Магматическая интрузивная порода
Источник: Лаборатория Алана Лестера - Университет Колорадо в Боулдере
Магматические породы являются продуктами охлаждения и кристаллизации высокотемпе…
1. Эксперимент с виноградным соком
- Откройте канистру с магазинным искусственным виноградным соком.
- Высыпьте часть содержимого в руки и отожмите.
- Обратите внимание, что жидкость имеет темно-фиолетовый цвет, а оставшееся твердое вещество потеряло часть своей фиолетовой окраски и теперь больше похоже на прозрачный лед.
2. Скорость охлаждения и размер кристалла
- Посыпьте слой кристаллов тимола на дно чашки Петри, как раз покрывая дно чашки.
- Установите чашку Петри на горячую плиту, в хорошо проветриваемое помещение.
- Установите нагрев пластины на очень низкую настройку, ровно столько, чтобы началось плавление. Важен низкий нагрев, иначе кристаллы будут улетучиваться.
- Как только оно растает, возьмите блюдо и поставьте на стол, чтобы наблюдать, как оно остывает.
- Повторите описанные выше действия (2.1-2.3) со второй чашкой Петри, но как только она растает, возьмите чашку и установите сверху на ледяную водяную баню.
- Сравните размер кристаллов между чашкой Петри, которая подвергалась медленному охлаждению на столе, и чашкой Петри, которая подвергалась быстрому охлаждению на ледяной водяной бане.
Определение состава магматических пород может сообщить ученым о прошлой вулканической активности того или иного места.
Магматические породы образуются в результате охлаждения и кристаллизации высокотемпературной жидкой породы, известной как магма. Магма – относительно редкое явление на поверхности и верхних слоях Земли. Тем не менее, магма иногда может достигать поверхности в результате извержения вулкана или аналогичного события, образуя экструзивные магматические породы. Кроме того, магма, которая охлаждается и кристаллизуется под поверхностью Земли, называется интрузивной магматической породой.
В этом видео будет показано, как образуются интрузивные магматические породы, и показано, как смоделировать их образование с помощью двух простых экспериментов.
Охлаждение и кристаллизация магмы могут происходить в различных средах различными способами. Скорость охлаждения, быстрая или медленная, может оказывать большое влияние на образующуюся породу. При разной скорости охлаждения образуются породы с различным размером, формой и расположением кристаллов, которые определяют общую текстуру породы. Поверхностное, или быстрое охлаждение, генерирует горные породы, которые характеризуются очень мелкими кристаллами, в текстуре, называемой афанитовой.
Напротив, охлаждение, которое происходит в недрах по мере затвердевания магматических тел в недрах Земли, происходит гораздо медленнее. Магма может существовать в стадии, известной как частичное расплавление. В результате охлаждения и затвердевания образуются породы с относительно крупными кристаллами, видимыми невооруженным глазом. Порода этого типа называется интрузивной магматической породой, а более крупные и крупные размеры зерен создают текстуру, называемую фанеритовой.
Как текстура, так и состав определяют конкретные типы магматических пород. По составу магматические породы охватывают диапазон от фельзитовых до промежуточных и мафических. Фельзитовые породы богаты алюминием и кремнеземом, в то время как основные породы содержат меньше кремнезема, но больше железа и магния. Состав магмы может находиться в любом месте спектра между фельзитом и мафическим.
Количественно фельзитовые породы содержат примерно 60-75% диоксида кремния по весу и более широко называются гранитными. Мафические породы содержат около 45-60% диоксида кремния и имеют широкий базальтовый состав. Промежуточные составы, содержащие примерно 55-63% диоксида кремния, называются андезитовыми.
Используя две лабораторные демонстрации, мы можем проиллюстрировать процессы интрузивного образования магматических пород и кристаллообразования при различных температурах охлаждения.
Первым этапом демонстрации частичного расплава является выбор подходящего заменителя лавы. Для этого хорошо подходят цветные жидкости, такие как фруктовые соки. Чтобы начать эксперимент, откройте канистру с замороженным магазинным виноградным соком.
