3.7: Magmowa natrętna skała

1. Eksperyment z sokiem winogronowym

1. Otwórz kanister ze sztucznym sokiem winogronowym kupionym w sklepie.
2. Opróżnij część zawartości do rąk i ściśnij.
3. Zauważ, że płyn ma ciemnofioletowy kolor, a pozostałe ciało stałe straciło część swojego fioletowego zabarwienia i teraz bardziej przypomina czysty lód.

2. Szybkość chłodzenia i rozmiar kryształu

1. Posyp warstwę kryształów tymolu na dnie szalki Petriego, przykrywając tylko dno naczynia.
2. Ustaw szalkę Petriego na gorącej płycie, w dobrze wentylowanym miejscu.
3. Ustaw temperaturę talerza na bardzo niskim poziomie, tylko na tyle, aby zacząć się topić. Niskie ciepło jest ważne, w przeciwnym razie kryształy będą się ulatniać.
4. Po stopieniu weź naczynie i połóż na stole, aby ostygło.
5. Powtórzyć powyższe kroki (2.1-2.3) z drugą szalką Petriego, ale po stopieniu wziąć naczynie i umieścić na lodowatej kąpieli wodnej.
6. Porównaj wielkość kryształu między szalką Petriego, która była poddawana powolnemu chłodzeniu na stole, a szalką Petriego, która została poddana szybkiemu schłodzeniu na szczycie lodowatej kąpieli wodnej.

Określenie składu skał magmowych może dostarczyć naukowcom informacji na temat dawnej aktywności wulkanicznej danego miejsca.

Skały magmowe powstają w wyniku chłodzenia i krystalizacji ciekłej skały o wysokiej temperaturze, znanej jako magma. Magma jest stosunkowo rzadkim zjawiskiem występującym na powierzchni i w górnych warstwach Ziemi. Jednak magma może czasami wydostać się na powierzchnię poprzez erupcję wulkanu lub podobne zdarzenie, tworząc wylewne skały magmowe. Alternatywnie, magma, która ochładza się i krystalizuje pod powierzchnią Ziemi, jest określana jako natrętna skała magmowa.

Ten film zilustruje, w jaki sposób powstają natrętne skały magmowe i pokaże, jak symulować ich powstawanie za pomocą dwóch prostych eksperymentów.

Chłodzenie i krystalizacja magmy może zachodzić w różnych środowiskach, na różne sposoby. Szybkość chłodzenia, szybka lub wolna, może mieć duży wpływ na powstałą skałę. Różne szybkości chłodzenia generują skały o różnej wielkości, kształcie i układzie kryształów, czynnikach, które definiują ogólną teksturę skał. Powierzchniowe lub szybkie chłodzenie generuje skały, które charakteryzują się bardzo małymi kryształami, o teksturze określanej jako afanityczna.

W przeciwieństwie do tego, chłodzenie, które zachodzi pod powierzchnią, gdy ciała magmowe krzepną we wnętrzu Ziemi, zachodzi znacznie wolniej. Magma może istnieć w stadium znanym jako częściowe topnienie. Owo chłodzenie i krzepnięcie generuje skały ze stosunkowo dużymi kryształami, widocznymi gołym okiem. Skała tego typu określana jest jako natrętna skała magmowa, a grubsze i większe rozmiary ziaren generują teksturę określaną jako fanerytyczna.

Zarówno tekstura, jak i skład definiują konkretne rodzaje skał magmowych. Pod względem składu skały magmowe obejmują zakres felsów, przez pośrednie, aż po maficzne. Skały felsowe są bogate w glin i krzemionkę, podczas gdy skały maficzne zawierają mniej krzemionki, ale więcej żelaza i magnezu. Kompozycje magmy mogą mieścić się w dowolnym miejscu spektrum między felsowym a maficznym.

Ilościowo skały felsowe zawierają wagowo około 60-75% dwutlenku krzemu i są szerzej nazywane granitowymi. Skały maficzne zawierają około 45-60% dwutlenku krzemu i mają zasadniczo bazaltowy skład. Kompozycje pośrednie, zawierające około 55-63% dwutlenku krzemu, są określane jako andezytowe.

Za pomocą dwóch demonstracji laboratoryjnych możemy zilustrować procesy intruzyjnego powstawania skał magmowych i tworzenia się kryształów w różnych temperaturach chłodzenia.

Pierwszym etapem demonstracji częściowego stopienia jest wybór odpowiedniego substytutu lawy. Kolorowe płyny, takie jak soki owocowe, mogą się do tego dobrze nadać. Aby rozpocząć eksperyment, otwórz kanister z mrożonym sokiem winogronowym kupionym w sklepie.

Następnie opróżnij ćwiartkę pojemnika do rąk w rękawiczkach. Wyciśnij zamrożony sok, upewniając się, że zapewnia stałe i mocne ciśnienie. Należy pamiętać, że płyn spływający z zamrożonego soku ma ciemnofioletowy kolor. W przeciwieństwie do tego, pozostała część ciała stałego straciła część swojego zabarwienia i wydaje się bledsza niż wcześniej.

