ВольшаСЖ РРЦциклопедиСЖ РњРµС„С‚Рё Рё лаза

Anatexis (латинское слово от греческих корней означает «таять») относится к частичному плавлению горных пород. Традиционно анатексис используется специально для обсуждения частичного плавления пород земной коры, в то время как общий термин «частичное плавление » относится к частичному плавлению всех пород, как в коре, так и в мантии.

Анатексис может происходить в самых разных условиях, от зон столкновения континентов до срединно-океанических хребтов. Считается, что анатексис — это процесс, во многом ответственный за образование мигматитов. Кроме того, недавно ученые обнаружили, что частичное плавление играет все более важную роль в активных земных процессах, включая развитие активной деформации и внедрение коровых гранитов. В результате активная обратная связь между сдвигом земной коры, плавлением и внедрением гранита стала широко распространена вместо крупномасштабных, необоснованных моделей, включающих фракционное плавление мантии в гранитные батолиты и плутоны. Доказательством этого являются физические, минералогические и изотопные характеристики бесчисленных гранитов.

Условия плавления

Земная anatexis не ограничивается какой-то одной тектонической обстановкой, а скорее контролируется четырьмя основными параметрами: температурой, давлением, содержанием летучих веществ и типом / составом породы. Эти параметры сильно различаются и зависят от глубины, толщины земной коры и локальных изменений геотермы Земли . Количество и состав частичных расплавов, вероятно, варьируются в зависимости от местности, отражая неоднородность земной коры.

Температура

Чтобы вызвать плавление земной коры, температура должна быть выше нормальной геотермы. Возможные источники тепла включают изначальное тепло, исходящее от ядра Земли, а также распад радиоактивных элементов. Это тепло распространяется по земной коре за счет ряда различных процессов, включая излучение, проводимость, конвекцию и адвекцию.

. магматических интрузий также обычно связано с локальным повышением температуры. Если повышение температуры будет достаточным, это может привести к частичному плавлению прилегающих вмещающих пород. Если частичное плавление все же происходит, то степень плавления контролируется количеством доступного тепла в магматическом теле.

Давление

Под поверхностью Земли давление увеличивается с глубиной из-за накопления вышележащей породы. При заданной температуре снижение давления может привести к локальному плавлению. Плавление, вызванное падением давления, называется плавлением при декомпрессии. Декомпрессионное плавление может происходить в утолщенных частях земной коры и может быть результатом множества процессов, включая эрозию, тектоническую денудацию и истончение литосферы.

Количество воды, доступное в системе, играет главную роль в регулировании степени плавления при заданной температуре. Недостаток воды подавит таяние. Более того, степень водонасыщения системы влияет на состав любого образующегося расплава. Вода может быть получена из различных источников, в том числе из окружающих вмещающих пород (поровая вода) или в результате разложения водных минералов (например, слюды, амфиболы). Реакции плавления с участием воды, высвобождающейся из водных минералов, часто называют реакциями дегидратации и плавления или реакциями отсутствия пара. Со временем реакции дегидратации и плавления будут поглощать все водные фазы в породе, а это означает, что количество расплава, образующегося в результате этих реакций, регулируется количеством и стабильностью конкретных водных фаз. В зависимости от тектонической обстановки, вода также может поступать в систему посредством дегидратации погружающейся гидратированной океанической плиты или магматического основания.

Тип породы

Состав материнской породы имеет прямое влияние на состав получаемого расплава. Гранитные расплавы обычно классифицируют по природе их материнской породы. Одна из наиболее популярных схем классификации гранитов была впервые введена Уайтом и Чаппеллом в 1974 году. Эта классификационная схема классифицирует граниты в зависимости от того, являются ли они результатом плавления осадочных пород (граниты S-типа) или плавления магматических пород ( Граниты I типа). Это генетическое различие отражается в геохимических характеристиках самих расплавов.

Синтектонический анатексис земной коры

Там, где частичное плавление связано с региональной тектоникой и дифференциальными напряжениями, образование расплава создает нестабильность в поровых пространствах и, в конечном итоге, по границам зерен, которые локализуют деформацию в зонах сдвига в масштабе земной коры. Эти зоны способствуют вытеканию расплава из анатектической системы в качестве механизма компенсации деформации, которая, в свою очередь, способствует более частичному плавлению. Петля обратной связи, которая возникает между развитием деформации и частичным плавлением, называется синтектоническим анатексисом земной коры.

