岩浆(Magma)
岩浆形成的地质条件
这是一个知识含量很高的问题.
在今天的地球上,如果没有板块运动,火山不会喷发(早期地球的情形除外),地球内能仅通过岩石传导缓慢散发.随着地球自转越来越慢, 板块运动和火山活动会逐渐平息.就像今天的月亮.这是个更复杂的板块驱动力问题,这里暂不讨论.
今天的岩浆活动发源于大陆30km,洋壳6km以下.即软流圈.但软流圈的物质并不是岩浆.软流圈在巨大的岩石静压力下呈半塑性状态.只有当压力降低,如地壳裂开时才转变为岩浆并朝着压力低的方向移动,如大洋裂谷.其二,当温度升高时也能形成岩浆,并把上覆岩层熔透而形成火山喷发.
所以岩浆作用的发源地的地质条件是;
地壳(包括洋壳)开裂处.即洋中脊大裂谷.这里因压力降低导致火山喷发.
板块俯冲消亡带,即海沟岛弧系.这里因板块剧烈摩擦,压力、温度升高,导致火山爆发.这种火山能量极高.如印度尼西亚群岛的火山爆发.
两个大陆板块相撞处也有岩浆活动,不过这里的地壳很厚60公里左右,岩浆以侵入岩的形式冷却,很少有火山喷发.
岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石,约占地壳总体积的65%.岩浆是在地壳深处或上地幔天然形成的、富含挥发组分的高温粘稠的硅酸盐熔浆流体,是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体.岩浆的发生、运移、聚集、变化及冷凝成岩的全部过程,称为岩浆作用.
岩浆作用主要有两种方式:
1.岩浆侵入活动→侵入岩.
2.火山活动或喷出活动→喷出岩(火山岩)
[编辑本段]岩浆与岩浆岩
生活在科技时代的人们已经在电视等媒体上看到过喷涌的岩浆,知道岩浆岩是由岩浆直接冷凝形成的.岩浆的英文名字是“Magma”, 这个单词的原义是形容一种类似于"稀糊状混合物"的物体.岩浆的概念在1872年最早提出,直到逐步深入完善并得到公认,实际上经历了一个漫长的反复实践、验证和认识过程.目前比较公认的看法,认为岩浆是由地壳和上地幔中形成的,以硅酸盐为主要成分的炽热、粘稠、富含挥发性的熔融体.
岩浆主要由硅酸岩和一些挥发性组成.SiO2是硅酸盐的主要成分,它与Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O等其他氧化物结合,组成各种不同的硅酸盐矿物.其中,SiO2的含量是划分岩浆岩大类的主要因素.SiO2含量高,酸性程度也随之升高.
人们亲眼看到很多溢出到地表的熔岩流,它们应该很接近岩浆的成分,但是当岩浆喷出地表时,象水蒸汽、CO2、SO2、CO、N2等挥发份会大量逸散,特别是水蒸汽在挥发份中占的比重很大,约占总量的60-90%.而岩浆喷出时,首先喷出的是挥发份.因此,确切地说,岩浆岩是由失去了大量挥发份的岩浆固结形成的.
炽热的岩浆温度可以利用喷出的熔岩直接测定,熔岩的温度因为岩浆成分不同而有些差别.基性的玄武岩浆温度最高,可达1000-1300℃,酸性的流纹岩浆温度最低,大约为700-900℃.不过,在地表常压下测定的温度,因为挥发份的散失,并不能完全代表地下深处岩浆的真实温度,通常在地表测得的温度要相对高些.岩浆的温度还可以用熔融岩石和结晶模拟实验的方法、岩浆中包裹体测温的方法以及地质温度计和地质压力计计算方法来间接获得.
岩浆岩主要有侵入和喷出两种产出情况.侵入在地壳一定深度上的岩浆经缓慢冷却而形成的岩石,称为侵入岩.侵入岩固结成岩需要的时间很长.地质学家们曾做过估算,一个2000米厚的花岗岩体完全结晶大约需要64000年;岩浆喷出或者溢流到地表,冷凝形成的岩石称为喷出岩.喷出岩由于岩浆温度急聚降低,固结成岩时间相对较短.1米厚的玄武岩全部结晶,需要12天,10米厚需要3年,700米厚需要9000年.可见,侵入岩固结所需要的时间比喷出岩要长得多.
