Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Earth Science

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 
Click here for the English version

סלע וולקני מצית

Overview

מקור: המעבדה של אלן לסטר - אוניברסיטת קולורדו בולדר

סלעים מציתים הם תוצרים של קירור והתגבשות של מאגמה. סלעים געשיים הם מגוון מסוים של סלעים מציתים, המתהוים כתוצאה מפריצה של מאגמה לפני השטח, ואז מתקררים ומתגבשים בסביבה הסובארית.

מאגמה הוא סלע נוזלי שבדרך כלל נע בטמפרטורה של כ-800 °C (70 °F) עד 1,200 °C(איור 1). מאגמה עצמה מיוצרת בתוך כדור הארץ באמצעות שלושה מנגנוני התכה ראשוניים, כלומר תוספת של חום, תוספת של נדיפים, והפחתת לחץ. כל מצב של ייצור נמס נוטה לייצר סוגים מסוימים של מאגמה, ולכן, סגנונות התפרצות ומבנים ברורים.

Figure 1
איור 1. פריצה ללבה טרייה בקילאואה, הוואי. לבה הוא המונח למגמה שנמצאת על פני כדור הארץ.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

תוספת חום, הקשורה לעתים קרובות לנקודות חמות או לבריכה של טמפרטורה גבוהה נמסה בקרום, תיצור מגמות felsic (עשיר סיליקה) בהגדרות יבשתיות ומגמות mafic (סיליקה עניים) בהגדרות האוקיינוס. תוספת נדיפה היא המנגנון הנפוץ ביותר לייצור נמס באזורי הפחתה ומייצרת מאגמות ביניים (שפע סיליקה ביניים), המוביל בדרך כלל לקשתות איים או לטווחים וולקניים ליניאריים (דוגמאות הן האיים האלאוטיים, הרי המפל(איור 2)והרי האנדים). המסת הפחתת לחץ יוצרת מאגמות מאפיות ומתרחשת באזורי קרע. למרות שקרע יכול אכן מתרחש בהגדרות יבשתיות(למשל עמק השבר המזרח אפריקאי), זהו מנגנון ההמסה העיקרי של רכסי אמצע האוקיינוס המקיפים את כדור הארץ ונמתחים דרך אגני האוקיינוס העיקריים (אטלנטיק, האוקיינוס השקט, ההודי), אלה הם, ללא ספק, האזורים הדומיננטיים של דור מאגמה על פני כדור הארץ שלנו.

Figure 2
איור 2. פלומת קיטור בגובה 3,000 רגל מהר סנט הלנס ב-19 במאי, 1982.
נוצות של קיטור, גז ואפר התרחשו לעתים קרובות בהר סנט הלנס בתחילת שנות השמונים. בימים בהירים, ניתן היה לראות אותם מפורטלנד, אורגון, 80 ק"מ דרומה. הפלומה שצולמה כאן עלתה כמעט 3,000 רגל מעל שפת הר הגעש. הנוף הוא מרכס הארי, 8 ק"מ צפונית להר.

סוג המגמה שנוצר בהגדרות שונות אלה קשור לעומק ההיתוך, הרכב המעטפת העוברת נמסה ומידת ההיתוך.
באופן כללי, סביבות אוקיאניות ואזורי קרע יבשתיים יוצרים המסות בזליות (מאפיות) בגלל התכת מעטפת אסתנוספירית.

בדרך כלל, מאגמות פליסיות נוצרות כתוצאה מאחוז גבוה של היתוך של קרום יבשתי או ליטוספירה יבשתית; מאגמות מאפיות נוצרות במהלך המסה של ליטוספירה ימית או מעטפת אסתנוספירית.

מאגמה צמיגות ואקספלוסיביות

צמיגות ותוכן נדיף הם הפקדים העיקריים על explosivity מגמטי. מאגמות פליזיות צמיגות מאוד עם תוכן נדיף גבוה צפויות לייצר את ההתפרצויות הנפיצות ביותר. לעומת זאת, נוזל מאוד (צמיגות נמוכה) ומגמות מאפיות נדיפות נמוכות(למשל בזלת) בדרך כלל ייצרו את ההתפרצויות השלווה ביותר.

מוצרים וולקניים

כאשר מאגמה בורחת ממרחב וולקני, ישנם מגוון מוצרים אפשריים, כולל לבה ופירוקלסטיקה.

התפרצויות של רגיעה מאפשרות למגמה לזרום מצד הר הגעש, או כלפי חוץ מסדקים. אלה נקראים זרמי לבה. זרמי לבה לעיתים רחוקות נעים במהירויות גבוהות מכמה קילומטרים לשעה. ככזה, הם יכולים לגרום נזק מבני, אבל לעתים רחוקות לגרום לאובדן חיים.

