地球和环境

岩浆差异化:主动火山中的复杂过程

积极的火山主义在地球大部分地面普遍存在,然而驱动它的深层地幔和地壳流程仍然被地质学家理解。从岩浆区分中出现的复杂化学关系不包括一些线索,以及熔化岩石岩石和熔融岩浆的结晶到火岩之间的关系。列日大学的Vander Auwera教授使用地球化学来研究这些复杂的过程,在俯冲区形成了长安西亚弧的郊区。

火山和地震是地球是一种充满活力的地质活跃的星球的最明显的标志。它们是板块构造的可见表示:地球最外面,脆性层的缓慢运动。如何以及为什么这些板材移动的机制仍然是地质学家的热烈争论。地球上有大约1,500个活性火山。其中许多人沿着大型人口中的板界。了解围绕火山的危险对于生活在阴影下的社区是重要的,突出了地质学家和火山科学家的火山研究的重要性。

为了了解火山喷发的类型以及火山活动带来的风险,地质学家的研究必须回答许多问题。火山是在什么样的板块边界上形成的?什么样的岩浆化学物质为火山提供燃料?火山周围的地下结构是什么?像杰奎琳·范德·奥维拉教授这样的地质学家研究以前的火山爆发和岩浆物质,以寻找其中一些问题的答案。她是比利时Liège大学的一名地球化学家,她完成了对火山爆发的火成岩样品的深入化学分析,以了解岩浆喷发前的地球化学过程。

stihii / shutterstock.com.

什么是板块构造?
地球分为层,在物理和化学性质方面不同。地球的最外层在构造板上包裹。这些构成了海洋(欧式地壳)和较薄的海底(海洋地壳)上方的脆性地面,并且都在地球地幔的最上面的部分上休息。地质学家是指单个单位的脆性地壳和地幔层,称为岩石圈。在岩石圈下方呈现出哮喘圈,地幔岩石几乎处于熔点。该层较弱,可以长时间变形。岩石圈在薄的哮喘层顶部慢慢移动,在地球表面上移动构造板。但是什么可能驾驶这一运动,这是如何产生火山的?

Geochemists Untangle在矿物质,父母岩浆和原始地幔岩之间的复杂化学关系,以确定如何降低的岩石结晶。

虽然地球可以基于其物理性质分成层,例如脆性或软塑料层,但也可以根据其化学分开。化学的差异取决于存在的岩石类型。地质学家通过他们可以识别的矿物分类为火岩石。形成的矿物质依赖于岩浆(熔岩岩石岩)的化学,从而从岩石形式中取出。海洋地壳薄,只有约7km厚,是由黑暗,致密的火岩制成,称为玄武岩。大陆地壳对海壳具有明显不同的化学化学。它更厚,达到大约70km深度,并且具有更复杂的化学性,其最上层的整体花岗岩组合物具有比玄武岩更低的密度。

Cerro La Picada,智利。
下面:从Putrehue河看。

构造板之间的边界类型有助于描述不同类型的地壳在地球表面上相对于彼此移动的方式。在收敛边界处,两个构造板互相推动。密集板将开始向下面的地幔进行压制或沉入地幔中。海洋板符合大陆板的情况下,密集的海洋板将在大陆板上沉入,造成俯冲区。

火山和板块构造
Vander Auwera教授对VOLCANES特别感兴趣,这些火山在俯冲区,例如安第斯山脉弧。这座火山腰带从哥伦比亚沿着哥伦比亚到智利的南美洲大陆的西部边缘,是长期山脉的一部分。沿着它的长度,更密集的海洋板材在南美洲大陆板块下方介,这创造了许多活性火山。

安第斯弧太长了,地质学家把它分成了四个关键区域,范德·奥维拉教授的工作集中在智利的南部火山带。在这里,纳斯卡海洋板块俯冲到南美大陆下面,像皮卡达火山这样的层状火山位于南美洲大陆的西部边缘。层状火山是由多次喷发形成的陡峭的圆锥形火山。

从地幔的熔化产生的岩浆将通过上面的大陆外壳升起。由于压力和温度升高,底部的外壳,含有水(含水矿物)的矿物质不稳定,并释放液体。在裸芽板板和覆盖南美大陆板之间,有一个“披露楔”,这些流体允许搭式楔形岩石在稍低的温度下熔化。它通过称为部分熔化的方法产生熔岩,并且由于熔融岩浆的密集小于周围地幔,因此它通过大陆地壳升起。岩浆将开始凝固它通过冷却器欧陆地壳升高,但可以形成熔岩岩浆的腔室,这是苏拉瓦斯的源泉。

