סלע פולשני
מקור: המעבדה של אלן לסטר - אוניברסיטת קולורדו בולדר
סלעים מציתים הם תוצרים של קירור והתגבשות של סלע נוזלי בטמפרטורה גבוהה, הנקרא מאגמה. טמפרטורות מגמט…
1. ניסוי מיץ ענבים
- פתח מיכל של מיץ ענבים מלאכותי שנקנה בחנות.
- רוקנו חלק מהתוכן לידיים ולחסנו.
- שימו לב שהנוזל הוא בצבע סגול עמוק, והסוליד הנותר איבד חלק מהצבע הסגול שלו וכעת הוא דומה יותר לקרח צלול.
2. קצב קירור וגודל קריסטל
- מפזרים שכבה של גבישי טימול בתחתית צלחת פטרי, רק מכסה את החלק התחתון של המנה.
- יש להכין צלחת פטרי על צלחת חמה, באזור מאוורר היטב.
- הגדר את החום של הצלחת על הגדרה נמוכה מאוד, רק מספיק כדי להתחיל להמיס. חום נמוך חשוב, אחרת הגבישים יתנפחו.
- לאחר נמס, לקחת את המנה ולהניח על שולחן כדי לצפות מגניב.
- חזור על השלבים לעיל (2.1-2.3) עם צלחת פטרי שנייה, אבל פעם נמס, לקחת צלחת ולהניח על גבי אמבט מי קרח.
- השווה את גודל הגביש בין צלחת הפטרי שעברה קירור איטי על שולחן לצלחת הפטרי שעברה קירור מהיר על גבי אמבט מי הקרח.
קביעת הרכב הסלעים המעוררים יכולה ליידע מדענים על הפעילות הגעשית בעבר של מיקום.
סלעים מציתים נוצרים על ידי קירור והתגבשות של סלע נוזלי בטמפרטורה גבוהה, המכונה מאגמה. מאגמה היא תופעה נדירה יחסית על פני השטח ועל השכבות העליונות של כדור הארץ. עם זאת, מאגמה יכולה לפעמים להגיע לפני השטח דרך התפרצות געשית או אירוע דומה, ויוצר סלעים בולטים. לחלופין, מאגמה שמתקררת ומתגבשת מתחת לפני השטח של כדור הארץ מכונה סלע פולשני.
וידאו זה ימחיש כיצד נוצרים סלעים פולשניים, וידגים כיצד לדמות את היווצרותם באמצעות שני ניסויים פשוטים.
קירור מאגמה והתגבשות יכולים להתרחש במגוון סביבות, במגוון דרכים. מהירות הקירור, מהירה או איטית, יכולה להיות השפעות גדולות על הסלע שנוצר. שיעורי קירור שונים יוצרים סלעים עם גודל, צורה וסידור שונים, גורמים המגדירים את מרקם הסלע הכולל. פני השטח, או קירור מהיר, מייצר סלעים המאופיינים בגבישים קטנים מאוד, במרקם המכונה אפאניטי.
לעומת זאת, קירור שקורה בתת הקרקע כאשר גופי מאגמה מתגבשים בפנים כדור הארץ מתרחש הרבה יותר לאט. מאגמה עשויה להתקיים בשלב המכונה המסה חלקית. קירור והתמצקות זו מייצרת סלעים עם גבישים גדולים יחסית, הנראים לעין בלתי. סלע מסוג זה מכונה סלע פולשני, וגדלי התבואה הקשים והגדולים יותר יוצרים מרקם המכונה phaneritic.
הן המרקם והן הקומפוזיציה מגדירים את הסוגים הספציפיים של סלעים מציתים. מבחינה קומפוזיציונית, סלעים מציתים משתרעים על פני מגוון של felsic, עד ביניים, כדי mafic. סלעי פליסי עשירים באלומיניום ובסיליקה, ואילו סלעי מאפי מכילים פחות סיליקה, אך יותר ברזל ומגנזיום. קומפוזיציות מאגמה יכולות ליפול בכל מקום על הספקטרום שבין פליסי למאפי.
כמותית, סלעי felsic מכילים כ 60-75% צורן דו חמצני לפי משקל, והם נקראים באופן רחב יותר גרניט. סלעי מאפי מכילים כ-45%-60% צורן דו-חמצני, והם בזאליים בהרכבם. קומפוזיציות ביניים, בערך 55-63% צורן דו חמצני, מכונים andesitic.
