустальная каша» — ведущая и наиболее перспективная модель. [ 9 ] [ 11 ] магматических тел, что подтверждается находками ( игнимбритами ) на поверхности, хотя есть и некоторые спорные моменты. [ 12 ] [ 13 ]
Рудные месторождения
[ редактировать ]Магмы, содержащие летучие вещества , стабильны при высоких давлениях в глубоких слоях коры; когда эта смесь магмы и летучих веществ поднимается через кору, давление уменьшается, и летучие вещества начинают выделяться из магмы. [ 14 ] Это приводит к перенасыщению летучих веществ в магме. Кроме того, кристаллизация сухих минералов внутри магмы и кристаллической кашицы будет постепенно увеличивать концентрацию флюида в расплаве, что, возможно, приведет к насыщению. Эти жидкости, более легкие, чем магма, в которой они когда-то находились, растворяются и поднимаются до еще более мелкой коры; потенциально образующие рудные месторождения . Если эти летучие вещества достаточно сконцентрированы для образования рудных минералов и если они улавливаются окружающими вмещающими породами континентальной коры в достаточно узком пространстве, они могут образовывать экономически ценные рудные месторождения. [ 15 ] Некоторые магматические очаги также более предрасположены к образованию крупных рудных месторождений из-за региональной обстановки и сочетания факторов, благоприятных для рудообразования. [ 15 ]
Ключевым фактором насыщения магмы и образования летучих веществ является насыщенность сульфидами исходной магмы. [ 15 ] Высокая растворимость и высокая концентрация серы в магме приводят к высокой насыщенности сульфидами и могут быть важным фактором образования крупных рудных месторождений. [ 15 ] Этот насыщенный сульфид в расплаве может повысить концентрацию металлов в флюидах, полученных магматическим путем, например, гидротермальных флюидах . Затем они могут подняться из магматической камеры , внедриться в континентальную кору и отложить растворенные металлы в коре.
Микротекстурный и геохимический анализы интерпретируются как прямая связь рудообразования с потоком минерализующих флюидов через палеопористость внутри некогда проницаемых кристаллических даек. Считается, что эти дайки кристаллического месива служили проводниками для минерализующих флюидов медно-порфировых месторождений из глубоких частей нижележащих магм. [ 16 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Купер, Кари М. (февраль 2017 г.). «Как выглядит резервуар магмы? Взгляд «хрустального глаза»». Элементы . 13 : 23–28. дои : 10.2113/gselements.13.1.23 .
- ^ Винтер, Джон Д. (2014). Основы магматической и метаморфической петрологии . Эссекс: Pearson Education Limited. стр. 213, 217. ISBN. 978-1-292-02153-9 .
- ^ Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии . Кембридж: Издательство Кембриджского университета . п. 16. ISBN 978-0-521-88006-0 .
- ^ Эмелеус, Швейцария; Тролль, VR (август 2014 г.). «Ромовый вулканический центр, Шотландия» . Минералогический журнал . 78 (4): 805–839. Бибкод : 2014MinM...78..805E . дои : 10.1180/minmag.2014.078.4.04 . ISSN 0026-461X .
- ^ Jump up to: а б с Мюнтенер, Отмар; Ульмер, Питер; Нандедкар, Рохит Х. (1 июня 2014 г.). «Фракционная кристаллизация примитивных вододуговых магм: экспериментальное исследование при давлении 0,7 ГПа» (PDF) . Вклад в минералогию и петрологию . 167 (6): 1015. Бибкод : 2014CoMP..167.1015N . дои : 10.1007/s00410-014-1015-5 . hdl : 20.500.11850/87224 . ISSN 1432-0967 . S2CID 129429494 .
- ^ Гельман, Сара; Диринг, Чад; Бахманн, Оливье; Хубер, Кристиан; Гутьеррес, Франциско (1 октября 2014 г.). «Выявление кристаллических кладбищ, оставшихся после крупных кислых извержений». Письма о Земле и планетологии . 403 : 299–306. Бибкод : 2014E&PSL.403..299G . дои : 10.1016/j.epsl.2014.07.005 . ISSN 0012-821X .
- ^ Глазнер, Аллен Ф.; Коулман, Дрю С.; Миллс, Райан Д. (2018), «Вулканически-плутоническая связь», Физическая геология неглубоких магматических систем , Springer International Publishing, стр. 61–82, doi : 10.1007/978-3-319-14084-1_11 , ISBN 9783319140834
- ^ Дж. Лейтольд, 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
- ^ Jump up to: а б Бахманн, Оливье; Берганц, Джордж В. (2004). «О происхождении бедных кристаллами риолитов: извлеченных из батолитовых кристаллических каш» . Журнал петрологии . 45 (8): 1565–1582. doi : 10.1093/petrology/egh019 . ISSN 0022-3530 .
- ^ Тролль, VR; Мэттссон, Т.; Аптон, БГД; Эмелеус, Швейцария; Дональдсон, Швейцария; Мейер, Р.; Вайс, Ф.; Дарен, Б.; Хеймдал, TH (23 февраля 2021 г.). «Подъем магмы, контролируемый разломами, зафиксирован в центральной части слоистой интрузии Ром, северо-запад Шотландии» . Журнал петрологии . 61 (10). doi : 10.1093/petrology/egaa093 . hdl : 10023/23208 . ISSN 0022-3530 .
- ^ Хилдрет, WS (2004), https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2004.05.019
- ^ Глазнер, А.Ф., Коулман, Д.С., и Бартли, Дж.М. (2008), Тонкая связь между высококремнистыми риолитами и гранодиоритовыми плутонами. Геология, 36(2), 183–186. https://doi.org/10.1130/G24496A.1
- ^ Симакин А.Г. и Биндеман И.Н. (2012), Переплавление в кальдерных и рифтовых условиях и генезис горячих переработанных риолитов. Письма о Земле и планетологии, 337–338, 224–235. 10.1016/j.epsl.2012.04.011
- ^ «Летучие вещества: перенасыщение и движения магмы» . Большая идея: Магма движется урывками . 16 декабря 2011 г. Проверено 17 декабря 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д Уилкинсон, Джейми Дж. (2013). «Триггеры образования порфировых рудных месторождений в магматических дугах». Природа Геонауки . 6 (11): 917–925. Бибкод : 2013NatGe...6..917W . дои : 10.1038/ngeo1940 . hdl : 10141/622499 . ISSN 1752-0908 .
- ^ Картер, Лоуренс К.; Уильямсон, Бен Дж.; Тапстер, Саймон Р.; Коста, Катия; Грайм, Джеффри В.; Роллинсон, Гэвин К. (17 марта 2021 г.). «Дайки кристаллического месива как каналы для минерализующих флюидов в медно-порфировом районе Йерингтон, Невада» . Связь Земля и окружающая среда . 2 (1): 59. Бибкод : 2021ComEE...2...59C . дои : 10.1038/s43247-021-00128-4 . ISSN 2662-4435 .