Složení
Pāhoehoe a láva teče vedle sebe v Havaj, září 2007
Ve složení téměř celé lávy zemské kůry dominují silikátové minerály: převážně živce, živci, olivíny, pyroxeny, amfiboly, slídy a křemen. Vzácné nesilikátové lávy se mohou tvořit lokálním tavením nesilikátových minerálních usazenin nebo rozdělením magmatu na samostatné nemísitelné silikátové a nesilikátové kapalné fáze.
Silikátové lávy
Silikátové lávy jsou roztavené směsi dominují kyslík a křemík, nejhojnější chemické prvky Země, s menším množstvím hliníku, vápníku, hořčíku, železa, sodíku a draslíku a malým množstvím mnoha dalších prvků. Petrologové běžně vyjadřují složení silikátové lávy z hlediska hmotnostního nebo molárního hmotnostního podílu oxidů hlavních prvků (jiných než kyslík) přítomných v lávě.
Dominuje fyzikální chování silikátových magmatů složkou oxidu křemičitého. Křemíkové ionty v lávě se silně váží na čtyři ionty kyslíku v čtyřbokém uspořádání. Pokud je iont kyslíku vázán na dva ionty křemíku v tavenině, je to popsáno jako přemosťující kyslík a láva s mnoha shluky nebo řetězci iontů křemíku spojenými přemosťujícími ionty kyslíku je popsána jako částečně polymerovaná. Hliník v kombinaci s oxidy alkalických kovů (sodík a draslík) má také tendenci polymerovat lávu. Jiné kationty, jako je železné železo, vápník a hořčík, se mnohem slaběji vážou na kyslík a snižují sklon k polymeraci. Částečná polymerace činí lávu viskózní, takže láva s vysokým obsahem oxidu křemičitého je mnohem viskóznější než láva s nízkým obsahem oxidu křemičitého.
Kvůli úloze oxidu křemičitého při určování viskozity a kvůli mnoha dalším vlastnostem lávy (například jeho teplota) koreluje s obsahem oxidu křemičitého, křemičité lávy jsou rozděleny do čtyř chemických typů na základě obsahu oxidu křemičitého: felsic, střední, mafic a ultramafic.
Felsic láva
Felsic nebo křemičité lávy mají obsah oxidu křemičitého vyšší než 63%. Zahrnují ryolitové a dacitové lávy. S tak vysokým obsahem oxidu křemičitého jsou tyto lávy extrémně viskózní, od 108 cP pro horkou rhyolitovou lávu při 1200 ° C (2190 ° F) až po 1011 cP pro chladnou rhyolitovou lávu při 800 ° C (1470 ° F). Pro srovnání má voda viskozitu asi 1 cP. Kvůli této velmi vysoké viskozitě felsická lávy obvykle výbušně vybuchují a vytvářejí pyroklastické (fragmentární) usazeniny. Ryolitové lávy však občas vybuchnou výbušně a vytvoří lávové trny, lávové dómy nebo „coulees“ (které jsou silné a krátké lávové proudy). Lávy se při vytlačování obvykle fragmentují a vytvářejí blokové lávové proudy. Často obsahují obsidián.
Felsická magma mohou vybuchnout při teplotách až 800 ° C (1470 ° F). Neobvykle horké (> 950 ° C; > 1740 ° F) ryolitové lávy však mohou proudit na vzdálenosti mnoha desítek kilometrů, jako například v Snake River Plain v severozápadních Spojených státech.