באמצעות שתי הדגמות מעבדה, אנו יכולים להמחיש את התהליכים של היווצרות סלעים פולשניים ויצירת גביש בטמפרטורות קירור שונות.
השלב הראשון בהדגמת המסה חלקית הוא בחירת תחליף לבה מתאים. נוזלים צבעוניים כמו מיצי פירות יכולים לעבוד טוב בשביל זה. כדי להתחיל את הניסוי, פתח מיכל של מיץ ענבים קפוא שנקנה בחנות.
לאחר מכן, רוקנו רבע מהמכל לידיים עם כפפות. לסחוט את המיץ הקפוא, הקפדה לספק לחץ מתמיד ומוצק. שימו לב שהנוזל שמתנקז מהמיץ הקפוא הוא בצבע סגול עמוק. לעומת זאת, המוצק הנותר איבד חלק מהצבע שלו ונראה חיוור יותר מבעבר.
המסת מיץ ענבים מדגימה את הרעיון של התכה חלקית, כפי שניתן לראות במגמה. המסה ראשונית, אשר יהיה נוזלי, הוא בדרך כלל של הרכב שונה מאשר סלע האב שעובר נמס.
החלק הפיגמנטי של מיץ הענבים נמס הכי מהר, כלומר חלק גדול מהפיגמנט ייתקל במיכל בשלב מוקדם של הניסוי, וישאיר פחות צבע מאחור. זה מדמה התכה חלקית, ומדגיש הבדלים בהרכב מאגמה. הנוזל הראשון שנוצר במהלך המסה חלקית של סלע, מדומה על ידי החלק הצבעוני של מיץ הענבים, מועשר ברכיבים פליסיים. כאשר נוזל זה מוסר מהמערכת, כפי שקורה בדרך כלל, אז הסלע הנותר, המיוצג על ידי הקרח הברור יותר, יהיה של הרכב מאפי יותר.
תימול, תרכובת אורגנית טבעית, משמשת לדמות התגבשות סלעים. מפזרים שכבה של גבישי תימול לתוך צלחת פטרי, מספיק כדי לכסות את התחתית. שמים את צלחת הפטרי על צלחת חמה על תפאורה נמוכה מאוד באזור מאוורר היטב. חום נמוך חשוב כדי למנוע את הגבישים תנודתיים. לאחר הגבישים נמסו, להסיר את צלחת פטרי מן החום. שמים את המנה על שולחן בטמפרטורת החדר ומתבוננים בקירור. חזור על שלבי החימום הנ"ל עם צלחת פטרי שנייה גבישי טימול, אך לאחר שנמס, קח את המנה והנח על גבי אמבט מי קרח כדי להתקרר.
ניסוי גביש התימול מדגים מה קורה לגודל גרגרי סלע מציתים בקצבי קירור שונים. קירור מהיר מייצר גבישים קטנים יותר מאשר קירור איטי, והבדל זה נצפה בקלות בגבישי התימול שנוצרו מחדש. הגבישים המעורבים שנוצרו בתנאי קירור איטיים יותר דומים לאלה שנראו בסלעים פולשניים, אשר נוצרים במהלך תהליך איטי יותר של קירור בתת הקרקע של כדור הארץ. לעומת זאת, הגבישים הקטנים יותר שנוצרו תחת קירור מהיר דומים לסלעים בולטים, הידועים גם כסלעים אפאניטיים, אשר נוצרים לאחר שמגמה פורצת את פני השטח באמצעות התפרצות.
זיהוי והבנה של המאפיינים וההיווצרות של סלעים פולשניים יש יישומים עצומים עבור גיאולוגים ואוכלוסיות אנושיות בכללותן.
סלעים פולשניים יכולים להיות סמנים עבור סוגים מסוימים של פיקדון עפרות. לדוגמה, גופי מאגמה פולשניים פולשניים קשורים לעתים קרובות להיווצרות של נחושת, מוליבדן, זהב או עפרות כסף. לעומת זאת, חדירות מאפי עשויות להיות קשורות לכספי כרום, פלטינה וניקל. היכולת לזהות פיקדונות פוטנציאליים מאפשרת בקלות קידוח ממוקד או כרייה, ויש לה השלכות עלות וסביבתיות על התעשייה.