התפרצויות נפיצות נוספות יגרמו לתערובות של מאגמה, סלעים וגז להיפלט מהר הגעש. באופן קולקטיבי, חומר זה נפלט מכונה "פירוקלסטי". Pyroclasts יכול לבוא במגוון של גדלים מ אפר (חומר מגורען עדין מאוד, <2 מ"מ, ולעתים קרובות של גדלי תבואה תת-מיקרוסקופיים) כדי לפילי (2-64 מ"מ), כדי tephra, ופצצות (>64 מ"מ).

במקרים מסוימים, התפרצות פירוקלסטית מאוד נוזלית, המכילה שברים חמים, טיפות נוזלים וגזים עבים, תנוע ותנוע כמסה מהירה מצד הר געש. אירועים אלה מכונה זרמים פירוקלסטיים(איור 3). הם יכולים להיות בסדר גודל של 1,000 °C (70 °F), ולנסוע במהירויות בטווח של 100-600 קמ"ש. אלה הם, ללא ספק, אחד המוצרים הגעשיים המסוכנים ביותר.

שני ניסויים מוצגים המתייחסים לעקרונות היווצרות הסלעים הגעשיים. הניסוי הראשון מדגים עיקרון מרכזי של שכבות געשיות: התצהיר הבא של לבה ועקרון הסופרפוזיציה. הניסוי השני הוא גרסה על סודה לשתייה וחומץ בשימוש תכוף בפיצוץ בקבוק. למרות פשוט מאוד לבצע, זה מראה כמה היבטים חשובים של התפרצויות געשיות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. הר געש CO2

  1. מלאו מיכל פלסטיק בצוואר דק (בקבוק סודה באורך 16 אונקיות למשל) כחצי מלא במים חמים.
  2. לקבור את הבקבוק מתחת דוגמנות חימר או בצק, משאיר רק את הצוואר (פתיחת) של הבקבוק חשוף, מדמה את המבנה של הר געש.
  3. מוסיפים כמה טיפות של נוזל שטיפת כלים (על מנת להפוך את הנוזל קצף וסביר לייצר בועות).
  4. בעזרת פיסת נייר מקופלת כמשפך, מוסיפים 4 כפיות (כ-15-20 מ"ל) של סודה לשתיה.
  5. מוסיפים בהדרגה חומץ אדום למיכל הפלסטיק. אם אתם משתמשים בבקבוק סודה באורך 16 אונקיות, הוסיפו 8-10 אונקיות של חומץ. מוסיפים את החומץ למיכל עד שהוא מתחיל להתנוסס.
  6. אם תרצה, פקק את המיכל ל"התפרצות אלימה "או להשאיר אותו ללא קורק להתפרצות יותר ססגונית.

2. שכבות לבה

  1. פרפין חם על צלחת חמה כך שהוא הופך לנוזל צמיג.
  2. קח קטע דק של קרטון, ולהתכופף כדי ליצור כיפופים ואבוסים של צורות שונות. יוצקים את הפרפין הנוזלי על משטח הקרטון הנטוי. כאשר הפרפין זורם על פני השטח הלא אחידים הוא ייווצר שכבה בעובי משתנה, כפי שניתן לראות בזרימת לבה אמיתית.
  3. לאחר paraffin התקרר והתגבש, לחזור על התהליך פעמיים או שלוש פעמים, על מנת לדמות זרמי לבה רצופים.

סלע וולקני הוא סוג מסוים של סלע מצית שנוצר כאשר מאגמה פורצת את פני השטח ומתמצקת בסביבה הסובארית. המחקר מספק תובנות על פעילות געשית בעבר, ואולי בעתיד.

מאגמה הוא סלע נוזלי, אשר מיוצר בתוך כדור הארץ ומגיע לטמפרטורות מ 800 עד 1,200 °C (50 °F). ישנם שלושה מנגנונים עיקריים של ייצור מאגמה: תוספת של חום, תוספת של נדיפים, או הפחתת לחץ. כל אחד מסוגים שונים אלה של המסה מייצר סוגים מסוימים של מאגמה, ולכן ליצור הרי געש עם סגנונות מתפרצים שונים ומבנה. וידאו זה ימחיש את ההבדלים בין סוגים של תצהיר לבה בקנה מידה קטן באמצעות שעוות פרפין, וסוגי התפרצות שונים באמצעות הדגמה מבוססת CO2.

מאגמות צמיגות מאוד עם תוכן נדיף גבוה נוטות לייצר את ההתפרצויות הנפיצות ביותר, בהשוואה לצמיגות נמוכה ומגמות תוכן נדיפות נמוכות, אשר בדרך כלל מייצרות את ההתפרצויות השלווה ביותר.