Střední láva
Mezilehlé nebo andezitové lávy obsahují 52% až 63% oxidu křemičitého a mají nižší obsah hliníku a obvykle jsou o něco bohatší v hořčíku a železa než felsická lávy. Mezilehlé lávy tvoří andezitové kopule a blokové lávy a mohou se vyskytovat na strmých složených sopkách, jako například v Andách. Jsou také běžně teplejší v rozmezí 850 až 1100 ° C (1560 až 2010 ° F). Vzhledem k jejich nižšímu obsahu oxidu křemičitého a vyšším teplotám při erupci mají tendenci být mnohem méně viskózní s typickou viskozitou 3,5 × 106 cP při 1200 ° C (2190 ° F). To je o něco větší než viskozita hladkého arašídového másla. Mezilehlé lávy vykazují větší tendenci k tvorbě fenokrystalů, vyšší obsah železa a hořčíku má tendenci projevovat se jako tmavší základní hmota, včetně fenokrystalů amfibolu nebo pyroxenu.
Mafická láva
Mafická nebo čedičová lávy mají obsah oxidu křemičitého 52% až 45%. Jsou typické svým vysokým obsahem feromagnesiánského obsahu a obvykle vybuchují při teplotách 1100 až 1200 ° C (2010 až 2190 ° F). Viskozity mohou být relativně nízké, kolem 104 až 105 cP, i když je to stále ještě o řád vyšší než voda. Tato viskozita je podobná viskozitě kečupu. Čedičové lávy mají tendenci produkovat nízkoprofilové štítové sopky nebo povodňové čediče, protože fluidní láva proudí na velké vzdálenosti od průduchu. Tloušťka čedičové lávy, zejména na nízkém svahu, může být kdykoli mnohem větší než tloušťka pohybujícího se lávového proudu, protože čedičové lávy se mohou „nafouknout“ dodávkou lávy pod ztuhlou kůrou. Většina čedičových láv je spíše typu ʻAʻā nebo pāhoehoe, než blokových láv. Pod vodou mohou tvořit polštářové lávy, které jsou na souši podobné lávám pahoehoe typu entrail.
Ultramafická láva
Ultramafické lávy, jako jsou komatiity a vysoce magnezická magma, která tvoří boninit, posouvají složení a teploty erupcí do extrému. Všechny mají obsah oxidu křemičitého pod 45%. Komatiity obsahují více než 18% oxidu hořečnatého a předpokládá se, že vybuchly při teplotách 1 600 ° C (2 910 ° F). Při této teplotě prakticky nedochází k polymeraci minerálních sloučenin, čímž se vytváří vysoce mobilní kapalina. Viskozity komatiitových magmatů jsou považovány za nízké od 100 do 1 000 cP, podobně jako u lehkého motorového oleje. Většina ultramafických láv není mladší než prvohorní, s několika ultramafickými magmy známými z fanerozoika ve Střední Americe, která se připisují horkému oblaku pláště. Nejsou známy žádné moderní komatiitské lávy, protože plášť Země se příliš ochladil, aby vytvořil vysoce magnesiánská magma.
Akalínové lávy
Některé křemičité lávy mají zvýšený obsah oxidů alkalických kovů (sodík a draslík), zejména v oblastech kontinentálního riftingu, v oblastech překrývajících se hluboce tlumené desky nebo v hotspotech intraplate. Jejich obsah oxidu křemičitého se může pohybovat od ultramafického (nefelinity, basanity a teprity) po felsický (trachytes). generované ve větších hloubkách pláště než subalkalická magma. Olivínové nefelinitové lávy jsou ultramafické i vysoce alkalické a předpokládá se, že pocházejí z mnohem hlubšího pláště Země než jiné lávy.