黏度也是岩浆很重要的性质之一,它代表着岩浆流动的状态和程度.岩浆中SiO2的含量对黏度影响最大,其次是Al2O3,Cr2O3,它们的含量增高,岩浆黏度会明显增大.酸性岩中SiO2,Al2O3的含量很高,因此,黏度也最大;溶解在岩浆中的挥发份可以降低岩浆的黏度、降低矿物的熔点,使岩浆容易流动,结晶时间延长;此外,岩浆的温度高,黏度相应变小;岩浆承受的压力加大,岩浆的黏度也增大.
在岩浆从上地幔或地壳深处沿着一定的通道上升到地壳形成侵入岩或喷出到地表形成喷出岩的过程中,由于温度、压力等物理化学条件的改变,岩浆的性质、化学成分、矿物成分也随之不断地变化,因此,在自然界中形成的岩浆岩是多种多样、千变万化的,如基性岩、中性岩、酸性岩,还有碱性岩、碳酸盐岩等岩类,也充分说明了岩浆成分的复杂多样性.
[编辑本段]岩浆岩家族的划分
自然界中的岩浆岩是个大家族,种类繁多,形形色色,仅现有的岩石名称就达千种之多.虽然各种岩浆岩之间存在着化学成分、矿物成分、结构、产状和成因等方面的差异,但是它们彼此之间又有着一定的过渡关系.因此,正确认识不同岩石之间的差异和联系、共性和特性,搞清楚它们的共生关系和成因联系,是对岩浆岩这个家族进行归纳和划分的主要任务.
自十九世纪七十年代起,国内外地质学家就为之做出了不懈的努力.经过一百多年的研究和实践,目前,对岩浆岩的分类已经得到了大多数科学家的肯定.一般情况下,划分岩浆岩类型主要考虑岩石的基本特征和产状两大因素.
一般情况下,划分岩浆岩类型主要考虑岩石的基本特征和产状两大因素.
在划分岩浆岩类型时,岩石化学成分中的酸度和碱度是主要考虑因素之一.岩石的酸度,是指岩石中含有SiO2 的重量百分数.通常,SiO2含量高时,酸度也高;SiO2含量低时,酸度也低.而岩石酸度低时,说明它的基性程度比较高.
SiO2是岩浆岩中最主要的一种氧化物,因此,它的含量有规律的变化是岩浆岩分类的主要基础.根据酸度,也就是SiO2含量,可以把岩浆岩分成四个大类:超基性岩(SiO2 <45%)、基性岩(SiO2 45-53%)、中性岩(SiO2 53-66%)和酸性岩(SiO2 >66%).
岩石的碱度即指岩石中碱的饱和程度,岩石的碱度与碱含量多少有一定关系.通常把Na2O+K2O的重量百分比之和,称为全碱含量.Na2O+K2O含量越高,岩石的碱度越大. A.Rittmann 1957年考虑SiO2和Na2O+K2O之间的关系,提出了确定岩石碱度比较常用的组合指数(σ).σ值越大,岩石的碱性程度越强.每一大类岩石都可以根据碱度大小划分出钙碱性、碱性和过碱性岩三种类型.σ< 3.3时,为钙碱性岩;σ= 3.3-9.0时,为碱性岩;σ> 9时,为过碱性岩.
除了岩石化学成分之外,矿物成分也是岩浆岩分类的依据之一.在岩浆岩中常见的一些矿物,它们的成分和含量由于岩石类型不同而随之发生有规律的变化.如石英、长石呈白色或肉色,被称为浅色矿物;橄榄石、辉石、角闪石和云母呈暗绿色、暗褐色,被称为暗色矿物.通常,超基性岩中没有石英,长石也很少,主要由暗色矿物组成;而酸性岩中暗色矿物很少,主要由浅色矿物组成;基性岩和中性岩的矿物组成位于两者之间,浅色矿物和暗色矿物各占有一定的比例.
根据产状,也就是根据岩石侵入到地下还是喷出到地表,岩浆岩又可以分为侵入岩和喷出岩.侵入岩根据形成深度的不同,又细分为深成岩和浅成岩.每个大类的侵入岩和喷出岩在化学成分上是一致的,但是由于形成环境不同,它们的结构和构造有明显的差别.深成岩位于地下深处,岩浆冷凝速度慢,岩石多为全晶质、矿物结晶颗粒也比较大,常常形成大的斑晶;浅成岩靠近地表,常具细粒结构和斑状结构;而喷出岩由于冷凝速度快,矿物来不及结晶,常形成隐晶质和玻璃质的岩石.