Lava (Română)

Compoziție

Compoziția aproape tuturor lavei din scoarța Pământului este dominată de minerale silicatice: în principal feldspati, feldspatoizi, olivină, piroxeni, amfiboli, mica și cuarț. Lave rare nonsilicate se pot forma prin topirea locală a depozitelor minerale nonsilicate sau prin separarea unei magme în faze separate de silicat nemiscibil și nonsilicat lichid.

Lavas silicat

Lavas silicat sunt amestecuri topite dominat de oxigen și siliciu, cele mai abundente elemente chimice ale Pământului, cu cantități mai mici de aluminiu, calciu, magneziu, fier, sodiu și potasiu și cantități minore de multe alte elemente. Petrologii exprimă în mod obișnuit compoziția unei lave de silicat în termeni de greutate sau fracție de masă molară a oxizilor elementelor majore (altele decât oxigenul) prezente în lavă.

Comportamentul fizic al magmelor de silicat este dominat de componenta silice. Ionii de siliciu din lavă se leagă puternic de patru ioni de oxigen într-un aranjament tetraedric. Dacă un ion de oxigen este legat de doi ioni de siliciu din topitură, acesta este descris ca un oxigen de punte, iar lava cu multe aglomerări sau lanțuri de ioni de siliciu conectați prin ioni de oxigen de punte este descrisă ca fiind parțial polimerizată. Aluminiu în combinație cu oxizi de metale alcaline (sodiu și potasiu), de asemenea, tinde să polimerizeze lava. Alți cationi, precum fierul fier, calciu și magneziu, se leagă mult mai slab de oxigen și reduc tendința de polimerizare. Polimerizarea parțială face lava vâscoasă, astfel încât lava bogată în silice este mult mai vâscoasă decât lava scăzută în silice.

Datorită rolului silicii în determinarea vâscozității și pentru că multe alte proprietăți ale unei lave (cum ar fi temperatura sa) se observă că se corelează cu conținutul de siliciu, lavele de silicat sunt împărțite în patru tipuri chimice bazate pe conținutul de siliciu: felsic, intermediar, mafic și ultramafic.

Lava Felsic

Felsic sau lavele silicice au un conținut de silice mai mare de 63%. Acestea includ riolit și dacite lave. Cu un conținut atât de ridicat de silice, aceste lave sunt extrem de vâscoase, variind de la 108 cP pentru lava de riolită fierbinte la 1.200 ° C (2.190 ° F) până la 1011 cP pentru lava de riolită rece la 800 ° C (1.470 ° F). Pentru comparație, apa are o vâscozitate de aproximativ 1 cP. Datorită acestei vâscozități foarte mari, lavele felsice erup de obicei exploziv pentru a produce depozite piroclastice (fragmentare). Cu toate acestea, lavele riolitice erup uneori efuziv pentru a forma spini de lavă, cupole de lavă sau „coulees” (care sunt fluxuri de lavă groase și scurte). Lave se fragmentează de obicei în timp ce extrudă, producând fluxuri de lavă bloc. Acestea conțin adesea obsidian.

Magmele felsice pot erupe la temperaturi de până la 800 ° C (1.470 ° F). Lave neobișnuit de fierbinți (> 950 ° C; > 1.740 ° F), totuși, pot curge pe distanțe de multe zeci de kilometri, cum ar fi în câmpia Snake River din nord-vestul Statelor Unite.