Далее высыпаем четверть емкости в руки в перчатках. Отожмите замороженный сок, стараясь обеспечить постоянное и сильное давление. Обратите внимание, что жидкость, стекающая с замерзшего сока, имеет глубокий фиолетовый цвет. В отличие от этого, оставшееся твердое тело потеряло часть своей окраски и выглядит бледнее, чем раньше.
Таяние виноградного сока демонстрирует концепцию частичного плавления, как это видно по магме. Первоначальный расплав, который будет жидким, обычно имеет другой состав, чем основная порода, которая подвергается плавлению.
Пигментированная часть виноградного сока тает быстрее всего, а это означает, что большая часть пигмента попадет в контейнер в начале эксперимента, оставляя меньше цвета. Это моделирует частичное плавление и подчеркивает различия в составе магмы. Первая жидкость, образующаяся при частичном плавлении породы, имитируемой окрашенной частью виноградного сока, обогащается фельзитовыми компонентами. Когда эта жидкость удаляется из системы, как это обычно и происходит, то оставшаяся порода, представленная более чистым льдом, будет иметь более основной состав.
Тимол, природное органическое соединение, используется для моделирования кристаллизации горной породы. В чашку Петри насыпьте слой кристаллов тимола, чтобы покрыть дно. Установите чашку Петри на горячую плиту на очень низкий уровень в хорошо проветриваемом помещении. Низкий нагрев важен для предотвращения испарения кристаллов. Как только кристаллы расплавятся, снимите чашку Петри с огня. Поставьте блюдо на стол при комнатной температуре и наблюдайте за охлаждением. Повторите описанные выше шаги нагрева со второй чашкой Петри и кристаллами тимола, но как только они растают, возьмите чашку и поставьте на ледяную водяную баню для остывания.
Эксперимент с кристаллами тимола демонстрирует, что происходит с размером зерна магматической породы при различных скоростях охлаждения. При быстром охлаждении образуются кристаллы меньшего размера, чем при медленном охлаждении, и эта разница легко наблюдается в реформированных кристаллах тимола. Смешанные кристаллы, образующиеся в условиях более медленного охлаждения, напоминают те, которые наблюдаются в интрузивных магматических породах, которые образуются во время более медленного процесса охлаждения в недрах Земли. Напротив, более мелкие кристаллы, образующиеся при быстром охлаждении, напоминают экструзивные магматические породы, также известные как афанитовые породы, которые образуются после того, как магма прорывается на поверхность в результате извержения.
Идентификация и понимание свойств и формирования интрузивных магматических пород имеет широкое применение для геологов и населения в целом.
Интрузивные магматические породы могут быть маркерами для определенных типов рудных месторождений. Например, от фельзитовых до промежуточных интрузивных магматических тел часто связаны с образованием медных, молибденовых, золотых или серебряных руд. Напротив, основные интрузии могут быть связаны с месторождениями хрома, платины и никеля. Способность легко выявлять потенциальные месторождения позволяет проводить целенаправленное бурение или добычу полезных ископаемых, а также имеет финансовые и экологические последствия для отрасли.
Если магма прорывается на поверхность, происходят извержения вулканов. Интрузивные магматические породы, присутствующие в районе, действуют как маркер для полевых геологов, чтобы проверить наличие каких-либо признаков вулканических пород и определить область как потенциально вулканически активную или ранее вулканически активную. Эта информация может быть использована для прогнозирования вероятности того, что области все еще будут вулканически активными или могут стать таковыми в будущем. Это важно для планирования или управления землепользованием, а также для оценки потенциальных рисков для существующих поселений или сооружений.