אם מאגמות פורצות את פני השטח, מתרחשות התפרצויות געשיות. סלעים פולשניים הנמצאים באזור משמשים כסמן לגיאולוגי שדה כדי לבדוק כל עדות לסלעים געשיים, וקביעת האזור כפעיל וולקני פוטנציאלי, או פעיל בעבר וולקנית. מידע זה יכול לשמש כדי לחזות את הסבירות של אזורים עדיין להיות פעיל וולקני, או שיש פוטנציאל להיות כך בעתיד. זה חשוב לתכנון או ניהול שימוש בקרקע, או להערכת סיכונים פוטנציאליים להתנחלויות או למבנים קיימים.
סלעים פולשניים הם גם סמנים שימושיים לפענוח ההיסטוריה של כדור הארץ. סלעים מציתים קלים יחסית עד כה. זה יכול להיות מושגת על ידי מדידת השפע היחסי של הורה רדיוגני לבת, או "מוצר ריקבון" איזוטופים. מבחינה איכותית, סלעים בעלי יחס גבוה יותר בין בת רדיוגנית לשפע ההורים הם מבוגרים יותר, כי יש כבר יותר זמן לאיזוטופים של הורים להתפורר לאיזוטופים של בת. סוג הסלעים המעוררים הקיימים באזור יכול גם להצביע על אזורים קודמים של המסה בתוך הקרום היבשתי, פעילות אזור הפחתה ואזורי הקרע היבשתי או אמצע האוקיינוס. זה נותן לגיאולוגים את היכולת להסיק איזה סוג של הגדרות טקטוניות היו נוכחים בזמן היווצרות הסלע.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לסלעים פולשניים. כעת עליכם להבין את ההבדלים בין סלע פולשני ופולשני, כיצד נוצרים סלעים פולשניים וכיצד לדמות המסה חלקית ויצירת סלע פולשני במעבדה.
תודה שצפיתם!
קביעת ההרכב של סלעי יסוד יכולה ליידע מדענים על הפעילות הגעשית בעבר של מיקום.
סלעי יסוד נוצרים על ידי קירור והתגבשות של סלע נוזלי בטמפרטורה גבוהה, המכונה מאגמה. מאגמה היא תופעה נדירה יחסית על פני השטח והשכבות העליונות של כדור הארץ. עם זאת, מאגמה יכולה לפעמים להגיע לפני השטח באמצעות התפרצות געשית או אירוע דומה, וליצור סלעי יסוד שחולניים. לחלופין, מאגמה שמתקררת ומתגבשת מתחת לפני השטח של כדור הארץ מכונה סלע יסוד פולשני.
סרטון זה ימחיש כיצד נוצרים סלעי יסוד פולשניים, וידגים כיצד לדמות את היווצרותם באמצעות שני ניסויים פשוטים.
קירור והתגבשות מאגמה יכולים להתרחש במגוון סביבות, במגוון דרכים. למהירות הקירור, מהירה או איטית, יכולות להיות השפעות גדולות על הסלע שנוצר. קצבי קירור שונים מייצרים סלעים עם גודל, צורה וסידור גבישים שונים, גורמים המגדירים את מרקם הסלע הכולל. פני השטח, או קירור מהיר, מייצרים סלעים המאופיינים בגבישים קטנים מאוד, במרקם המכונה אפניטי.
לעומת זאת, התקררות המתרחשת מתחת לפני השטח כאשר גופי מאגמה מתמצקים בפנים כדור הארץ מתרחשת הרבה יותר לאט. מאגמה עשויה להתקיים בשלב המכונה התכה חלקית. התקררות והתמצקות זו יוצרת סלעים בעלי גבישים גדולים יחסית, הנראים לעין בלתי מזוינת. סלע מסוג זה מכונה סלע יסוד פולשני, וגדלי הגרגירים הגסים והגדולים יותר יוצרים מרקם המכונה פנריטי.
גם המרקם וגם ההרכב מגדירים את הסוגים הספציפיים של סלעי יסוד. מבחינה קומפוזיציונית, סלעי יסוד משתרעים על פני טווח של פלסי, לביניים, למאפיק. סלעים פלסיים עשירים באלומיניום וסיליקה, ואילו סלעים מאפיים מכילים פחות סיליקה, אך יותר ברזל ומגנזיום. קומפוזיציות מאגמה יכולות ליפול בכל מקום על הספקטרום שבין פלסי למאפי.
מבחינה כמותית, סלעים פלסיים מכילים כ-60-75% צורן דו-חמצני לפי משקל, והם נקראים באופן רחב יותר גרניטי. סלעים מאפיים מכילים כ-45-60% צורן דו חמצני, והם בזלתיים בהרכבם הרחב. קומפוזיציות ביניים, בערך 55-63% צורן דו חמצני, מכונות אנדזיטיות.