Сегрегация расплава

Сегрегация гранитных расплавов от их остаточных твердых частиц начинается с началом частичного плавления по границам зерен минералов-реагентов, а именно ферромагнезиальных фаз слюд и амфиболов. Такие реакции вызывают большие положительные изменения объема в метаморфической системе, вызывая усиленное охрупчивание расплава. Это, в сочетании с увеличением доли расплава, изменяет механизмы деформации, действующие между зернами, и значительно снижает прочность породы. Поры, заполненные расплавом, со временем сливаются, и это способствует течению расплава параллельно линии удлинения зерен (или вдоль плоскостей слоистости).

Когда порода частично плавится и начинает течь, ее реология значительно изменяется. Такие изменения локализуют деформацию, создаваемую региональной тектоникой, и согласно принципу Ле Шателье система реагирует перекачкой расплава в зоны дилантансии (более низкого давления), тем самым отделяя расплав от его анатектического источника в локальном масштабе. Там, где это произошло и сохранилось в летописи горных пород, можно ожидать увидеть макроскопические богатые расплавом слои (лейкосомы ) и макроскопические остаточные твердые слои (меланосомы ). Эти слои обычно будут ориентированы параллельно ткани вмещающей породы. По мере увеличения количества накопленного расплава в окружающей породе расплав будет перемещаться дальше от своего источника к растущим поперечным структурам, таким как вышеупомянутые трещины охрупчивания. В конечном итоге это приводит к формированию и развитию взаимосвязанной сети накоплений.

Размещение

Когда перенос расплава происходит в больших масштабах, анатексис может привести к подъему и размещению крупных гранитных тел в верхней корочке. Этот переход обычно отмечен переходом от миграции расплава, вызванной сдвигом, к миграции расплава, управляемой плавучестью. Этот заключительный этап процесса добычи требует оптимального баланса между фракцией расплава и распределением расплава в местной породе.

Подъем этой магмы, хотя ранее считалось, что это происходило в виде больших, медленно поднимающихся и плавучих тел, в настоящее время в значительной степени приписывается быстро движущимся узким каналам и самораспространяющимся дайкам. Эти более быстрые модели преодолели основные тепловые и механические проблемы, заложенные в более старые теории, а также проблему гранита и приповерхностный кислый вулканизм. Когда поток поднимающейся магмы затем меняется с вертикального на горизонтальный, начинается внедрение. Этот процесс носит эпизодический характер и согласуется как с продолжающейся региональной тектоникой, так и с образованием вмещающих структур стеновых пород, позволяющих плутону распространяться по горизонтали и утолщаться по вертикали.

Ссылки

• ^ Ashworth, J.R., ed. (1985). Мигматиты. DOI : 10.1007 / 978-1-4613-2347-1. ISBN 978-1-4612-9438-2.
• ^ Йоханнес, Вильгельм, 1936- (1996). Петрогенезис и экспериментальная петрология гранитных пород. Springer. ISBN 3540604162. OCLC 33899456. CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка )
• ^ Петфорд, Н.; Круден, АР; Маккаффри, KJW; Виньересс, Ж.-Л. (декабрь 2000 г.) «Образование, перенос и внедрение гранитной магмы в земную кору». Природа. 408 (6813): 669–673. Bibcode : 2000Natur.408..669P. doi : 10.1038 / 35047000. ISSN 0028-0836. PMID 11130061.
• ^ Miller, Calvin F.; Уотсон, Э. Брюс; Харрисон, Т. Марк (1988). «Перспективы источников, сегрегации и переноса гранитоидных магм». Труды по науке о Земле и окружающей среде Королевского общества Эдинбурга. 79 (2–3): 135–156. doi : 10.1017 / s0263593300014176. ISSN 1755-6910.
• ^ Винтер, Джон Д. (Джон Дананн) (2015). Принципы магматической и метаморфической петрологии. Служба образования Pearson India. ISBN 9789332550407. OCLC 931961923.
• ^ Whitney, Donna L.; Тейсье, Кристиан; Файон, Анния К. (2004). «Изотермическая декомпрессия, частичное плавление и эксгумация глубинной континентальной коры». Геологическое общество, Лондон, специальные публикации. 227 (1): 313–326. Bibcode : 2004GSLSP.227..313W. doi : 10.1144 / gsl.sp.2004.227.01.16. ISSN 0305-8719.
• ^Chappell, B.W.; Уайт, А. Дж. Р. (август 2001 г.). «Два противоположных типа гранита: 25 лет спустя». Австралийский журнал наук о Земле. 48 (4): 489–499. Bibcode : 2001AuJES..48..489C. DOI : 10.1046 / j.1440-0952.2001.00882.x. ISSN 0812-0099.
• ^Сойер, Э. У. (май 2001 г.). «Сегрегация расплава в континентальной коре: распределение и движение расплава в анатектических породах». Журнал метаморфической геологии. 19 (3): 291–309. Bibcode : 2001JMetG..19..291S. doi : 10.1046 / j.0263-4929.2000.00312.x. ISSN 0263-4929.
• ^ Браун, Майкл (март 2004 г.). «Механизм извлечения расплава из нижней континентальной коры орогенов». Труды по науке о Земле и окружающей среде Королевского общества Эдинбурга. 95 (1–2): 35–48. DOI : 10.1017 / S0263593300000900. ISSN 1755-6910.

Природный материал, найденный под поверхностью Земли Лава течет на Гавайях. Лава — это экструзионный эквивалент магмы.

Магма (от древнегреческого μάγμα (mágma), что означает «толстая мазь ») — это расплавленная или полурасплавленный природный материал, из которого сформированы все магматические породы. Магма находится под поверхностью Земли, и доказательства магматизма были также обнаружены на других планетах земной группы и некоторых естественных спутниках. Помимо расплавленной породы, магма может также содержать взвешенные кристаллы и пузырьки газа.

Магма образуется в результате плавления мантии или коры при различных тектонических настройки, включая зоны субдукции, континентальные рифтовые зоны, срединно-океанические хребты и горячие точки. Мантийные и коровые расплавы мигрируют вверх через кору, где, как считается, они хранятся в магматических очагах или в транскоровых зонах, богатых кристаллами. Во время хранения в коре состав магмы может быть изменен за счет фракционной кристаллизации, загрязнения коровыми расплавами, перемешивания магмы и дегазации. После прохождения через земную кору магмы могут питать вулкан или затвердевать под землей, образуя интрузию (например, вулканическую дамбу или порог ).

В то время как изучение магмы исторически основывалось на наблюдении за магмой в форме потоков лавы, магма встречалась на месте три раза в ходе проектов геотермального бурения — дважды в Исландии (см. Использование магмы для производства энергии) и один раз на Гавайях.

Физические и химические свойства магмы

Большинство магматических жидкостей богаты кремнезем. Силикатные расплавы состоят в основном из кремния, кислорода, алюминия, железа, магния, кальция., натрий и калий. Физическое поведение расплавов зависит от их атомных структур, а также от температуры, давления и состава.

Вязкость является ключевым свойством расплава для понимания поведения магм. Более богатые кремнеземом расплавы обычно более полимеризованы, с большим количеством связей между тетраэдрами кремнезема и поэтому более вязкие. Растворение воды резко снижает вязкость расплава. Более высокотемпературные расплавы менее вязкие. Кроме того, силикатный расплав (жидкая фаза магмы) вязкоупругий, что означает, что он течет как жидкость при низких напряжениях, но как только приложенное напряжение превышает критическое значение, расплав не может достаточно быстро рассеять напряжение за счет релаксации. в одиночку, что приводит к нестационарному распространению трещин. Как только напряжения снижаются ниже критического порога, расплав снова вязко релаксирует и залечивает трещину.

Вообще говоря, больше основных магм, таких как те, которые образуют базальт, более горячие и менее вязкие, чем более богатые кремнеземом магмы, такие как те, которые образуют риолит. Низкая вязкость приводит к более мягким и менее взрывным извержениям.

