Хрустальная каша - Crystal mush

Во время охлаждения из расплава образуются кристаллы. Таким образом, соотношение кристалл / расплав увеличивается, образуя магму, кристаллическую массу и, наконец, кумулятивную породу.

А хрустальная каша является магма который содержит значительное количество кристаллов (до 50% от объема), взвешенных в жидкой фазе (расплаве).[1] Поскольку фракция кристаллов составляет менее половины объема, не существует жесткой крупномасштабной трехмерной сети, как в твердых телах.[2] Таким образом, их реологическое поведение отражает поведение абсолютных жидкостей. Внутри монокристаллической кашицы наблюдается переход к более высокой твердой фракции по направлению к краям плутон в то время как жидкая фракция увеличивается по направлению к самым верхним частям, образуя жидкую линзу вверху.[1] Кроме того, в зависимости от глубины размещения кристаллические засыпки, вероятно, будут содержать большую часть кристаллов на большей глубине в коре, чем на более мелкой глубине, поскольку плавление происходит в результате адиабатического разуплотнения магмы по мере ее подъема, это особенно верно для срединно-океанические хребты.[3]

Сейсмические исследования предлагают убедительные доказательства существования кристаллических завалов, а не полностью жидких магматических тел.[1]

Кристаллы могут иметь широкий спектр химического и минералогического состава, от мафический (SiO2-бедный, богатый MgO) до фельзический (SiO2-богатые, MgO-бедные).

Формирование

Хрустальные кашицы образуются на разной глубине в земной коры. Они возникают в результате фракционной кристаллизации жидкости. Фракционная кристаллизация это физико-химический процесс, при котором из определенного исходного химического раствора образуется жидкая и твердая фаза. В зависимости от исходного химического состава жидкости в расплаве будут образовываться различные минералы.

Исходная жидкость может образовывать кристаллы (твердая фаза) при охлаждении и добавлении определенной концентрации воды. В зоны субдукции, более конкретно в магматических дугах, можно транспортировать воду в мантия, как более плотный океаническая плита субдукты 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 корки, которая затем создаст камеру жидкой фазы, которая позже будет кристаллизоваться и генерировать минералы.[4]

Источником воды являются минералы, содержащие H2O в их химическом составе.

Другой ключевой фактор - это концентрация кремнезема в магме, которая приводит к дифференциации магмы. По окончании кристаллизации можно кристаллизовать кварц, но только тогда, когда в расплаве содержится высокая концентрация SiO2, который является основным компонентом минерала.[4]

Быстрое увеличение содержания кристаллов за короткий интервал температур создает идеальные реологический условия извлечения расплава. Плавучие, более легкие магмы, извлеченные из кристаллической кашицы, могут подниматься через кору и образовывать плутонические комплексы.[4]

Добыча

Хрустальная каша модель представляет взгляд на плутоны как хрустальные кладбища.[5] Это означает, что кристаллы отделены от силикатной жидкости, в которой они были кристаллизованы. Эта модель контрастирует с точкой зрения навязчивый магматические тела как неудавшиеся извержения.[6] При охлаждении хрустальная каша может отличаться Магматическая дифференциация процессы, такие как фракционирование кристаллов, смешивание, плавление.[7]

Чтобы создать скопление кристаллов, должен быть механизм, который извлекает промежуточную жидкость из уже кристаллизованных твердых частиц. С понижением температуры увеличивается твердая часть магматического очага. Это означает, что проницаемость понижается с температурой. Это тоже останавливает конвекция в системе, а постепенное накопление кристаллов увеличивает эффективность вытеснения расплава из нижележащих частей камера из-за загрузки. Эти механизмы способствуют разделению поведения кристаллов и жидкости, позволяя жидкости просачиваться вверх.

Однако этот механизм экстракции работает в оптимальном интервале фракции кристаллов.[8] Если фракция кристаллов низка, конвекция все еще действует в системе, что останавливает осаждение кристаллов и экстракцию жидкости. Однако, если доля кристаллов очень высока, система начинает вести себя как твердое тело в пределах временного интервала приложенного напряжения в системе (Время Максвелла ).

Извержение

Поскольку магма состоит из фракций разного состава, она может претерпевать разные процессы, такие как извлечение расплава, разделение фаз, обогащение воды и газа и нагнетание магмы из более глубоких магматических очагов (обычно в нижних очагах). кора (геология) ). Все это может прямо или косвенно вызвать извержение События.

Одним из факторов, который может вызвать извержение магмы, является разделение фаз жидкого и кристаллического компонентов кристаллической кашицы. По мере того, как магма развивается с течением времени, и содержание кристаллов в магме увеличивается, происходит разделение фаз, и жидкая фаза магмы выталкивается вверх, движимая ее плавучестью в результате ее более низкой плотности. Вулканы, как клапаны открытой системы, обеспечивают путь для выделения газа и извержения магмы. Количество растворенных газов может быть дополнительным фактором, контролирующим событие извержения. Чем глубже расположен магматический очаг, тем большее количество газа может быть растворено в магме (условия высокого давления), особенно в андезитовый и риолитовый магмы. Поскольку происходит разделение фаз и жидкая фракция увеличивается вместе с понижением давления, увеличивается выброс газа. Этот процесс выражается в большом количестве пузырьков, которые направляют жидкую фазу к поверхности земли. Кроме того, чем выше содержание растворенной воды и других газов, тем сильнее будет извержение.

