Lava (Dansk)

Sammensætning

Sammensætningen af næsten al lava af jordskorpen er domineret af silikatmineraler: hovedsagelig feltspat, feltspatoider, olivin, pyroxener, amfiboler, micas og sjælden ikke-silikat lava kan dannes ved lokal smeltning af ikke-silikat mineralaflejringer eller ved adskillelse af en magma i separate ublandbare silikat og ikke-silikat væskefaser.

Silikat lava

Silikat lava er smeltede blandinger domineret af ilt og silicium, er jordens mest kemiske grundstoffer med mindre mængder aluminium, calcium, magnesium, jern, natrium og kalium og mindre mængder af mange andre grundstoffer. Petrologer udtrykker rutinemæssigt sammensætningen af en silikat-lava med hensyn til vægten eller molær massefraktion af oxiderne af hovedelementerne (bortset fra ilt), der er til stede i lavaen.

Silikatmagmas fysiske opførsel domineres af silicakomponenten. Siliciumioner i lava binder stærkt til fire iltioner i et tetraedrisk arrangement. Hvis en iltion er bundet til to siliciumioner i smelten, beskrives den som et brodannende ilt, og lava med mange klumper eller kæder af siliciumioner forbundet med brodannende iltioner er beskrevet som delvist polymeriseret. Aluminium i kombination med alkalimetaloxider (natrium og kalium) har også en tendens til at polymerisere lavaen. Andre kationer, såsom jernholdigt jern, calcium og magnesium, binder meget svagere til ilt og reducerer tendensen til polymerisering. Delvis polymerisering gør lavaen tyktflydende, så lava med højt siliciumdioxid er meget mere tyktflydende end lava med lavt siliciumdioxid.

På grund af silicas rolle i bestemmelsen af viskositet og fordi mange andre egenskaber ved en lava (såsom dens temperatur) observeres at korrelere med silicaindhold, silikatlavaer er opdelt i fire kemiske typer baseret på silicaindhold: felsisk, mellemliggende, mafisk og ultramafisk. eller kiselholdige lavaer har et siliciumindhold på mere end 63%. De inkluderer rhyolit og dacit lava. Med et så højt silicaindhold er disse lavaer ekstremt tyktflydende og spænder fra 108 cP for varm rhyolitlava ved 1.200 ° C (2.190 ° F) til 1011 cP for kølig rhyolitlava ved 800 ° C (1.470 ° F). Til sammenligning har vand en viskositet på ca. 1 cP. På grund af denne meget høje viskositet bryder felsiske lava normalt eksplosivt ud for at frembringe pyroklastiske (fragmenterede) aflejringer. Imidlertid bryder rhyolit-lava lejlighedsvis kraftigt ud for at danne lava-rygsøjler, lavakupler eller “coulees” (som er tykke, korte lavastrømme). Lavaerne fragmenteres typisk, når de ekstruderer, og producerer blokade lavastrømme. Disse indeholder ofte obsidian.

Felsisk magma kan bryde ud ved temperaturer så lave som 800 ° C (1.470 ° F). Usædvanligt varmt (> 950 ° C; > 1.740 ° F) rhyolitlava kan dog strømme i afstande på mange titusinder af kilometer, som i Snake River Plain i det nordvestlige USA.

Mellemliggende lava

Mellemliggende eller andesitisk lava indeholder 52% til 63% silica og er lavere i aluminium og normalt noget rigere i magnesium og jern end felsiske lavaer. Mellemliggende lavaer udgør kupler i andesit og blokerer lava og kan forekomme på stejle sammensatte vulkaner, såsom i Andesbjergene. De er også almindeligvis varmere i intervallet 850 til 1.100 ° C (1.560 til 2.010 ° F). På grund af deres lavere silicaindhold og højere udbrudstemperaturer har de en tendens til at være meget mindre viskøse med en typisk viskositet på 3,5 × 106 cP ved 1.200 ° C (2.190 ° F). Dette er lidt større end viskositeten af glat jordnøddesmør. Mellemliggende lava viser en større tendens til at danne fenokryst, Højere jern og magnesium har tendens til at manifestere sig som en mørkere grundmasse, herunder amphibol eller pyroxen-fenokryst.