Интрузивные магматические породы также являются полезными маркерами для расшифровки истории Земли. Магматические породы относительно легко датируются. Это может быть достигнуто путем измерения относительной распространенности радиогенных изотопов типа «родительский» к дочерним, или «продукту распада». Качественно породы с более высоким соотношением радиогенной дочерней и родительской распространенности старше, потому что у родительских изотопов было больше времени для распада на дочерние изотопы. Тип магматических пород, присутствующих в той или иной области, может также указывать на прошлые регионы таяния в континентальной коре, активность зоны субдукции, а также континентальные или срединно-океанические рифтовые зоны. Это дает геологам возможность сделать вывод о том, какие тектонические условия присутствовали во время формирования горных пород.
Вы только что посмотрели введение JoVE в интрузивные магматические породы. Теперь вы должны понять различия между интрузивными и экструзивными магматическими породами, как образуются интрузивные породы и как моделировать частичное плавление и образование интрузивных горных пород в лаборатории.
Спасибо за просмотр!
Определение состава магматических пород может сообщить ученым о прошлой вулканической активности того или иного места.
Магматические породы образуются в результате охлаждения и кристаллизации высокотемпературной жидкой породы, известной как магма. Магма – относительно редкое явление на поверхности и верхних слоях Земли. Тем не менее, магма иногда может достигать поверхности в результате извержения вулкана или аналогичного события, образуя экструзивные магматические породы. Кроме того, магма, которая охлаждается и кристаллизуется под поверхностью Земли, называется интрузивной магматической породой.
В этом видео будет показано, как образуются интрузивные магматические породы, и показано, как смоделировать их образование с помощью двух простых экспериментов.
Охлаждение и кристаллизация магмы могут происходить в различных средах различными способами. Скорость охлаждения, быстрая или медленная, может оказывать большое влияние на образующуюся породу. При разной скорости охлаждения образуются породы с различным размером, формой и расположением кристаллов, которые определяют общую текстуру породы. Поверхностное, или быстрое охлаждение, генерирует горные породы, которые характеризуются очень мелкими кристаллами, в текстуре, называемой афанитовой.
Напротив, охлаждение, которое происходит в недрах по мере затвердевания магматических тел в недрах Земли, происходит гораздо медленнее. Магма может существовать в стадии, известной как частичное расплавление. В результате охлаждения и затвердевания образуются породы с относительно крупными кристаллами, видимыми невооруженным глазом. Порода этого типа называется интрузивной магматической породой, а более крупные и крупные размеры зерен создают текстуру, называемую фанеритовой.
Как текстура, так и состав определяют конкретные типы магматических пород. По составу магматические породы охватывают диапазон от фельзитовых до промежуточных и мафических. Фельзитовые породы богаты алюминием и кремнеземом, в то время как основные породы содержат меньше кремнезема, но больше железа и магния. Состав магмы может находиться в любом месте спектра между фельзитом и мафическим.
Количественно фельзитовые породы содержат примерно 60-75% диоксида кремния по весу и более широко называются гранитными. Мафические породы содержат около 45-60% диоксида кремния и имеют широкий базальтовый состав. Промежуточные составы, содержащие примерно 55-63% диоксида кремния, называются андезитовыми.
Используя две лабораторные демонстрации, мы можем проиллюстрировать процессы интрузивного образования магматических пород и кристаллообразования при различных температурах охлаждения.
Первым этапом демонстрации частичного расплава является выбор подходящего заменителя лавы. Для этого хорошо подходят цветные жидкости, такие как фруктовые соки. Чтобы начать эксперимент, откройте канистру с замороженным магазинным виноградным соком.
Далее высыпаем четверть емкости в руки в перчатках. Отожмите замороженный сок, стараясь обеспечить постоянное и сильное давление. Обратите внимание, что жидкость, стекающая с замерзшего сока, имеет глубокий фиолетовый цвет. В отличие от этого, оставшееся твердое тело потеряло часть своей окраски и выглядит бледнее, чем раньше.
Таяние виноградного сока демонстрирует концепцию частичного плавления, как это видно по магме. Первоначальный расплав, который будет жидким, обычно имеет другой состав, чем основная порода, которая подвергается плавлению.