Topnienie soku winogronowego demonstruje koncepcję częściowego topnienia, jak widać w magmie. Początkowy top, który będzie ciekły, ma zazwyczaj inny skład niż skała macierzysta, która ulega topnieniu.

Napigmentowana część soku winogronowego topi się najszybciej, co oznacza, że duża część pigmentu spłynie do pojemnika na początku eksperymentu, pozostawiając mniej koloru. Symuluje to częściowe topnienie i uwypukla różnice w składzie magmy. Pierwsza ciecz powstająca podczas częściowego stopienia skały, symulowana przez barwioną część soku winogronowego, jest wzbogacona w składniki felsowe. Kiedy ta ciecz zostanie usunięta z układu, jak to zwykle się dzieje, pozostała skała, reprezentowana przez bardziej przejrzysty lód, będzie miała bardziej maficzny skład.

Tymol, naturalnie występujący związek organiczny, służy do symulacji krystalizacji gór. Wsyp warstwę kryształów tymolu na szalkę Petriego, wystarczającą do przykrycia dna. Ustaw szalkę Petriego na gorącym talerzu na bardzo niskim ustawieniu w dobrze wentylowanym miejscu. Niskie ciepło jest ważne, aby zapobiec ulatnianiu się kryształów. Gdy kryształy się rozpuszczą, zdejmij szalkę Petriego z ognia. Postaw naczynie na stole w temperaturze pokojowej i obserwuj chłodzenie. Powtórz powyższe kroki podgrzewania z drugą szalką Petriego i kryształami tymolu, ale po stopieniu weź naczynie i umieść je na lodowatej kąpieli wodnej do ostygnięcia.

Eksperyment z kryształem tymolu pokazuje, co dzieje się z wielkością ziarna skały magmowej przy różnym tempie chłodzenia. Szybkie chłodzenie generuje mniejsze kryształy niż powolne chłodzenie, a różnicę tę można łatwo zaobserwować w ponownie uformowanych kryształach tymolu. Mieszane kryształy powstałe w wolniejszych warunkach chłodzenia przypominają te obserwowane w natrętnych skałach magmowych, które powstają podczas wolniejszego procesu ochładzania się pod powierzchnią Ziemi. Natomiast mniejsze kryształy powstałe pod wpływem gwałtownego chłodzenia przypominają ekstruzyjne skały magmowe, znane również jako skały afanitowe, które powstają po tym, jak magma przebija się przez powierzchnię w wyniku erupcji.

Identyfikacja i zrozumienie właściwości i powstawania intruzyjnych skał magmowych ma szerokie zastosowanie dla geologów i populacji ludzkich jako całości.

Natrętne skały magmowe mogą być markerami dla niektórych rodzajów złóż rudy. Na przykład felsowe i średnio intruzyjne ciała magmowe są często związane z powstawaniem rud miedzi, molibdenu, złota lub srebra. Natomiast intruzje maficzne mogą być związane ze złożami chromu, platyny i niklu. Zdolność do łatwej identyfikacji potencjalnych złóż pozwala na ukierunkowane wiercenie lub wydobycie, co ma wpływ na koszty i środowisko dla branży.

Jeśli magmy przebijają się przez powierzchnię, dochodzi do erupcji wulkanicznych. Natrętne skały magmowe obecne na danym obszarze działają jak marker dla geologów terenowych w celu sprawdzenia, czy nie ma żadnych dowodów na istnienie skał wulkanicznych i określenia obszaru jako potencjalnie aktywnego wulkanicznie lub wcześniej aktywnego wulkanicznie. Informacje te można wykorzystać do przewidywania prawdopodobieństwa, że obszary nadal będą aktywne wulkanicznie lub mają potencjał, aby stać się nimi w przyszłości. Jest to ważne dla planowania lub zarządzania użytkowaniem gruntów lub oceny potencjalnych zagrożeń dla istniejących osiedli lub konstrukcji.

Natrętne skały magmowe są również przydatnymi znacznikami do rozszyfrowywania historii Ziemi. Skały magmowe są stosunkowo łatwe do datowania. Można to osiągnąć poprzez pomiar względnej obfitości radiogenicznych izotopów macierzystych do potomnych lub "produktów rozpadu". Jakościowo, skały, które mają wyższy stosunek radiogenicznych izotopów potomnych do rodzicielskich, są starsze, ponieważ było więcej czasu na rozpad izotopów macierzystych na izotopy potomne. Rodzaj skał magmowych obecnych na danym obszarze może również wskazywać na przeszłe regiony topnienia w skorupie kontynentalnej, aktywność strefy subdukcji oraz strefy ryftowe kontynentalne lub śródoceaniczne. Daje to geologom możliwość wywnioskowania, jakie ustawienia tektoniczne były obecne w czasie formacji skalnej.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do natrętnych skał magmowych. Powinieneś teraz zrozumieć różnice między natrętną a ekstruzyjną skałą magmową, jak powstają skały natrętne oraz jak symulować częściowe topnienie i natrętne tworzenie się skał w laboratorium.

Dzięki za oglądanie!