溶岩

組成

地球の地殻のほぼすべての溶岩の組成は、ケイ酸塩鉱物によって支配されています。主に長石、準長石、かんらん石、輝石、両生類、マイカ、まれな非ケイ酸塩溶岩は、非ケイ酸塩鉱物の堆積物が局所的に溶けるか、マグマが非混和性のケイ酸塩と非ケイ酸塩の液相に分離することによって形成されます。

ケイ酸塩溶岩

ケイ酸塩溶岩は溶融混合物です。酸素とシリコンが優勢で、地球で最も豊富な化学元素であり、少量のアルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、カリウム、および少量の他の多くの元素が含まれています。岩石学者は日常的に、溶岩に存在する主要な元素（酸素以外）の酸化物の重量またはモル質量分率の観点からケイ酸塩溶岩の組成を表現します。

ケイ酸塩マグマの物理的挙動が支配的ですシリカ成分による。溶岩中のシリコンイオンは、四面体配列で4つの酸素イオンに強く結合します。酸素イオンが溶融物中の2つのシリコンイオンに結合している場合、それは架橋酸素と呼ばれ、架橋酸素イオンによって接続されたシリコンイオンの多くの塊または鎖を持つ溶岩は部分的に重合していると説明されます。アルミニウムとアルカリ金属酸化物（ナトリウムおよびカリウム）の組み合わせも溶岩を重合する傾向があります。第一鉄、カルシウム、マグネシウムなどの他の陽イオンは、酸素との結合がはるかに弱く、重合する傾向を減らします。部分重合により溶岩は粘性になるため、シリカを多く含む溶岩は、シリカを含まない溶岩よりもはるかに粘性が高くなります。

粘度の決定におけるシリカの役割、および溶岩の他の多くの特性（その温度）はシリカ含有量と相関することが観察され、ケイ酸塩溶岩はシリカ含有量に基づいて、フェルシック、中間、マフィック、ウルトラマフィックの4つの化学タイプに分類されます。

フェルシック溶岩

フェルシックまたは珪質溶岩のシリカ含有量は63％を超えています。それらには、流紋岩とデイサイト溶岩が含まれます。シリカ含有量が非常に高いため、これらの溶岩は非常に粘性が高く、1,200°C（2,190°F）の高温流紋岩溶岩の108cPから800°C（1,470°F）の低温流紋岩溶岩の1011cPの範囲です。ちなみに、水の粘度は約1cPです。この非常に高い粘度のために、珪長質溶岩は通常爆発的に噴火して火砕（断片的な）堆積物を生成します。ただし、流紋岩溶岩は時折噴火して溶岩棘、溶岩ドーム、または「クーリー」（厚くて短い溶岩流）を形成します。溶岩は通常、押し出されるときに断片化し、ブロック溶岩流を生成します。これらには黒曜石が含まれていることがよくあります。

珪長質マグマは800°C（1,470°F）の低温で噴火する可能性があります。ただし、異常に高温（> 950°C; > 1,740°F）の流紋岩溶岩は、数十キロメートルの距離を流れる可能性があります。米国北西部のスネークリバー平原など。

中間溶岩

中間溶岩または安山岩溶岩は52％から63％のシリカを含み、アルミニウムが少なく、通常はやや豊富です。珪長質溶岩よりもマグネシウムと鉄で。中間溶岩は安山岩ドームを形成し、溶岩をブロックし、アンデスなどの急な複合火山で発生する可能性があります。また、一般的に高温で、850〜1,100°C（1,560〜2,010°F）の範囲です。シリカ含有量が低く、噴火温度が高いため、粘度がはるかに低くなる傾向があり、1,200°C（2,190°F）での標準粘度は3.5×106cPです。これは、滑らかなピーナッツバターの粘度よりもわずかに大きいです。中間溶岩は斑晶を形成する傾向が大きく、鉄とマグネシウムが多いほど、角閃石や輝石斑晶など、より暗い地塊として現れる傾向があります。

苦鉄質溶岩

苦鉄質溶岩または玄武岩溶岩には52％から45％のシリカ含有量。それらは高いフェロマグネシアン含有量に代表され、一般に1,100〜1,200°C（2,010〜2,190°F）の温度で噴火します。粘度は比較的低く、約104〜105 cPですが、これでも水よりも桁違いに高くなります。この粘度はケチャップの粘度と似ています。玄武岩溶岩は、流動性の溶岩がベントから長距離を流れるため、目立たない楯状火山や洪水玄武岩を生成する傾向があります。玄武岩溶岩は、固化した地殻の下に溶岩が供給されることで「膨張」する可能性があるため、特に傾斜が小さい場合、玄武岩溶岩の厚さは、移動する溶岩流の厚さよりもはるかに大きくなる可能性があります。ほとんどの玄武岩溶岩は、ブロック溶岩ではなく、「Aʻā」または「パホイホイ溶岩」タイプです。水中では、枕状溶岩を形成する可能性があります。枕状溶岩は、陸上の内臓型パホイホイ溶岩にかなり似ています。

超苦鉄質溶岩

コマチアイトや無人岩を形成する高マグママグマなどの超苦鉄質溶岩は、噴火の組成と温度を極限まで高めます。すべてのシリカ含有量は45％未満です。コマチアイトには18％以上の酸化マグネシウムが含まれており、1,600°C（2,910°F）の温度で噴火したと考えられています。この温度では、ミネラル化合物の重合はほとんどなく、移動性の高い液体が生成されます。コマチアイトマグマの粘度は、軽質モーターオイルと同様に100〜1000cPと低いと考えられています。ほとんどの超苦鉄質溶岩は原生代よりも若くはなく、中央アメリカの顕生代から知られているいくつかの超苦鉄質マグマは、高温のマントルプルームに起因します。地球のマントルが冷えすぎて高マグママグマを生成できないため、現代のコマチアイト溶岩は知られていません。

アルカリ溶岩

一部の珪質溶岩は、アルカリ金属酸化物の含有量が高くなっています。 （ナトリウムとカリウム）、特に大陸のリフティングの領域、深く沈み込んだプレートの上にある領域、またはプレート内のホットスポットで。それらのシリカ含有量は、超マグマ（ネフェリナイト、バサナイト、テフライト）からフェルシック（トラキット）までの範囲である可能性があります。亜アルカリ性マグマよりもマントルの深部で生成されます。オリビンネフェリナイト溶岩は超マフィックで高アルカリ性であり、他の溶岩よりもマントルのはるかに深いところから来たと考えられています。

非珪質溶岩

異常な組成の溶岩が地表に噴出しました。これには、次のものが含まれます。

• カルボナタイト溶岩とナトロカルボナタイト溶岩は、タンザニアのオルドイニョレンガイ火山から知られています。活性カルボナタイトvolの唯一の例カノ。地質学的記録のカーボナタイトは、通常75％の炭酸塩鉱物であり、シリカ不飽和ケイ酸塩鉱物（雲母やかんらん石など）、アパタイト、磁鉄鉱、パイロクロアの量は少なくなっています。これは溶岩の元の組成を反映していない可能性があり、炭酸ナトリウムが含まれている可能性があり、その後熱水活動によって除去された可能性がありますが、実験室の実験では方解石に富むマグマが可能であることが示されています。カーボナタイト溶岩は安定同位体比を示し、おそらく非混和性相の分離によって、それらが常に関連している高アルカリ性珪質溶岩に由来することを示しています。オルドイニョレンガイのナトロカルボナタイト溶岩は、主に炭酸ナトリウムで構成されており、炭酸カルシウムの約半分と炭酸カリウムの半分、そして少量のハロゲン化物、フッ化物、硫酸塩が含まれています。溶岩は非常に流動性があり、粘度は水よりわずかに高く、非常に低温で、測定温度は491〜544°C（916〜1,011°F）です。
• 酸化鉄溶岩は、原生代の間に形成されたスウェーデンのキルナの鉄鉱石の供給源であると考えられています。鮮新世の酸化鉄溶岩は、チリとアルゼンチンの国境にあるエルラコ火山複合体で発生します。酸化鉄溶岩は、カルクアルカリまたはアルカリ組成の親マグマから酸化鉄マグマが非混和的に分離した結果であると考えられています。
• チリのラスタリア火山では、長さ250メートル（820フィート）、幅10メートル（33フィート）の硫黄溶岩流が発生しています。それらは、113°C（235°F）という低い温度で硫黄堆積物が溶けることによって形成されました。

「溶岩」という用語は、太陽系の巨大ガスの氷衛星での噴火における溶融した「氷の混合物」を指すためにも使用できます（極低温火山活動を参照）。

レオロジー

溶岩流の挙動は主に溶岩の粘度によって決定されますが、一般的なケイ酸塩溶岩の温度は約800°Cの範囲です。フェルシック溶岩の（1,470°F）からマフィック溶岩の1,200°C（2,190°F）まで、同じ溶岩の粘度は、マフィック溶岩の104cPからフェルシックマグマの1011cPまで、7桁以上の範囲です。主に組成によって決定されますが、温度にも依存します。フェルシック溶岩がマフィック溶岩よりも冷たくなる傾向があると、粘度の差が大きくなります。

溶岩の粘度によって、t時に発生する火山活動の種類が決まります。彼の溶岩が噴火します。粘度が高いほど、噴火が噴火するのではなく爆発する傾向が大きくなります。その結果、地球、火星、金星のほとんどの溶岩流は玄武岩溶岩で構成されています。地球上では、溶岩流の90％が苦鉄質または超苦鉄質であり、中間溶岩が流れの8％を占め、珪長質溶岩が流れのわずか2％を占めています。粘度は、流れのアスペクト（横方向の広がりに対する厚さ）、流れの移動速度、および流れの表面特性も決定します。

噴火すると、高粘度の溶岩は、ほぼ例外なく、高アスペクトの流れまたはドームとして噴火します。流れは、ʻaʻāやpāhoehoeではなくブロック溶岩の形をとります。黒曜石の流れは一般的です。中間の溶岩は急な成層火山を形成する傾向があり、噴火による溶岩と爆発的噴火によるテフラが交互に並んでいます。苦鉄質溶岩は比較的細い流れを形成し、長距離を移動でき、非常に緩やかな傾斜の楯状火山を形成します。

ほとんどの溶岩には、さまざまな鉱物の固体結晶、捕獲岩として知られるエキゾチックな岩の断片、以前に固化した溶岩の断片が含まれています。ほとんどの溶岩の結晶含有量は、それらにチキソトロピー性およびずり流動化特性を与えます。言い換えれば、ほとんどの溶岩は、流量がせん断応力に比例するニュートン流体のようには動作しません。代わりに、典型的な溶岩はビンガム流体であり、降伏応力と呼ばれる応力しきい値を超えるまで、流れに対してかなりの抵抗を示します。これにより、部分的に結晶質の溶岩がプラグフローします。プラグフローのよく知られた例は、練り歯磨きチューブから絞り出された練り歯磨きです。チューブの隣の練り歯磨きの薄い層にせん断力が集中しているため、練り歯磨きは半固体のプラグとして出てきます。ここでのみ、練り歯磨きは流体として機能します。チキソトロピー挙動はまた、結晶が溶岩から沈降するのを妨げます。結晶含有量が約60％に達すると、溶岩は流体のように動作しなくなり、固体のように動作し始めます。このような結晶と溶岩の混合物は、クリスタルマッシュと呼ばれることもあります。

溶岩流の速度は、主に粘度と傾斜に基づいて変化します。一般に、溶岩流はゆっくりと流れ、通常の速度は0.25 mph（0.40 km / h）で、急な斜面では最高速度が6〜30 mph（9.7〜48.3 km / h）です。ニーラゴンゴ山の溶岩湖が崩壊した後、20から60 mph（32から97 km / h）の並外れた速度が記録されました。溶岩のスケーリング関係は、流れの平均速度が、その厚さの2乗をその粘度で割ったものとしてスケーリングすることです。これは、同じ速度で流れるには、流紋岩の流れが玄武岩の流れの約1000倍の厚さである必要があることを意味します。

熱

溶岩の温度範囲は約800°C（1,470°）です。 F）〜1,200°C（2,190°F）。これは、強制空気炭鍛造で達成可能な最も高温の温度に似ています。溶岩は、最初に噴出したときに最も流動性が高く、温度が下がるとはるかに粘稠になります。

溶岩流は、放射熱の損失の結果として、固い岩の断熱クラストを急速に発達させます。その後、溶岩は、岩のクラストを通る熱の非常に遅い伝導によって冷却されます。 1959年の噴火で形成された溶岩湖。湖の深さは約100m（330フィート）でした。3年後、玄武岩の温度が1,065°C（1,949°F）であった固い表面の地殻が固まりました。 l厚さはわずか14m（46フィート）です。噴火から19年後、約80 m（260フィート）の深さで残留液体がまだ存在していました。

冷却溶岩流が収縮し、その結果、流れが破砕されます。玄武岩の流れでは、これは特徴的な破壊パターンを生み出します。流れの最上部は不規則な下向きに広がる割れ目を示していますが、流れの下部は流れを5面または6面の柱に分割する非常に規則的なパターンの割れ目を示しています。固化した流れの不規則な上部はエンタブラチュアと呼ばれ、柱状の接合を示す下部はコロネードと呼ばれます。用語はギリシャの寺院建築から借りています。同様に、周期的な破砕を伴う冷却によって生成された、柱の側面の規則的な垂直パターンは、チゼルマークとして記述されます。これらは、冷却、熱収縮、破砕の物理学によって生み出される自然の特徴です。

溶岩が冷えると、溶岩の境界から内側に結晶化し、ガスが溶岩から放出されて、下部と上部の境界に小胞を形成します。 。これらは、パイプステムベシクルまたはパイプステムアミグデールとして説明されています。冷却結晶マッシュから排出された液体は、冷却流のまだ流体の中心に上向きに上昇し、垂直ベシクルシリンダーを生成します。これらが流れの上部に向かって合流する場所で、小胞玄武岩のシートが形成され、ガス空洞で覆われることがあります。これらは時々二次鉱物で満たされています。南アメリカの洪水玄武岩に見られる美しいアメジストのジオードは、このように形成されました。

洪水玄武岩は通常、流れが止まる前にほとんど結晶化しないため、珪質の少ない流れでは流れのテクスチャはまれです。 。一方、フローバンディングは珪長質フローで一般的です。