Mafisk lava

Mafiske eller basaltiske lavaer har en indhold af silica på 52% til 45%. De er kendetegnet ved deres høje ferromagnesiske indhold og bryder generelt ud ved temperaturer på 1.100 til 1.200 ° C (2.010 til 2.190 ° F). Viskositeterne kan være relativt lave, omkring 104 til 105 cP, selvom dette stadig er mange størrelsesordener højere end vand. Denne viskositet svarer til ketchup. Basalt-lavaer har tendens til at producere lavprofilskjoldvulkaner eller oversvømmelsesbasalter, fordi væskelavaen strømmer i lange afstande fra udluftningen. Tykkelsen af en basalt lava, især i en lav hældning, kan være meget større end tykkelsen af den bevægende lavastrøm på et hvilket som helst tidspunkt, fordi basalt lava kan “puste op” ved tilførsel af lava under en størknet skorpe. De fleste basalt-lavaer er af ʻAā eller pāhoehoe-typer snarere end blok-lavaer. Under vandet kan de danne pudelavaer, der ligner temmelig pahoehoe-lava på land.

Ultramafisk lava

Ultramafisk lava, såsom komatiite og meget magnesiske magmas, der danner boninit, tager udbruddets sammensætning og temperaturer til det yderste. Alle har et siliciumindhold under 45%. Komatiitter indeholder over 18% magnesiumoxid og menes at have brudt ud ved temperaturer på 1.600 ° C (2.910 ° F). Ved denne temperatur er der praktisk talt ingen polymerisation af mineralforbindelserne, hvilket skaber en meget mobil væske. Viskositeter af komatiite magmas menes at have været så lave som 100 til 1000 cP, svarende til lette motorolie. De fleste ultramafiske lavaer er ikke yngre end proterozoikummet, med et par ultramafiske magmas kendt fra phanerozoikum i Mellemamerika, der tilskrives en varm kappe. Der kendes ingen moderne komatiite-lava, da jordens kappe er afkølet for meget til at producere stærkt magnesiske magmas.

Akaline lavas

Nogle silicium-lavaer har et forhøjet indhold af alkalimetaloxider (natrium og kalium), især i regioner med kontinentalspredning, områder, der ligger over dybt subducerede plader eller ved intraplade hotspots. Deres silicaindhold kan variere fra ultramafisk (nefelinitter, basanitter og tephritter) til felsic (trachytter). genereret på større dybder i kappen end subalkaliske magmas. Olivin nefelinit-lava er både ultramafisk og stærkt alkalisk og menes at være kommet langt dybere i jordens kappe end andre lavaer.

Ikke-siliske lavas

Nogle lavaer med usædvanlig sammensætning er sprunget ud på jordens overflade. Disse inkluderer:

• Carbonatit- og natrocarbonatit-lavaer kendes fra vulkanen Ol Doinyo Lengai i Tanzania, som er eneste eksempel på en aktiv carbonatit vol kano. Carbonatitter i den geologiske rekord er typisk 75% carbonatmineraler med mindre mængder af siliciumundermættede silikatmineraler (såsom micas og olivin), apatit, magnetit og pyrochlore. Dette afspejler muligvis ikke den oprindelige sammensætning af lavaen, som kan have inkluderet natriumcarbonat, der efterfølgende blev fjernet ved hydrotermisk aktivitet, selvom laboratorieeksperimenter viser, at en calcitrig magma er mulig. Carbonatit-lavaer viser stabile isotop-forhold, der indikerer, at de stammer fra de stærkt alkaliske kiselsyrelavaer, som de altid er forbundet med, sandsynligvis ved adskillelse af en ublandbar fase. Natrocarbonatit lavas af Ol Doinyo Lengai består hovedsagelig af natriumcarbonat med ca. halvt så meget calciumcarbonat og igen halvt så meget kaliumcarbonat og mindre mængder halogenider, fluorider og sulfater. Lavas er ekstremt flydende, med kun viskositet lidt større end vand og er meget kølige, med målte temperaturer på 491 til 544 ° C (916 til 1.011 ° F).
• Jernoxid-lavas menes at være kilden til jernmalmen i Kiruna, Sverige, der dannedes under proterozoikum. Jernoxid lavaer af pliocæn alder forekommer ved vulkankomplekset El Laco ved grænsen mellem Chile og Argentina. Jernoxid-lava antages at være et resultat af uadskillelig adskillelse af jernoxidmagma fra en moderlig magma med calcalkalisk eller alkalisk sammensætning.
• Svovl lavaløb strømmer op til 250 meter (820 fod) lange og 10 meter (33 fod) brede forekommer ved Lastarria vulkanen, Chile. De blev dannet ved smeltning af svovlaflejringer ved temperaturer så lave som 113 ° C (235 ° F).