בהתפרצויות רגיעה, הלבה זורמת מצד הר הגעש או כלפי חוץ מסדקים. זרמי הלבה בדרך כלל נעים לאט, וככאלה עלולים לגרום נזק לרכוש, אך לעתים רחוקות אובדן חיים. לעומת זאת, תגובות נפיצות יותר גורמות למגמה, סלע וגז, הידועים בשם "חומר פירוקלסטי", להיפלט מהר הגעש.

סוג המעטפת המומסת, ומידת ההיתוך, יכולים להשפיע על הרכב המגמה. המגמה שנוצרה כתוצאה מכך תשפיע על הר הגעש שנוצר, וסוג ההתפרצות נצפה.

בדרך כלל, מאגמה צמיגית היא פליזאית יותר בהרכב וצורות כתוצאה מהמסה של קרום יבשתי או ליטוספירה יבשתית. לעומת זאת, מאגמה פחות צמיגית היא בדרך כלל מאפית, וצורה במהלך המסה של ליטוספירה ימית או התכת מעטפת אסתנופרית. למידע נוסף על סלע פליסי ומאפי, ראו סרטון נוסף של אוסף זה ב-Igneous Rock.

הרי געש נוצרים בדרך כלל על ידי תצהירים רצופים של לבה לאורך זמן. לבה צמיגה מאוד יוצרת מבניינים גבוהים ותלולים, המכונים סטרטו-וולקנו. לעומת זאת, לבה זורמת חופשית נעה רחוק יותר לפני שהיא מתגבשת, ויוצרת מבנים קצרים בפרופיל נמוך המכונים הרי געש מגן.

כעת, כאשר אנו מכירים את המושגים שמאחורי ייצור מאגמה, תצהיר והתפרצות געשית, בואו נסתכל כיצד ניתן לדמות אותם במעבדה.

ההליך הראשון מדגים התפרצויות ותפוצה. כדי להתחיל, למלא מיכל פלסטיק עם צוואר דק עד כחצי מלא עם מים חמים. כדי לדמות את המבנה של הר געש, לקבור את הבקבוק מתחת דוגמנות חימר או בצק, משאיר רק את פתיחת הצוואר של הבקבוק חשוף. לאחר מכן, מוסיפים בערך 4 כפיות של סודה לשתיה.

מוסיפים חומץ לבקבוק עד שהוא מתחיל להתנוסס. כולל צבע יכול לסייע בנראות. להתפרצות תפלה להשאיר את הבקבוק פתוח. אם יש צורך בסימולציה של התפרצות אלימה, יש צורך בפקק את הבקבוק.

בהתפרצות ההססנת, חלק מהחומר זרם החוצה כמו זרימת לבה. האופי המקציף של הזרימה מזכיר לבה המופקדת על נדיפים.

רוב ההתפרצויות הגעשיות קשורות לאובדן נדיף. אלה שהם נפיצים במיוחד יהיו נביעות נדיף ניכר. במיכל הפקק, ההתפרצות הראשונית כוללת חומר פירוקלסטי הנפלט לאוויר מעל המערך הגעשי. זה גם מציין מה יכול לקרות בהרי געש חסומים באופן טבעי.

ההפגנה הבאה מתייחסת היא שכבות לבה. כדי להדגים זאת, פרפין חם על צלחת חמה עד שהוא הופך נוזל צמיג. יוצקים את הפרפין הנוזלי על משטח קרטון דק נוטה עם כיפופים של צורות שונות. שיפוע מגוון זה מדמה זרימת לבה על פני השטח הלא אחידים של הרי געש אמיתיים. כאשר הפרפין זורם על פני השטח הלא אחידים, הוא ייווצר שכבה בעובי משתנה, המדמה את מה שנראה על פני הר געש אמיתי. אפשר לשכבת הפרפין הראשונה להתקרר, ולאחר מכן יוצק שכבה שנייה על הראשון, החל מאותה נקודה. חזור על תהליך זה מספר פעמים כדי לדמות זרמי לבה רצופים.

שימו לב כיצד השכבות דקות במרחק שמקור המגמה. כמו כן, שימו לב כי שכבות חמות או התפרצויות עוקבות יכולות להמיס חלקית שכבות מתחת.

השכבות ממחישות את העיקרון של סופרפוזיציה. שכבות ישנות יותר נמצאות בתחתית, עם פיקדונות מהתפרצויות אחרונות יותר המשתרעים לעיל.

בנוסף, פני השטח המכופפים של הכרטיס מדמים את פני השטח הלא אחידים הנראים ברוב הרי הגעש. עוביים שונים של מאגמה יאספו על החלקים התלולים או הרדודים יותר של פני הר הגעש, וישנו את הנוף של הר הגעש עם כל התפרצות רצופה.

