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 выбрасываются 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, горных пород и летучих органических соединений ( ЛОС ) в различных относительных количествах. [1] Магматическая дифференциациязначительно варьируется в зависимости от различных факторов, в первую очередь от наличия воды. [2] Обилие ЛОС в магматических очагах снижает вязкость и приводит к образованию минералов, содержащих галогены , включая группы Cl - и OH - . Кроме того, относительное содержание ЛОС варьируется в пределах базальтовых, андезитовых и риолитовых магматических очагов, что приводит к тому, что некоторые вулканы являются более взрывоопасными, чем другие. Магматическая вода практически нерастворима в силикатных расплавах, но продемонстрировала наибольшую растворимость в риолитовых расплавах. Было показано, что обилие магматической воды приводит к сильной деформации, изменяя количество δ 18 O и δ 2.H внутри вмещающих пород.
Состав
Магма существует в трех основных формах, различающихся по составу. [3] Когда магма кристаллизуется в земной коре, она образует экструзионную магматическую породу. В зависимости от состава магмы она может образовывать риолит , андезит или базальт . [3] ЛОС , особенно вода и углекислый газ, существенно влияют на поведение каждой формы магмы по-разному. [4] , [2] Магма с высокой концентрацией ЛОС имеет значительное снижение температуры до сотен градусов, что снижает присущую ей вязкость. [5] Поведение магмы также изменяется из-за различий в минералогическом составе, что показано на Рисунке 1 . Например, магматическая вода приводит к кристаллизации нескольких минералов, богатых гидроксильными или галогенированными группами, включая гранаты. Анализ этих минералов может быть использован для анализа условий образования внутри каменистых планет. [5] , [6]
Летучие вещества
ЛОС присутствуют почти во всей магме в разных концентрациях. Примеры ЛОС в магме включают H 2 O, CO 2 и галогеновые газы, включая Cl 2 и F 2 . [1] Высокое давление позволяет этим летучим компонентам оставаться относительно стабильными в растворе. [1] Однако со временем, когда магматическое давление снижается, ЛОС будут подниматься из раствора в газовой фазе, еще больше уменьшая магматическое давление. [1] Эти перепады давления вызывают резкие различия в объеме магмы. [1] Разница давлений приводит к тому, что некоторые формы вулканов становятся взрывоопасными, а другие - изверженными. [1]
Минералогия
Примером минерала, содержащего гидроксильные группы, является гранат. Гранат - безводный минерал, обычно анализируемый в рамках геологических дисциплин из-за его общей стабильности. Одно исследование проанализировало присутствие гранатов в верхней мантии с помощью ИК-спектроскопии и показало поглощение примерно при 3500 см -1 , что согласуется с присутствием гидроксильных групп. Было показано, что эти гранаты различаются по составу в зависимости от их географического происхождения. [6] Одно конкретное исследование в южной части Африки 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 продемонстрировано, что существует обратная корреляция относительно концентрации ОН и Mg + Fe.
Базальтовая магма
Базальтовая магма наиболее богата железом, магнием и кальцием, но меньше всего кремнеземом, калием и натрием. [1] , [3] Состав кремнезема в базальтовой магме колеблется от 45-55 весовых процентов (вес.%) 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 ЛОС, но все же может быть в 100 000 раз более вязкой, чем вода. [1] Из-за своей низкой вязкости это наименее взрывоопасная форма магмы. Базальтовая магма может быть найдена в таких регионах, как Гавайи , известные своими щитовыми вулканами. [1] , [7]
Он образует минералы, такие как богатый кальцием полевой шпат плагиоклаза и пироксен . Состав воды базальтовой магмы меняется в зависимости от эволюции магматического очага. Дуговые магмы, такие как Изару в Коста-Рике, составляют от 3,2 до 3,5 мас.%. [8]
Андезитовая магма
Андезитовая магма представляет собой промежуточную магму и приблизительно равномерно распределена по железу, магнию, кальцию, натрию и калию. [1] , [3] Кремнеземистый состав андезитовой магмы колеблется от 55 до 65 мас.%. [1] Он образуется при температуре примерно от 1470 ° F до 1830 ° F. [1] , [3] Андезитовая магма имеет промежуточную вязкость и содержание ЛОС. [1] Он образует минералы, такие как полевой шпат плагиоклаза, слюда и амфибол .
Риолитовая магма
Риолитовых магма фельзические и наиболее распространенным в диоксид кремния, калия и натрия, но самый низкий в железо, магний и кальций. [1] , [3] Кремнеземистый состав риолитовой магмы колеблется в пределах 65-75 мас.%. [1] Он образуется в самом низком температурном диапазоне, примерно от 1200 ° F до 1470 ° F. [1] , [3] Риолитовая магма имеет самую высокую вязкость и газосодержание. [1] Риолитовая магма вызывает самые взрывные извержения вулканов, включая катастрофическое извержение горы. Везувий. [1] Он образует минералы, такие как полевой шпат ортоклаза, богатый натрием полевой шпат плагиоклаза, кварц, слюда и амфибол.