Lava intermediară

Lava intermediară sau andezitică conține 52% până la 63% silice și este mai mică în aluminiu și, de obicei, oarecum mai bogată în magneziu și fier decât lava felsică. Lavele intermediare formează cupole de andezit și blochează lavele și pot apărea pe vulcani compuși abrupți, cum ar fi în Anzi. De asemenea, acestea sunt de obicei mai calde, în intervalul de la 850 la 1.100 ° C (1.560 la 2.010 ° F)). Datorită conținutului lor redus de silice și a temperaturilor eruptive mai ridicate, acestea tind să fie mult mai puțin vâscoase, cu o vâscozitate tipică de 3,5 × 106 cP la 1.200 ° C (2.190 ° F). Aceasta este puțin mai mare decât vâscozitatea untului de arahide neted. Lafele intermediare prezintă o tendință mai mare de a forma fenocriști, fierul și magneziul mai ridicat tind să se manifeste ca o masă de pământ mai întunecată, inclusiv fenocristale de amfibol sau piroxen. conținut de silice de 52% până la 45%. Acestea sunt caracterizate prin conținutul lor ridicat de feromagnezian și, în general, erup la temperaturi de 1.100 până la 1.200 ° C (2.010 până la 2.190 ° F). Vâscozitățile pot fi relativ scăzute, în jur de 104 până la 105 cP, deși aceasta este încă cu multe ordine de mărime mai mare decât apa. Această vâscozitate este similară cu cea a ketchupului. Lava bazaltică are tendința de a produce vulcani scut cu profil redus sau bazalturi de inundații, deoarece lava fluidă curge pe distanțe mari de aerisire. Grosimea unei lave bazaltice, în special pe o pantă scăzută, poate fi mult mai mare decât grosimea curgerii lavei în mișcare la un moment dat, deoarece lavele bazaltice se pot „umfla” prin furnizarea de lavă sub o crustă solidificată. Cele mai multe lave bazaltice sunt de tip „A” sau pāhoehoe, mai degrabă decât lave bloc. Sub apă, ele pot forma lave de pernă, care sunt destul de asemănătoare cu lavele de tip pahoehoe pe măruntaie de pe uscat.

Lava ultramafică

Lava ultramafică, cum ar fi magatiile komatiite și extrem de magneziene care formează boninita, duc compoziția și temperaturile erupțiilor la extrem. Toate au un conținut de silice sub 45%. Komatiții conțin peste 18% oxid de magneziu și se crede că au erupt la temperaturi de 1.600 ° C (2.910 ° F). La această temperatură practic nu există polimerizare a compușilor minerali, creând un lichid foarte mobil. Se consideră că viscozitățile magmelor komatiite au scăzut între 100 și 1000 cP, similar cu cel al uleiului ușor de motor. Majoritatea lavelor ultramafice nu sunt mai tinere decât Proterozoicul, cu câteva magme ultramafice cunoscute din Fanerozoic din America Centrală care sunt atribuite unui panou de manta fierbinte. Nu se cunoaște nicio lavă komatiită modernă, deoarece mantia Pământului s-a răcit prea mult pentru a produce magme extrem de magneziene.

Lava acalină

Unele lave silicice au un conținut ridicat de oxizi de metal alcalin. (sodiu și potasiu), în special în regiunile de ruptură continentală, în zonele care acoperă plăcile profund subductate sau la punctele fierbinți intraplăcite. Conținutul lor de silice poate varia de la ultramafic (nefelinite, bazaniți și tefrite) la felsic (trahite). generate la adâncimi mai mari în manta decât magmele subalcaline. Lafele de nefelinită olivină sunt atât ultramafice, cât și foarte alcaline și se crede că provin din mult mai adânc în mantaua Pământului decât alte lave.

Lave nesilicice

Unele lave cu o compoziție neobișnuită au erupt pe suprafața Pământului. Acestea includ:

• Lave carbonatite și natrocarbonatite sunt cunoscute din vulcanul Ol Doinyo Lengai din Tanzania, care este singurul exemplu de carbonatit activ vol cano. Carbonatitele din evidența geologică sunt în mod obișnuit 75% minerale carbonatice, cu cantități mai mici de minerale silicatice subsaturate cu siliciu (cum ar fi micas și olivină), apatit, magnetit și piroclor. Acest lucru poate să nu reflecte compoziția originală a lavei, care poate fi inclus carbonat de sodiu care a fost ulterior îndepărtat prin activitate hidrotermală, deși experimentele de laborator arată că este posibilă o magmă bogată în calcit. Lavele carbonatitice prezintă rapoarte izotopice stabile, indicând că sunt derivate din lavele silicice foarte alcaline cu care sunt întotdeauna asociate, probabil prin separarea unei faze nemiscibile. Lava de natrocarbonatită a Ol Doinyo Lengai este compusă în cea mai mare parte din carbonat de sodiu, cu aproximativ jumătate din carbonat de calciu și jumătate din nou cu carbonat de potasiu și cantități minore de halogenuri, fluoruri și sulfați. Lave sunt extrem de fluide, cu vâscozități doar puțin mai mari decât apa și sunt foarte reci, cu temperaturi măsurate de 491 până la 544 ° C (916 până la 1.011 ° F).
• Se crede că lavele cu oxid de fier sunt sursa minereului de fier din Kiruna, Suedia, care s-a format în timpul Proterozoicului. Lave cu oxid de fier din epoca Pliocenului apar la complexul vulcanic El Laco de la granița Chile-Argentina. Se crede că lavele de oxid de fier sunt rezultatul separării nemiscibile a magmei de oxid de fier de o magmă parentală cu compoziție calc-alcalină sau alcalină.
• La vulcanul Lastarria, Chile, curge lava de sulf până la 250 de metri lungime și 10 metri lățime. Acestea s-au format prin topirea depozitelor de sulf la temperaturi de până la 113 ° C (235 ° F).

Termenul „lavă” poate fi folosit și pentru a se referi la „amestecurile de gheață” topite în erupțiile de pe sateliții de gheață ai giganților gazoși ai sistemului solar (a se vedea criovulcanismul).

Reologie

Comportamentul fluxurilor de lavă este determinat în cea mai mare parte de vâscozitatea lavei. În timp ce temperaturile din lava de silicat comun variază de la aproximativ 800 ° C (1.470 ° F) pentru lavele felsice la 1.200 ° C (2.190 ° F) pentru lavele mafice, vâscozitatea aceleiași lave variază peste șapte ordine de mărime, de la 104 cP pentru lava mafică la 1011 cP pentru magmele felsice. Vâscozitatea este determinată în principal de compoziție, dar este, de asemenea, dependentă de temperatură. Tendința ca lava felsică să fie mai rece decât lava mafică crește diferența de vâscozitate.

Vâscozitatea lavei determină tipul de activitate vulcanică care are loc atunci când t el lava este erupt. Cu cât vâscozitatea este mai mare, cu atât tendința erupțiilor este mai mare decât explozivă. Ca urmare, majoritatea fluxurilor de lavă de pe Pământ, Marte și Venus sunt compuse din lavă bazaltică. Pe Pământ, 90% din fluxurile de lavă sunt mafice sau ultramafice, lava intermediară constituind 8% din fluxuri, iar lava felsică reprezintă doar 2% din fluxuri. Vâscozitatea determină, de asemenea, aspectul (grosimea în raport cu întinderea laterală) a debitelor, viteza cu care se mișcă debitele și caracterul de suprafață al debitelor.

Atunci când erup în mod efuziv, lave foarte vâscoase erup aproape exclusiv ca fluxuri sau cupole cu aspect înalt. Fluxurile iau mai degrabă forma de lavă bloc decât „aʻā sau pāhoehoe. Fluxurile de obsidian sunt frecvente. Lave intermediare tind să formeze stratovulcani abrupți, cu paturi de lavă alternante din erupții efuzive și tephra din erupții explozive. Lafele mafice formează fluxuri relativ subțiri care pot mișca distanțe mari, formând vulcani scut cu pante foarte blânde.

Majoritatea lavelor conțin cristale solide din diverse minerale, fragmente de roci exotice cunoscute sub numele de xenoliti și fragmente de lavă solidificată anterior. Conținutul de cristal al majorității lavelor le conferă proprietăți tixotrope și subțiri de forfecare. Cu alte cuvinte, majoritatea lavelor nu se comportă ca fluidele newtoniene, în care rata de curgere este proporțională cu tensiunea de forfecare. În schimb, o lavă tipică este un fluid Bingham, care prezintă o rezistență considerabilă la curgere până când un prag de tensiune, numit stres de randament, este traversat. Acest lucru are ca rezultat un flux de lava parțial cristalină. Un exemplu familiar de curgere a dopului este pasta de dinți stoarsă dintr-un tub de pastă de dinți. Pasta de dinți iese ca un dop semisolid, deoarece forfecarea este concentrată într-un strat subțire în pasta de dinți de lângă tub și numai aici pasta de dinți se comportă ca un fluid. Comportamentul tixotropic împiedică, de asemenea, cristalele să se așeze din lavă. Odată ce conținutul de cristal ajunge la aproximativ 60%, lava încetează să se comporte ca un fluid și începe să se comporte ca un solid. Un astfel de amestec de cristale cu rocă topită este uneori descris ca cristal de cristal.