Последняя и самая тривиальная причина извержения магмы - это закачка свежей магмы из нижних частей коры в выпущенный магматический очаг, что увеличивает содержание жидкой фазы и, следовательно, давление внутри очага, которое одновременно сбрасывается. как поток лавы на поверхность земли. «Хрустальная каша» - ведущая и наиболее перспективная модель.[8][9] тел магмы, что подтверждается находками (игнимбриты ) на поверхности, хотя есть некоторые спорные моменты.[10][11]

Рудные месторождения

Магмы, содержащие летучие вещества стабильны на высоком давление в глубокой корочке; когда эта смесь магмы и летучих веществ поднимается через кору, давление падает, и летучие вещества начинают выделяться из магмы.[12] Это ведет к перенасыщение летучих веществ в магме. Кристаллизация сухих минералов в магме и кристаллической каше будет постепенно увеличивать концентрацию флюида в расплаве, что может привести к насыщению. Эти флюиды, более легкие, чем магма, в которой они когда-то находились, распадаются и поднимаются до еще более мелкой коры; потенциально формирующий рудные месторождения. Если эти летучие вещества достаточно сконцентрированы для образования рудные минералы и если они захвачены окружающими вмещающими породами в Континентальный разлом в достаточно узком пространстве они могут образовывать экономически ценные рудные месторождения.[13] Некоторые магматические очаги также более предрасположены к образованию крупных рудных месторождений из-за региональных условий и сочетания факторов, благоприятных для рудообразования.[13]

Ключевым фактором насыщения магмы и образования летучих веществ является сульфид насыщение исходной магмы.[13] Высокая растворимость и высокая концентрация сера в магме приводят к высокому сульфидному насыщению и могут быть важным фактором в формировании крупных рудных месторождений.[13] Этот насыщенный сульфид в расплаве может повышать концентрацию металлов в флюидах магматического происхождения, например, гидротермальные жидкости. Затем они могут подняться из магматическая камера и вторгаются в континентальную кору и откладывают растворенные металлы в коре.

Рекомендации

  1. ^ а б c Купер, Кари М. (февраль 2017 г.). «Как выглядит резервуар магмы? Взгляд« Хрустальный глаз »». Элементы. 13: 23–28. Дои:10.2113 / gselements.13.1.23.
  2. ^ Зима, Джон Д. (2014). Принципы магматической и метаморфической петрологии. Эссекс: Pearson Educated Limited. С. 213, 217. ISBN  978-1-292-02153-9.
  3. ^ Philpotts, Anthony R .; Агу, Джей Дж. (2009). Принципы магматической и метаморфической петрологии. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 16. ISBN  978-0-521-88006-0.
  4. ^ а б c Мюнтенер, Отмар; Ульмер, Питер; Нандедкар, Рохит Х. (01.06.2014). «Фракционная кристаллизация примитивных водно-дуговых магм: экспериментальное исследование при 0,7 ГПа» (PDF). Вклад в минералогию и петрологию. 167 (6): 1015. Дои:10.1007 / s00410-014-1015-5. ISSN  1432-0967.
  5. ^ Гельман, Сара; Диринг, Чад; Бахманн, Оливье; Хубер, Кристиан; Гутьеррес, Франциско (01.10.2014). «Идентификация кладбищ кристаллов, оставшихся после крупных извержений кремния». Письма по науке о Земле и планетах. 403: 299–306. Дои:10.1016 / j.epsl.2014.07.005. ISSN  0012-821X.
  6. ^ Глазнер, Аллен Ф .; Коулман, Дрю С.; Миллс, Райан Д. (2018), "Вулканно-плутоническая связь", Физическая геология мелководных магматических систем, Springer International Publishing, стр. 61–82, Дои:10.1007/978-3-319-14084-1_11, ISBN  9783319140834
  7. ^ Дж. Лейтхолд, 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
  8. ^ а б Бахманн, Оливье; Берганц, Джордж У. (2004). «О происхождении риолитов с низким содержанием кристаллов: извлеченные из батолитических кристальных мусоров». Журнал петрологии. 45 (8): 1565–1582. Дои:10.1093 / петрология / egh019. ISSN  0022-3530.
  9. ^ Hildreth, W.S. (2004), https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2004.05.019
  10. ^ Глазнер, А. Ф., Коулман, Д. С., и Бартли, Дж. М. (2008), Слабая связь между высококремнистыми риолитами и гранодиоритовыми плутонами. Геология, 36 (2), 183–186. https://doi.org/10.1130/G24496A.1
  11. ^ Симакин А.Г., Биндеман И. (2012), Переплавка в кальдерных и рифтовых средах и генезис горячих вторичных риолитов. Письма о Земле и планетологии, 337–338, 224–235. 10.1016 / j.epsl.2012.04.011
  12. ^ «Летучие вещества: перенасыщение и движения магмы». Большая идея: магма движется урывками. 2011-12-16. Получено 2018-12-17.
  13. ^ а б c d Уилкинсон, Джейми Дж. (2013). «Причины формирования месторождений порфировых руд в магматических дугах». Природа Геонауки. 6 (11): 917–925. Дои:10.1038 / ngeo1940. HDL:10141/622499. ISSN  1752-0908.