Nesilicické lávy
Na povrch Země vybuchly některé lávy neobvyklého složení. Patří mezi ně:
- Lávy z karbonatitu a natrokarbonatitu jsou známé ze sopky Ol Doinyo Lengai v Tanzanii, což je jediný příklad aktivního karbonatitu obj kánoe. Karbonatity v geologickém záznamu jsou typicky 75% uhličitanové minerály, s menším množstvím křemičitanově nenasycených silikátových minerálů (jako jsou slídy a olivín), apatit, magnetit a pyrochlor. To nemusí odrážet původní složení lávy, které mohlo zahrnovat uhličitan sodný, který byl následně odstraněn hydrotermální aktivitou, ačkoli laboratorní experimenty ukazují, že je možné magma bohaté na kalcit. Karbonatitové lávy vykazují stabilní izotopové poměry, což naznačuje, že jsou odvozeny od vysoce alkalických křemičitých láv, se kterými jsou vždy spojeny, pravděpodobně oddělením nemísitelné fáze. Natrokarbonátové lávy Ol Doinyo Lengai se skládají převážně z uhličitanu sodného, s přibližně polovinou tolik uhličitanu vápenatého a polovinou znovu tolik uhličitanu draselného a malým množstvím halogenidů, fluoridů a síranů. Lávy jsou extrémně tekuté, s viskozitami jen o málo vyššími než voda, a jsou velmi chladné, s naměřenými teplotami 491 až 544 ° C (916 až 1011 ° F).
- Lávy na bázi oxidu železa jsou považovány za zdroj železné rudy ve švédské Kiruně, která se vytvořila během prvohory. Lávy z oxidu železa pliocénního věku se vyskytují ve vulkanickém komplexu El Laco na hranici Chile s Argentinou. Lávy na bázi oxidu železa jsou považovány za výsledek nemísitelného oddělení magmatu na bázi oxidu železa od rodičovského magmatu kalc-alkalického nebo alkalického složení.
- Sírová láva proudí až 250 metrů na délku a 10 metrů na šířku na sopce Lastarria v Chile. Vznikly tavením depozit síry při teplotách až 113 ° C (235 ° F).
Termín „láva“ lze také použít k označení roztavené „ledové směsi“ při erupcích na ledových satelitech plynových gigantů sluneční soustavy. (Viz kryovulkanismus).
Reologie
Prsty pāhoehoe postupují přes silnici v Kalapaně ve východní trhlině sopky Kīlauea na Havaji ve Spojených státech
Chování lávových proudů je většinou určováno viskozitou lávy. Zatímco teploty v běžných silikátových lávách se pohybují od asi 800 ° C (1 470 ° F) pro felsické lávy na 1 200 ° C (2 190 ° F) pro mafické lávy, viskozita stejné lávy se pohybuje kolem sedmi řádů, od 104 cP pro lávovou lávu až 1011 cP pro felsická magma. většinou určeno složením, ale také závisí na teplotě. Tendence felsické lávy být chladnější než lávové lávy zvyšuje rozdíl viskozity.
Lávová viskozita určuje druh sopečné činnosti, ke které dochází, když láva vybuchla. Čím vyšší je viskozita, tím větší je tendence k erupcím, které mají být spíše výbušné než výbušné. Výsledkem je, že většina lávových proudů na Zemi, Marsu a Venuše je složena z čedičové lávy. Na Zemi je 90% lávových toků mafických nebo ultramafických, přičemž mezilehlá láva tvoří 8% toků a felsická láva tvoří pouze 2% toků. Viskozita také určuje aspekt (tloušťku vzhledem k bočnímu rozsahu) toků, rychlost, s jakou se toky pohybují, a povrchový charakter toků.
Když vybuchnou výbušně, vysoce viskózní lávy vybuchnou téměř výlučně jako proudy nebo kopule. Toky mají spíše podobu blokové lávy než ʻaʻā nebo pāhoehoe. Obsidiánové toky jsou běžné. Mezilehlé lávy mají tendenci tvořit strmé stratovulkány se střídáním vrstev lávy z výbušných erupcí a tephry z výbušných erupcí. Mafická lávy tvoří relativně tenké toky, které se mohou pohybovat na velké vzdálenosti a vytvářejí štítové sopky s velmi mírnými svahy.