Viteza curgerii lavei variază în principal în funcție de vâscozitate și panta. În general, lava curge încet, cu viteze tipice de 0,25 mph (0,40 km / h) și viteze maxime de 6 până la 30 mph (9,7 până la 48,3 km / h) pe pante abrupte. O viteză excepțională de 32 până la 97 km / h a fost înregistrată în urma prăbușirii unui lac de lavă la Muntele Nyiragongo. Relația de scalare pentru lave este aceea că viteza medie a unui flux se scală ca pătratul grosimii sale împărțit la vâscozitatea sa. Acest lucru implică faptul că un flux de riolit ar trebui să fie de ~ 1000 × la fel de gros ca un flux de bazalt pentru a curge cu o viteză similară.

Termic

Gama de temperatură a lavei de la aproximativ 800 ° C (1.470 ° F) la 1.200 ° C (2.190 ° F). Acest lucru este similar cu cele mai fierbinți temperaturi realizabile cu o forjă de cărbune cu aer forțat. O lavă este cea mai fluidă atunci când a erupt prima dată, devenind mult mai vâscoasă pe măsură ce temperatura îi scade. p> Fluxurile de lavă dezvoltă rapid o crustă izolantă de rocă solidă, ca rezultat al pierderii radiative de căldură. Ulterior, lava se răcește prin conducerea foarte lentă a căldurii prin scoarța stâncoasă. lac de lavă, format într-o erupție în 1959. Lacul avea o adâncime de aproximativ 100 m (330 ft). După trei ani, crusta solidă de suprafață, a cărei bază se afla la o temperatură de 1.065 ° C (1.949 ° F), a fost stil Am doar 14 m grosime. Lichidul rezidual era încă prezent la adâncimi de aproximativ 80 m (260 ft) la nouăsprezece ani de la erupție.

Fluxurile de lavă răcitoare se micșorează, ceea ce duce la fracturarea fluxului. În fluxurile de bazalt, acest lucru produce un model caracteristic al fracturilor. Părțile cele mai de sus ale fluxului prezintă fracturi neregulate în jos, în timp ce partea inferioară a fluxului prezintă un model foarte regulat de fracturi care rup fluxul în coloane cu cinci sau șase fețe. Partea superioară neregulată a fluxului solidificat se numește entablament, în timp ce partea inferioară care prezintă îmbinarea coloanei se numește colonadă. Termenii sunt împrumutați din arhitectura templului grecesc. De asemenea, modelele verticale regulate de pe laturile coloanelor, produse prin răcire cu fracturare periodică, sunt descrise ca urme de daltă. Acestea sunt caracteristici naturale produse de fizica răcirii, contracției termice și fracturării.

Pe măsură ce lava se răcește, cristalizând spre interior de la limitele sale, gazele sunt expulzate din lavă pentru a forma vezicule la limitele inferior și superior . Acestea sunt descrise ca vezicule cu tulpină de țeavă sau amigdale cu tulpină de țeavă. Lichidele expulzate din cristalul de răcire cresc în sus în centrul fluid al fluxului de răcire și produc cilindri de vezicule verticale. Acolo unde acestea se îmbină spre vârful fluxului, se formează foi de bazalt vezicular care sunt uneori acoperite cu cavități de gaz. Acestea sunt uneori umplute cu minerale secundare. Frumoasele geode de ametist găsite în bazaltele de inundații din America de Sud s-au format în acest mod.

Bazaltele de inundații experimentează de obicei puțină cristalizare înainte de a înceta să curgă și, ca urmare, texturile de curgere sunt mai puțin frecvente în fluxurile mai puțin silicice. . Pe de altă parte, benzile de curgere sunt frecvente în fluxurile felsice.