Характеристики нескольких различных типов магм следующие:

Ультрабазит (пикритовый )

Mafic (базальтовый )

SiO 2< 50%FeO и MgO обычно < 10 wt%Температура: до ~ 1300 ° CВязкость: низкаяЭруптивное поведение: мягкоеРаспределение: расходящиеся границы плит, горячие точки, сходящиеся границы плит

Промежуточное (андезитовое )

SiO 2 ~ 60%Fe – Mg : ~ 3% thТемпература: ~ 1000 ° CВязкость: промежуточнаяЭруптивное поведение: взрывоопасное или эффузивноеРаспространение: границы сходящихся пластин, островные дуги

Температура большинства магм находится в диапазоне от 700 ° C до 1300 ° C (или от 1300 ° F до 2400 ° F), но очень редкие карбонатитовые магмы могут иметь температуру до 490 ° C, и коматиит магмы могли иметь температуру до 1600 ° C. При любом данном давлении и для любого данного состава породы повышение температуры выше солидуса вызовет плавление. В твердой земле температура породы контролируется геотермическим градиентом и радиоактивным распадом внутри породы. Геотермический градиент составляет в среднем около 25 ° C / км с широким диапазоном от минимального значения 5–10 ° C / км в океанических желобах и зонах субдукции до 30–80 ° C / км под срединно-океаническими хребтами и средами вулканической дуги.

Плотность

Как правило, очень сложно изменить валовой состав большой массы породы, поэтому состав является основным фактором, определяющим, будет ли горная порода плавиться при любой заданной температуре и давлении. Также можно считать, что в состав породы входят летучие фазы, такие как вода и диоксид углерода.

. Присутствие летучих фаз в породе под давлением может стабилизировать фракцию расплава. Присутствие даже 0,8% воды может снизить температуру плавления на целых 100 ° C. И наоборот, потеря воды и летучих из магмы может привести к ее замерзанию или затвердеванию.

Также большую часть почти всей магмы составляет кремнезем, который представляет собой соединение кремния и кислорода. Магма также содержит газы, которые расширяются по мере подъема магмы. Магма с высоким содержанием кремнезема сопротивляется течению, поэтому расширяющиеся газы задерживаются в ней. Давление растет до тех пор, пока газы не вырвутся наружу с сильным и опасным взрывом. Магма, относительно бедная кремнеземом, течет легко, поэтому пузырьки газа проходят через нее и довольно осторожно выходят.

Происхождение магмы путем частичного плавления

Плавление твердых пород с образованием магмы контролируется тремя физическими параметрами: температурой, давлением и составом. Наиболее распространенными механизмами генерации магмы в мантии являются декомпрессионное плавление, нагрев (например, путем взаимодействия с горячим мантийным плюмом ) и понижение солидуса (например, путем изменения состава, такого как добавление воды). Механизмы более подробно рассматриваются в статье для магматической породы.

. Когда породы плавятся, они делают это медленно и постепенно, потому что большинство горных пород состоит из нескольких минералов, которые все имеют разные точки плавления; более того, физические и химические отношения, контролирующие плавление, сложны. Например, когда горная порода плавится, ее объем изменяется. Когда достаточно породы расплавлено, маленькие шарики расплава (обычно возникающие между минеральными зернами) соединяются и размягчают породу. Под давлением внутри земли даже доли процента частичного плавления может быть достаточно, чтобы заставить расплав выдавиться из его источника. Расплавы могут оставаться на месте достаточно долго, чтобы плавиться до 20% или даже 35%, но горные породы редко расплавляются более чем на 50%, потому что в конечном итоге расплавленная горная масса превращается в месиво из кристаллов и расплавов, которое затем может массово подниматься в виде диапир, который затем может вызвать дальнейшее плавление при декомпрессии.

Геохимические последствия частичного плавления

Степень частичного плавления имеет решающее значение для определения характеристик производимой им магмы, а вероятность образования расплава отражает степень несовместимости и задействованы совместимые элементы. Несовместимые элементы обычно включают калий, барий, цезий и рубидий.

. Типы горных пород, полученные малой степенью частичного плавления в мантии Земли обычно бывают щелочными (Ca, Na ), калиевыми (K ) или щелочно-щелочными (в которых отношение алюминия к кремнезему высокое). Обычно примитивные расплавы этого состава образуют лампрофир, лампроит, кимберлит и иногда нефелин -содержащие основные породы. такие как щелочные базальты и эссексит габбро или даже карбонатит.