Пигментированная часть виноградного сока тает быстрее всего, а это означает, что большая часть пигмента попадет в контейнер в начале эксперимента, оставляя меньше цвета. Это моделирует частичное плавление и подчеркивает различия в составе магмы. Первая жидкость, образующаяся при частичном плавлении породы, имитируемой окрашенной частью виноградного сока, обогащается фельзитовыми компонентами. Когда эта жидкость удаляется из системы, как это обычно и происходит, то оставшаяся порода, представленная более чистым льдом, будет иметь более основной состав.
Тимол, природное органическое соединение, используется для моделирования кристаллизации горной породы. В чашку Петри насыпьте слой кристаллов тимола, чтобы покрыть дно. Установите чашку Петри на горячую плиту на очень низкий уровень в хорошо проветриваемом помещении. Низкий нагрев важен для предотвращения испарения кристаллов. Как только кристаллы расплавятся, снимите чашку Петри с огня. Поставьте блюдо на стол при комнатной температуре и наблюдайте за охлаждением. Повторите описанные выше шаги нагрева со второй чашкой Петри и кристаллами тимола, но как только они растают, возьмите чашку и поставьте на ледяную водяную баню для остывания.
Эксперимент с кристаллами тимола демонстрирует, что происходит с размером зерна магматической породы при различных скоростях охлаждения. При быстром охлаждении образуются кристаллы меньшего размера, чем при медленном охлаждении, и эта разница легко наблюдается в реформированных кристаллах тимола. Смешанные кристаллы, образующиеся в условиях более медленного охлаждения, напоминают те, которые наблюдаются в интрузивных магматических породах, которые образуются во время более медленного процесса охлаждения в недрах Земли. Напротив, более мелкие кристаллы, образующиеся при быстром охлаждении, напоминают экструзивные магматические породы, также известные как афанитовые породы, которые образуются после того, как магма прорывается на поверхность в результате извержения.
Идентификация и понимание свойств и формирования интрузивных магматических пород имеет широкое применение для геологов и населения в целом.
Интрузивные магматические породы могут быть маркерами для определенных типов рудных месторождений. Например, от фельзитовых до промежуточных интрузивных магматических тел часто связаны с образованием медных, молибденовых, золотых или серебряных руд. Напротив, основные интрузии могут быть связаны с месторождениями хрома, платины и никеля. Способность легко выявлять потенциальные месторождения позволяет проводить целенаправленное бурение или добычу полезных ископаемых, а также имеет финансовые и экологические последствия для отрасли.
Если магма прорывается на поверхность, происходят извержения вулканов. Интрузивные магматические породы, присутствующие в районе, действуют как маркер для полевых геологов, чтобы проверить наличие каких-либо признаков вулканических пород и определить область как потенциально вулканически активную или ранее вулканически активную. Эта информация может быть использована для прогнозирования вероятности того, что области все еще будут вулканически активными или могут стать таковыми в будущем. Это важно для планирования или управления землепользованием, а также для оценки потенциальных рисков для существующих поселений или сооружений.
Интрузивные магматические породы также являются полезными маркерами для расшифровки истории Земли. Магматические породы относительно легко датируются. Это может быть достигнуто путем измерения относительной распространенности радиогенных изотопов типа «родительский» к дочерним, или «продукту распада». Качественно породы с более высоким соотношением радиогенной дочерней и родительской распространенности старше, потому что у родительских изотопов было больше времени для распада на дочерние изотопы. Тип магматических пород, присутствующих в той или иной области, может также указывать на прошлые регионы таяния в континентальной коре, активность зоны субдукции, а также континентальные или срединно-океанические рифтовые зоны. Это дает геологам возможность сделать вывод о том, какие тектонические условия присутствовали во время формирования горных пород.
Вы только что посмотрели введение JoVE в интрузивные магматические породы. Теперь вы должны понять различия между интрузивными и экструзивными магматическими породами, как образуются интрузивные породы и как моделировать частичное плавление и образование интрузивных горных пород в лаборатории.
Спасибо за просмотр!
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.