Většina láv obsahuje pevné krystaly různých minerálů, fragmenty exotických hornin známé jako xenolity a fragmenty dříve ztuhlé lávy. Krystalový obsah většiny láv jim dává tixotropní a střihové vlastnosti. Jinými slovy, většina láv se nechová jako newtonovské tekutiny, u nichž je rychlost proudění úměrná smykovému napětí. Místo toho je typickou lávou binghamská tekutina, která vykazuje značný odpor proti proudění, dokud není překročena mezní hodnota napětí, která se nazývá mez kluzu. To má za následek ucpaný tok částečně krystalické lávy. Známým příkladem toku zátky je zubní pasta vytlačená z tuby zubní pasty. Zubní pasta vychází jako polotuhá zátka, protože střih je koncentrován v tenké vrstvě v zubní pastě vedle tuby a pouze zde se zubní pasta chová jako tekutina. Tixotropní chování také brání usazování krystalů z lávy. Jakmile obsah krystalů dosáhne přibližně 60%, láva se přestane chovat jako tekutina a začne se chovat jako pevná látka. Taková směs krystalů s roztavenou horninou se někdy označuje jako krystalová kaše.
Rychlost lávového toku se liší především podle viskozity a sklonu. Obecně láva proudí pomalu, s typickými rychlostmi 0,40 km / h a maximální rychlostí 9,7 až 48,3 km / h na strmých svazích. Po zhroucení lávového jezera na hoře Nyiragongo byla zaznamenána výjimečná rychlost 20 až 60 mph (32 až 97 km / h). Vztah měřítka pro lávy je ten, že průměrná rychlost toku se mění jako čtverec jeho tloušťky dělený jeho viskozitou. To znamená, že tok rhyolitu by musel být přibližně 1 000 × tak silný jako tok čediče, aby mohl proudit podobnou rychlostí.
Termální
Sloupové spojování v Giant’s Causeway v Severním Irsku
Lávy se pohybují v rozmezí teplot od asi 800 ° C (1470 ° F) až 1 200 ° C (2 190 ° F). Je to podobné jako s nejteplejšími teplotami dosažitelnými u kovárny s aktivním uhlím. Při prvním výbuchu je láva nejvíce tekutá a při poklesu teploty je mnohem viskóznější.
Chladicí proudy lávy se zmenšují, což má za následek prasknutí toku. U čedičových toků to vytváří charakteristický vzor zlomenin. Nejvrchnější části toku vykazují nepravidelné zlomeniny rozkládající se dolů, zatímco spodní část toku vykazuje velmi pravidelný vzor zlomenin, které rozbíjejí tok do pětistěnných nebo šestibokých sloupců. Nepravidelná horní část ztuhlého toku se nazývá kladí, zatímco spodní část, která ukazuje sloupové spojení, se nazývá kolonáda. Výrazy jsou převzaty z řecké chrámové architektury. Rovněž pravidelné svislé vzory po stranách sloupů, které vznikají ochlazováním s periodickým štěpením, jsou popsány jako značky sekáče. Jedná se o přirozené rysy vytvářené fyzikou ochlazování, tepelné kontrakce a štěpení.
Jak se láva ochlazuje a krystalizuje dovnitř z jejích hranic, plyny jsou vylučovány z lávy a vytvářejí vezikuly na dolní a horní hranici . Ty jsou popsány jako vezikuly dřík-kmen nebo amygdales dřík. Kapaliny vypuzené z kaše chladicího krystalu stoupají nahoru do stále tekutého středu chladicího proudu a vytvářejí vertikální váčkové válce. Tam, kde se slučují směrem k horní části toku, se vytvářejí vrstvy vezikulárního čediče, které jsou někdy opatřeny plynovými dutinami. Ty jsou někdy naplněny sekundárními minerály. Nádherné ametystové geody nalezené v povodňových čedičích v Jižní Americe vznikly tímto způsobem.
Povodňové čediče se obvykle setkají s malou krystalizací, než přestanou proudit, a v důsledku toho jsou textury toku u méně silicických toků neobvyklé . Na druhou stranu je proudění pásem běžné u felsických toků.