Вода в силикатных расплавах
На осаждение минералов влияет растворимость в воде силикатных расплавов, которая обычно существует в виде гидроксильных групп, связанных с Si 4+ или катионами группы 1 и группы 2 в концентрациях в диапазоне приблизительно 6-7 мас. %. [9] , [10] В частности, равновесие H 2 O и растворенного O 2 дает гидроксиды, где K экв был приблизительно от 0,1 до 0,3. [10]
Эта присущая растворимость мала, но сильно зависит от давления в системе. Риолитовые магмы обладают самой высокой растворимостью: от примерно 0% на поверхности до почти 10% при 1100 ° C и 5 кбар. Дегазация происходит, когда водная магма поднимается, постепенно превращая растворенную воду в водную фазу. Эта водная фаза обычно богата летучими органическими соединениями, металлами ( медью , свинцом , цинком , серебром и золотом ), а также катионами группы 1 и группы 2 . В зависимости от того, с каким катионом связан гидроксил, он значительно влияет на свойства извержения вулкана, особенно на его взрывоопасность. [9] В условиях необычно высокой температуры и давления, превышающих 374 ° C и 218 бар, вода переходит в сверхкритическое жидкое состояние и больше не становится жидкостью или газом. [9]
Данные о стабильных изотопах
Изотопные данные из различных мест в пределах Срединно-Атлантического хребта показали присутствие экструзивных магматических пород от основного до кислого, включая габбро , диорит и плагиогранит . [11] Эти породы показали метаморфизм высокой степени из-за магматической воды, превышающей 600 ° C. Эта деформация истощила вмещающие породы 18 O, что привело к дальнейшему анализу отношения 18 O к 16 O ( δ 18 O ). [11]
Вода в равновесии с магматических расплавов должны иметь один и тот же изотопный подпись для 18 O и δ 2 H . Однако изотопные исследования магматической воды показали, что она похожа на метеорную воду , что указывает на циркуляцию магматических и метеорных систем подземных вод. [12]
Изотопные анализы флюидных включений показывают широкий диапазон содержания δ 18 O и δ 2 H. [13] Исследования в этих средах показали обилие 18 O и истощение 2 H по сравнению с SMOW и метеорными водами. Данные по включению флюидов в рудных месторождениях показали, что содержание δ 18 O по сравнению с δ 2 H находится в ожидаемом диапазоне.
Смотрите также
- Связанная вода
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t Нельсон, Стивен (сентябрь 2015 г.). «Вулканы, магма и извержения вулканов» . Тулейнский университет EENS 3050 . Проверено 1 марта 2021 года .
- ^ а б Петрелли, М .; Эль Омари, К .; Spina, L .; Le Guer, Y .; La Spina, G .; Перуджини, Д. (22 февраля 2018 г.). «Временные рамки накопления воды в магмах и последствия для короткого времени предупреждения взрывных извержений» . Nature Communications . 9 (1): 770. DOI : 10.1038 / s41467-018-02987-6 . ISSN 2041-1723 .
- ^ Б с д е е г ч Общество, National Geographic (2019-04-05). «Магма» . Национальное географическое общество . Проверено 26 февраля 2021 .
- ^ "Что означает магматическая вода?" . www.definitions.net . Проверено 21 февраля 21 .
- ^ а б «Магматическая порода - Ассимиляция» . Британская энциклопедия . Проверено 27 февраля 2021 .
- ^ а б в Белл, Дэвид. «Гидроксил в минералах мантии» (PDF) . Калифорнийский технологический институт Пасадена, Калифорния .
- ^ Уотсон, Джон (май 1997 г.). «Эруптивный стиль: мощный, но необычно [sic] доброкачественный» . USGS . Проверено 1 марта 2021 года .
- ^ Бенджамин, Эзра Р .; Планка, Терри; Уэйд, Дженнифер А .; Келли, Кэтрин А .; Хаури, Эрик Х .; Альварадо, Гильермо Э. (2007-11-15). «Высокое содержание воды в базальтовых магмах вулкана Ирасу, Коста-Рика» . Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 168 (1): 68–92. DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2007.08.008 . ISSN 0377-0273 .
- ^ а б в Ле Лоск, Шарль; Mysen, Bjorn O .; Коди, Джордж Д. (2015-08-14). «Вода и магмы: понимание механизмов водного раствора в щелочно-силикатных расплавах с помощью инфракрасной спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света и твердотельного ЯМР 29Si» . Прогресс науки о Земле и планетах . 2 (1): 22. DOI : 10,1186 / s40645-015-0052-7 . ISSN 2197-4284 .
- ^ а б Столпер, Эдвард (1982-12-01). «Состав воды в силикатных расплавах» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 46 (12): 2609–2620. DOI : 10.1016 / 0016-7037 (82) 90381-7 . ISSN 0016-7037 .
- ^ а б Ставки, Дебра (1991). «Изотопный состав кислорода и водорода океанических плутонических пород: высокотемпературная деформация и метаморфизм океанического слоя 3» (PDF) . Геохимическое общество . 3 : 77–90.
- ^ Холл, Энтони (1987). Магматическая петрология . Харлоу, Эссекс, Англия: Longman Scientific & Technical. ISBN 0-470-20781-7. OCLC 14098243 .
- ^ Гильберт, Джон М. (1986). Геология рудных месторождений . Парк Чарльза Ф. младшего, Парк Чарльза Ф. младшего. Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 0-7167-1456-6. OCLC 12081840 .