באמצעות שתי הדגמות מעבדה, אנו יכולים להמחיש את התהליכים של היווצרות סלעי יסוד פולשניים והיווצרות גבישים בטמפרטורות קירור שונות.
השלב הראשון בהדגמת המסה חלקית הוא בחירת תחליף לבה מתאים. נוזלים צבעוניים כמו מיצי פירות יכולים לעבוד היטב בשביל זה. כדי להתחיל את הניסוי, פתח מיכל מיץ ענבים קפוא שנרכש בחנות.
לאחר מכן, רוקנו רבע מהמיכל לידיים עטויות כפפות. סוחטים את המיץ הקפוא ומקפידים לספק לחץ קבוע ויציב. שימו לב שהנוזל המתנקז מהמיץ הקפוא הוא בצבע סגול עמוק. לעומת זאת, המוצק שנותר איבד חלק מצבעו ונראה חיוור יותר מבעבר.
המסת מיץ הענבים מדגימה את הרעיון של התכה חלקית, כפי שניתן לראות במאגמה. התכה ראשונית, שתהיה נוזלית, היא בדרך כלל בעלת הרכב שונה מסלע האב שעובר התכה.
החלק הפיגמנטי של מיץ הענבים נמס הכי מהר, כלומר חלק גדול מהפיגמנט יעבור למיכל בשלב מוקדם של הניסוי, וישאיר פחות צבע מאחור. זה מדמה התכה חלקית, ומדגיש את ההבדלים בהרכב המאגמה. הנוזל הראשון שנוצר במהלך התכה חלקית של סלע, המדומה על ידי החלק הצבוע של מיץ הענבים, מועשר ברכיבים פלסיים. כאשר הנוזל הזה מוסר מהמערכת, כפי שקורה בדרך כלל, אז הסלע שנותר, המיוצג על ידי הקרח הצלול יותר, יהיה בעל הרכב מאפי יותר.
תימול, תרכובת אורגנית טבעית, משמשת להדמיית התגבשות סלעים. מפזרים שכבה של גבישי תימול לצלחת פטרי, מספיק כדי לכסות את התחתית. הניחו את צלחת הפטרי על צלחת חמה על מקום נמוך מאוד באזור מאוורר היטב. חום נמוך חשוב כדי למנוע את נדיפות הגבישים. לאחר שהגבישים נמסו, הסירו את צלחת הפטרי מהאש. הניחו את המנה על שולחן בטמפרטורת החדר והתבוננו בקירור. חזור על שלבי החימום לעיל עם צלחת פטרי שנייה וגבישי תימול, אך לאחר ההמסה, קח את המנה והניח על גבי אמבט מי קרח להתקרר.
ניסוי גביש התימול מדגים מה קורה לגודל גרגירי סלע יסוד בקצבי קירור שונים. קירור מהיר מייצר גבישים קטנים יותר מאשר קירור איטי, והבדל זה ניתן להבחין בקלות בגבישי התימול שנוצרו מחדש. הגבישים המעורבים הנוצרים בתנאי קירור איטיים יותר דומים לאלה הנראים בסלעי יסוד פולשניים, הנוצרים בתהליך קירור איטי יותר מתחת לפני השטח של כדור הארץ. לעומת זאת, הגבישים הקטנים יותר הנוצרים בקירור מהיר דומים לסלעי יסוד אקסטרוסיביים, הידועים גם כסלעים אפניטיים, הנוצרים לאחר שמאגמה פורצת את פני השטח באמצעות התפרצות.
לזיהוי והבנת התכונות וההיווצרות של סלעי יסוד פולשניים יש יישומים נרחבים עבור גיאולוגים ואוכלוסיות אנושיות בכללותן.
סלעי יסוד פולשניים יכולים להיות סמנים לסוגים מסוימים של מרבצי עפרות. לדוגמה, גופי מאגמה חודרניים פלסיים עד בינוניים קשורים לעתים קרובות להיווצרות עפרות נחושת, מוליבדן, זהב או כסף. לעומת זאת, חדירות מאפיות עשויות להיות קשורות למרבצי כרום, פלטינה וניקל. היכולת לזהות בקלות מרבצים פוטנציאליים מאפשרת קידוח או כרייה ממוקדים, ויש לה השלכות עלות וסביבה על התעשייה.
אם מאגמות פורצות את פני השטח, מתרחשות התפרצויות געשיות. סלעי יסוד פולשניים הנמצאים באזור משמשים כסמן עבור גיאולוגים בשטח כדי לבדוק אם יש עדות לסלעים געשיים, וקביעת האזור כפעיל געשי פוטנציאלי, או פעיל בעבר מבחינה געשית. מידע זה יכול לשמש כדי לחזות את הסבירות שאזורים עדיין פעילים מבחינה געשית, או שיש להם פוטנציאל להפוך לכאלה בעתיד. זה חשוב לתכנון או ניהול של שימושי קרקע, או להערכת סיכונים פוטנציאליים ליישובים או מבנים קיימים.
סלעי יסוד פולשניים הם גם סמנים שימושיים לפענוח ההיסטוריה של כדור הארץ. קל יחסית לתארך סלעי יסוד. ניתן להשיג זאת על ידי מדידת השפע היחסי של איזוטופים רדיוגניים של הורה לבת, או איזוטופים של "תוצר דעיכה". מבחינה איכותית, סלעים שיש להם יחס גבוה יותר של שפע בת להורה רדיוגני הם מבוגרים יותר, מכיוון שהיה יותר זמן לאיזוטופים של הורים להתפרק לאיזוטופים של בת. סוג סלעי היסוד הקיימים באזור יכול גם להצביע על אזורי עבר של התכה בתוך הקרום היבשתי, פעילות אזור הפחתה ואזורי שבר יבשתי או אמצע האוקיינוס. זה נותן לגיאולוגים את היכולת להסיק איזה סוג של הגדרות טקטוניות היו קיימות בזמן היווצרות הסלע.
זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE לסלעי יסוד פולשניים. כעת עליכם להבין את ההבדלים בין סלעי יסוד פולשניים וחודרניים, כיצד נוצרים סלעים פולשניים וכיצד לדמות התכה חלקית והיווצרות סלעים פולשניים במעבדה.
תודה שצפית!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is the difference between intrusive and extrusive igneous rocks?
Intrusive igneous rocks form when magma cools and crystallizes beneath Earth's surface, while extrusive igneous rocks form when magma reaches the surface through volcanic eruption. The key difference is location: intrusive rocks solidify underground in the subsurface, whereas extrusive rocks cool rapidly at or above the surface. This difference in cooling environment directly affects rock texture and crystal size.
Q2: How does cooling rate affect igneous rock crystal size?
Rapid cooling produces very small crystals in a texture called aphanitic, while slow cooling generates larger, visible crystals in a phaneritic texture. Intrusive igneous rocks cool slowly underground, creating coarse grain sizes, whereas surface cooling happens quickly, producing fine-grained rocks. The speed of cooling directly determines the crystal size and overall rock texture.
Q3: What are the main compositional categories of igneous rocks?
Igneous rocks are classified as felsic, intermediate, or mafic based on silica and mineral content. Felsic rocks contain 60-75% silicon dioxide and are rich in aluminum and silica, called granitic. Mafic rocks contain 45-60% silicon dioxide with more iron and magnesium, called basaltic. Intermediate rocks at 55-63% silicon dioxide are andesitic in composition.
Q4: What does partial melting demonstrate about magma composition?
Partial melting shows that the first liquid formed during rock melting has a different composition than the parent rock. The initial melt is enriched in felsic components, while the remaining solid becomes more mafic. When this liquid separates from the system, it creates compositional differences between the extracted magma and the residual rock.
Q5: How can intrusive igneous rocks help identify ore deposits?
Felsic to intermediate intrusive magma bodies are often associated with copper, molybdenum, gold, and silver ore formation. Mafic intrusions are linked to chromium, platinum, and nickel deposits. Identifying these rock types allows geologists to target drilling and mining efforts efficiently, reducing costs and environmental impact while improving exploration success rates.
Q6: Why are intrusive igneous rocks useful for understanding Earth's history?
Intrusive igneous rocks are relatively easy to date using radiogenic isotope ratios, revealing when melting occurred. The presence of these rocks indicates past regions of melting within continental crust, subduction zone activity, and rift zones. This information helps geologists infer the tectonic settings and volcanic activity that existed during rock formation.
Q7: What does the thymol crystal experiment reveal about igneous rock formation?
The thymol experiment demonstrates how cooling rate affects crystal size in igneous rocks. Slow cooling produces larger, mixed crystals resembling intrusive igneous rocks formed in Earth's subsurface. Rapid cooling generates smaller crystals similar to extrusive igneous rocks, also known as aphanitic rocks, which form after volcanic eruption.