הבנת הרכב הסלע הגעשי, היווצרותם ומאפייני ההתפרצות השונים כוללת יישומים עצומים לגיאולוגים ולאוכלוסיות אנושיות בכללותן.

זיהוי סוגי סלעים געשיים בשטח וחיבורם לסגנונות התפרצות ספציפיים יכולים ליידע גיאולוגים על סוג האיומים הנשקפים לקהילות סמוכות. מידע זה יכול לסייע ביישום תוכניות חירום להתפרצות, או בבניית בטיחות ממוקדת או בתכנון ערים.

סוגים של סלעים געשיים ניתן ללמוד גם כדי להעריך את חומרת או explosivity של התפרצויות בעבר. מידע זה יכול להיות מועיל בעת תכנון שימוש בקרקע. מכיוון שהתצהיר הגעשי יכול להשפיע באופן חיובי גם על הקרקע והחקלאות, אזורים כאלה עשויים להיות פוריים כלכלית אם הסיכון להתפרצות חמורה נחשב נמוך.

שכבות געשיות יכולות להיות חלון להיסטוריה הגיאולוגית של אזור. שכבות יכולות להכיל מידע על אקלים, סביבה וחיים קודמים, והן קלות עד כה, ומספקות סמני זמן שימושיים בחקירות גיאולוגיות. הרי געש יכולים גם ליצור נופים ציוריים, כולל מושב ארתור (Arthur's Seat) האייקוני, המשקיף על העיר אדינבורו בסקוטלנד. זהו החלק הגדול ביותר שנותר מהר געש נכחד שתחילתה בתקופה הקרבוניפרוס, ומוגדר כאתר בעל עניין מדעי מיוחד.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לסלעים געשיים. עכשיו אתה צריך להבין את הסוגים השונים של מאגמה ואת התצהיר שלהם, עקרונות של התפרצויות תותבות ונפיצות, וכיצד לדמות אלה במעבדה או בבית. תודה שצפיתם! תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. הר געש CO2

במהלך ניסוי CO2, חלק מהחומר יזרום החוצה כמו זרימת לבה. האופי המקציף של הזרימה מזכיר לבה המופקדת על נדיפים. רוב ההתפרצויות הגעשיות קשורות לאובדן נדיף. אלה שהם נפיצים במיוחד יהיו נביעות נדיף ניכר. אם המיכל הוא פקק, אז ההתפרצות הראשונית תהיה כרוכה חומר פירוקלסטי מסוג כי הוא נפלט לאוויר מעל המערך הגעשי.

2. שכבות געשיות

עם השלמת ניסוי השכבות הגעשיות, שימו לב שהשכבות דקות במרחק ממקור המגמה. זוהי תופעה כי ניתן לראות בדרך כלל בהרי געש. ניתן גם לראות כי השכבות הבאות יכולות להמיס חלקית את השכבה הבסיסית. את העיקרון של סופרפוזיציה ניתן לראות גם בהדגמה, שם שכבות ישנות יותר נמצאות בתחתית, שכבות צעירות יותר על גבי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

וולקנות וסלעים נלווים מעניינים מאוד גיאולוגים. לא רק שהתפרצויות געשיות מהוות איום על הקהילות הסמוכות, חשוב להכיר בכך שהן יכולות גם להוביל לנופי נוף, ולהשפיע באופן חיובי על הקרקע ועל הפריון החקלאי.

הכרה בסלעים געשיים בשטח, קישורם לסגנונות התפרצות ספציפיים, ובירור אזורים של פעילות בעבר הם חלק מהערכות גיאולוגיות בסיסיות לאזורים שבהם אנשים חיים ו /או עובדים. סלעים געשיים יכולים להיות אינדיקטורים לפעילות מתפרצת בעבר. סוגי הסלעים הגעשיים הקיימים יכולים לשמש גם להערכת חומרתן וסבירותן של התפרצויות קודמות. הבנת סוגי ההתפרצויות הפוטנציאליים (למשל זרמי לבה (איור 1), אפר, זרמים פירוקלסטיים(איור 3)) שעלולים להתרחש באזור וולקני הם חלק מכריע בפיתוח אסטרטגיות מקלות.

Figure 5
איור 3. זרמים פירוקלסטיים שוטפים את אגפי הר הגעש מאיון, הפיליפינים, 1984.

שכבות געשיות יכולות גם להיות חלון להיסטוריה של "עמוד אחר עמוד" של אזור. שכבות געשיות יכולות להכיל מידע על אקלים, סביבה ואפילו חיים קודמים. בפרט, שכבות געשיות קלות יחסית עד כה (שלא כמו שכבות מים) באמצעות טכניקות היכרויות איזוטופיות. לכן, שכבות געשיות הן סמני זמן שימושיים בחקירות גיאולוגיות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter