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 ¹⁸О и δ ²H внутри вмещающих пород.

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 по-разному влияют на поведение каждой формы магмы. ^{[ 4 ]}^,^{[ 2 ]} Магма с высокой концентрацией летучих веществ имеет значительное понижение температуры до сотен градусов, что снижает ее собственную вязкость. ^{[ 5 ]} Поведение магмы также изменяется в результате изменения минералогического состава, что показано на рисунке 1 . Например, магматическая вода приводит к кристаллизации некоторых минералов, богатых гидроксильными или галогенированными группами, включая гранаты . Анализы этих минералов могут быть использованы для анализа условий формирования в недрах скалистых планет . ^{[ 5 ]}^,^{[ 6 ]}

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 ]} Высокие давления позволяют этим летучим веществам оставаться относительно стабильными в растворе. ^{[ 1 ]} Однако со временем, когда магматическое давление снижается, летучие вещества будут выходить из раствора в газовую фазу, что еще больше снижает магматическое давление. ^{[ 1 ]} Эти различия 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 на высоте примерно 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

В базальтовой магме больше всего железа, магния и кальция, но меньше всего кремнезема, калия и натрия. ^{[ 1 ]}^, ^{[ 3 ]} Состав кремнезема в базальтовой магме колеблется в пределах 45-55 массовых процентов (мас.%), или массовой доли вида. ^{[ 1 ]} Он образуется при температуре примерно от 1830 ° F 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 ]} Кремнеземистый 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 ]} Кремнеземный 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 наибольшую вязкость и газосодержание. ^{[ 1 ]} Он производит самые взрывные извержения вулканов, в том числе катастрофическое извержение Везувия . ^{[ 1 ]} Он образует такие минералы, как ортоклазовый полевой шпат, богатый натрием плагиоклазовый полевой шпат, кварц , слюду 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 катионы Группы 1 и Группы 2 в концентрациях примерно от 6-7 мас. %. ^{[ 9 ]}^,^{[ 10 ]} В частности, равновесие воды и растворенного кислорода дает гидроксиды, где K _-экв составляет от 0,1 до 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 ( медь , свинец , цинк , серебро и золото ), а также катионами группы 1 и группы 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 температуры и давления, 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 °С. Эта деформация истощила вмещающие породы ¹⁸O, что приводит к дальнейшему анализу соотношения ¹⁸Вот и все ¹⁶О ( д ¹⁸О ). ^{[ 11 ]}

Вода, находящаяся в равновесии с магматическими расплавами, должна иметь одинаковую изотопную подпись для ¹⁸О и δ ²Х. 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 δ. ¹⁸О и δ ²Х содержание. ^{[ 13 ]} Исследования в этих средах показали обилие ¹⁸O и истощение ²H относительно SMOW и метеорных вод. Данные о флюидных включениях в рудных месторождениях показали, что присутствие δ ¹⁸О против δ ²H находятся в пределах ожидаемого диапазона.

См. также

Родственные жидкости

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т Нельсон, Стивен (сентябрь 2015 г.). «Вулканы, магма и извержения вулканов» . EENS 3050 Тулейнского университета . Проверено 1 марта 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б 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 коротких периодов 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 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час «Магма» . Национальное географическое общество . 05.04.2019 . Проверено 26 февраля 2021 г.
^ «Что означает магматическая вода?» . www.definitions.net . Проверено 21 февраля 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Магматическая порода – Ассимиляция» . Британская энциклопедия . Проверено 27 февраля 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Белл, Дэвид. «Гидроксил в мантийных минералах» (PDF) . Калифорнийский технологический институт Пасадена, Калифорния .
^ Уотсон, Джон (май 1997 г.). «Эруптивный стиль: мощный, но необычно [sic] доброкачественный» . Геологическая служба США . Проверено 1 марта 2021 г.
^ 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 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ле Лоск, Чарльз; Майсен, Бьорн О.; Коди, Джордж Д. (14 августа 2015 г.). «Вода и магма: сведения о механизмах растворения воды в щелочно-силикатных расплавах по данным инфракрасной, рамановской и твердотельной ЯМР-спектроскопии 29Si» . Прогресс в науке о Земле и планетологии . 2 (1): 22. Бибкод : 2015PEPS....2...22L . дои : 10.1186/s40645-015-0052-7 . hdl : 1885/153807 . ISSN 2197-4284 .
^ Перейти обратно: ^а ^б 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 .
^ Перейти обратно: ^а ^б 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.
^ Холл, Энтони (1987). Магматическая петрология . Харлоу, Эссекс, Англия: Longman Scientific & Technical. ISBN 0-470-20781-7 . ОСЛК 14098243 .
^ Гильберт, Джон М. (1986). Геология рудных месторождений . Чарльз Ф.-младший Парк, Чарльз Ф.-младший Парк. Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 0-7167-1456-6 . OCLC 12081840 .

[:52-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т Нельсон, Стивен (сентябрь 2015 г.). «Вулканы, магма и извержения вулканов» . EENS 3050 Тулейнского университета . Проверено 1 марта 2021 г.

[:12-2] Перейти обратно: ^а ^б 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 коротких периодов 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 .

[:22-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час «Магма» . Национальное географическое общество . 05.04.2019 . Проверено 26 февраля 2021 г.

[:02-4] «Что означает магматическая вода?» . www.definitions.net . Проверено 21 февраля 2021 г.

[:32-5] Перейти обратно: ^а ^б «Магматическая порода – Ассимиляция» . Британская энциклопедия . Проверено 27 февраля 2021 г.

[:42-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с 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 .

[:6-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ле Лоск, Чарльз; Майсен, Бьорн О.; Коди, Джордж Д. (14 августа 2015 г.). «Вода и магма: сведения о механизмах растворения воды в щелочно-силикатных расплавах по данным инфракрасной, рамановской и твердотельной ЯМР-спектроскопии 29Si» . Прогресс в науке о Земле и планетологии . 2 (1): 22. Бибкод : 2015PEPS....2...22L . дои : 10.1186/s40645-015-0052-7 . hdl : 1885/153807 . ISSN 2197-4284 .

[:7-10] Перейти обратно: ^а ^б 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 .

[:8-11] Перейти обратно: ^а ^б 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 . OCLC 12081840 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]