Vander Auwera教授的工作主要集中在智利的南部火山区。在这里,纳斯卡海洋板材在南美大陆下面介绍。

火岩石的复杂性
Vander Auwera教授和她的同事研究了这些岩浆的形成和结晶,这是一种被称为火鸡的地质的分支。发泡岩石由岩浆的结晶形成,这通常是非常有化学复杂的。它们由各种主要元素制成,这些主要元素形成特定的矿物结构,例如形成玄武岩岩石的镁和富含铁的岩浆。

该团队计算出大部分矿物结晶在地壳中发生约7-11千米。

产生熔融岩浆的部分熔融过程和冷却过程中的结晶过程使火成岩化学更加复杂。深部地幔岩石只被少量熔化,一些岩石仍然是固体(部分熔化)。这种熔体在成分上可能与它的母岩类型有很大不同,因为这些元素在固态和液态之间的分裂是不同的。当这种熔体上升到较冷的地壳时,它将通过结晶一系列矿物而逐渐凝固。有时,一种在较高温度下结晶(变成固体)的矿物,随后会与剩余的熔体反应,形成一种全新的矿物。地球化学家面临的挑战是解开矿物、其母岩浆和原始地幔岩之间复杂的化学关系,以确定火成岩是如何结晶的。

在TAS的LA PICADA LAVAS的组成(总碱(NA2O + K2O) - SIO2:重量%)图。
La Picada Lavas的组成在Cao和SiO2(wt。%)显示成分间隙。

La Picada Magma化学
该团队收集了来自LA PICADA的样本,这是一个灭绝的Stratovolcano,其活跃的火山Osorno具有类似的地球化学,部分地坐在它之上。两座火山可能分享“管道系统”,岩浆移动的互连室和通道。他们在活动期间收集了从不同的火山单元中形成了47个样本。为了分析这些样本的发芽岩石学,Vander Auwera教授和她的同事完成了一套测试。它们制成薄片的岩石,并在显微镜下研究了这些岩石,以识别出现的所有矿物质和岩石的纹理(与微晶 - 微晶 - 微晶 - 微晶 - 微晶 - 微晶磨料相比,较大的晶体的质地)。它们还在岩石样品上面并确定了它们的衰老(发生喷发时)并测量它们的主要和微量元素的组成。他们研究了晶体的元素组合物,以计算它们形成的压力,这表示壳体中的形成深度。

来自灭绝的Stratovolcano la picada的样本:玄武岩含有橄榄石晶体。

熔岩样品的范围从玄武岩样品到达Dacites,这更像是矿物组合物的花岗岩。该团队计算出大部分矿物结晶发生在地壳中发生在大约7-11千米的深度,主岩浆存储区域。有趣的是,当岩浆在这里结晶时,它们变得如此多,那么大部分岩浆开始表现为坚实,不再爆发。然而,剩余的熔体液体可以从这种结晶糊状物中逸出以产生更加进​​化的熔岩。收集的碱性富含矿物质组分,该矿物质组分用桥面镶嵌着,并且还富集在水分子中,表明初始壳体在相对潮湿的条件下熔化。该团队还证实,岩浆迅速上升,并通过大陆地壳内的大故障系统的存在。

岩浆分异非常复杂,没有一个火山系统是完全相同的。地下“管道”、地幔内的熔化过程和形成火山的板块边界类型都对火山的发展、喷发的频率和类型有着复杂的控制。通过研究这些过去的火山事件和岩浆物质的火成岩学,地质学家可以开始了解目前正在地壳深处进行的过程,并帮助预测火山在未来可能的行为。

Pascal Bernad / Shutterstock.com

个人反应

什么首次引发了对火鸡的兴趣和魔法岩石的复杂地球化学?

我很好奇岩浆最初是如何形成的,以及凝固过程是如何产生我们可以在地球表面观察到的各种各样的火成岩的。此外,在70年代被大多数地质学家接受为地球科学新范例的板块构造理论,为解释火成岩的起源提供了一个令人兴奋的统一模型。火山活动是一个我们今天可以观察到的活跃的过程,这对于通常分析过去过程的残留物来解释其起源的地质学家来说是罕见的。

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