пегматит, могут быть получены при низких степенях частичного плавления корки. Некоторые магмы с гранитным составом являются эвтектическими (или котектическими) расплавами, и они могут образовываться при низкой или высокой степени частичного плавления земной коры, а также при фракционном плавлении. кристаллизация. При высоких степенях частичного плавления земной коры могут образовываться гранитоиды, такие как тоналит, гранодиорит и монцонит, но возможны и другие механизмы. обычно важны при их производстве.

Эволюция магм

При плавлении породы жидкость является первичным расплавом. Первичные расплавы не подверглись дифференциации и представляют собой исходный состав магмы. В природе первичные расплавы встречаются редко. лейкосомы из мигматитов являются примерами первичных расплавов. Первичные расплавы, происходящие из мантии, особенно важны и известны как примитивные расплавы или примитивные магмы. Путем определения примитивного состава магмы серии магм можно смоделировать состав мантии, из которой был образован расплав, что важно для понимания эволюции мантии.

Родительские расплавы

Когда невозможно найти примитивный или первичный состав магмы, часто бывает полезно попытаться идентифицировать исходный расплав. Родительский расплав представляет собой состав магмы, из которого наблюдаемый диапазон химического состава магмы был получен в результате процессов магматической дифференциации. Это не обязательно должна быть примитивная плавка.

Например, предполагается, что серии базальтовых потоков связаны друг с другом. Композиция, из которой они могут быть разумно получены фракционной кристаллизацией, называется исходным расплавом. Модели фракционной кристаллизации будут созданы для проверки гипотезы о том, что они имеют общий исходный расплав.

При высоких степенях частичного плавления мантии образуются коматиит и пикрит.

Миграция и затвердевание магм

Магма развивается внутри мантии или коры, где условия температуры и давления благоприятствуют расплавленному состоянию. После образования магма плавно поднимается к поверхности Земли. По мере того, как она мигрирует через кору, магма может накапливаться и находиться в магматических очагах (хотя недавняя работа предполагает, что магма может храниться в транскоровых зонах, богатых кристаллами, а не преимущественно в камерах жидкой магмы). Магма может оставаться в камере до тех пор, пока она не остынет и не кристаллизуется, образуя вулканическую породу, она не извергнется в виде вулкана или не переместится в другой магматический очаг. Существует два известных процесса, с помощью которых изменяется магма: кристаллизация внутри коры или мантию, чтобы сформировать плутон, или извержение вулкана, чтобы стать лавой или тефрой.

Плутонизм

Когда магма охлаждает его начинает образовывать твердые минеральные фазы. Некоторые из них оседают на дне магматического очага, образуя кумуляты, которые могут образовывать основные слоистые интрузии. Магма, которая медленно остывает в магматическом очаге, обычно заканчивается образованием тел из плутонических пород, таких как габбро, диорит и гранит, в зависимости от состава магмы. В качестве альтернативы, если магма извергается, она образует вулканические породы, такие как базальт, андезит и риолит (экструзионные эквиваленты габбро, диорита и гранит соответственно).

Вулканизм

Во время извержения вулкана магма, выходящая из-под земли, называется лавой. Лава остывает и затвердевает относительно быстро по сравнению с подземными телами магмы. Это быстрое охлаждение не позволяет кристаллам вырасти большими, а часть расплава вообще не кристаллизуется, превращаясь в стекло. Породы, в основном состоящие из вулканического стекла, включают обсидиан, шлак и пемзу.

до и во время извержений вулканов, летучие, такие как CO 2 и H 2 O частично покидают расплав в результате процесса, известного как распад. Магма с низким содержанием воды становится все более вязкой. Если при извержении вулкана магма устремляется вверх, происходит массовое распадение, то в результате извержение обычно носит взрывной характер.

Использование магмы для производства энергии

Исландский проект глубокого бурения, при бурении нескольких 5000-метровых скважин в попытке использовать тепло в вулканической породе под поверхностью В 2009 году Исландия обнаружила очаг магмы на высоте 2100 м. Поскольку это был только третий раз в истории, когда магма была достигнута, IDDP решила инвестировать в отверстие, назвав его IDDP-1.

В скважине был построен цементированный стальной корпус с перфорацией на дне рядом с магмой. Высокие температуры и давление магматического пара использовались для выработки 36 МВт энергии, что сделало IDDP-1 первой в мире геотермальной системой, усиленной магмой.