Udtrykket “lava” kan også bruges til at henvise til smeltede “isblandinger” i udbrud på de iskolde satellitter i solsystemets gaskæmper. (Se kryovulkanisme).

Reologi

Lavastrømmens opførsel bestemmes for det meste af lavas viskositet. Mens temperaturer i almindelige silikatlavaer ligger fra ca. 800 ° C (1.470 ° F) for felsisk lava til 1.200 ° C (2.190 ° F) for mafisk lava, viskositeten af de samme lavaer ligger over syv størrelsesordener, fra 104 cP for mafisk lava til 1011 cP for felsisk magmas. Viskositeten er bestemmes for det meste af sammensætning, men er også afhængig af temperaturen. Tendensen for, at felsisk lava er køligere end mafisk lava, øger viskositetsforskellen.

Lavaviskositet bestemmer typen af vulkansk aktivitet, der finder sted, når t han lava er udbrudt. Jo større viskositeten er, jo større er tendensen til, at udbrud er eksplosive snarere end effusive. Som et resultat er de fleste lavastrømme på jorden, Mars og Venus sammensat af basalt lava. På jorden er 90% af lavastrømmene mafiske eller ultramafiske, mens mellemliggende lava udgør 8% af strømmen og felsisk lava udgør kun 2% af strømmen. Viskositeten bestemmer også strømmenes aspekt (tykkelse i forhold til lateral udstrækning), hastigheden, hvormed strømme bevæger sig, og strømmenes overfladekarakter.

Når de bryder voldsomt ud, sprænger meget tyktflydende lava næsten udelukkende som strømme eller kupler med højt aspekt. Strømninger har form af bloklava snarere end ʻaā eller pāhoehoe. Obsidianstrømme er almindelige. Mellemliggende lavaer har tendens til at danne stejle stratovulkaner med skiftevis lavasenge fra effusive udbrud og tephra fra eksplosive udbrud. Mafiske lavaer danner relativt tynde strømme, der kan bevæge sig store afstande og danner skjoldvulkaner med meget blide skråninger.

De fleste lavaer indeholder faste krystaller af forskellige mineraler, fragmenter af eksotiske klipper kendt som xenolitter og fragmenter af tidligere størknet lava. Krystalindholdet i de fleste lavaer giver dem tixotrope og forskydningsudtyndende egenskaber. Med andre ord opfører de fleste lavaer sig ikke som newtonske væsker, hvor strømningshastigheden er proportional med forskydningsspændingen. I stedet for er en typisk lava en Bingham-væske, der viser betydelig strømningsmodstand, indtil en spændingstærskel, kaldet flydespænding, krydses. Dette resulterer i propstrømning af delvist krystallinsk lava. Et velkendt eksempel på plug-flow er tandpasta, der presses ud af et tandpastarør. Tandpastaen kommer ud som en halvfast prop, fordi forskydning er koncentreret i et tyndt lag i tandpastaen ved siden af røret, og kun her opfører tandpastaen sig som en væske. Thixotropisk opførsel forhindrer også krystaller i at falde ud af lavaen. Når krystalindholdet når ca. 60%, ophører lavaen med at opføre sig som en væske og begynder at opføre sig som et fast stof. En sådan blanding af krystaller med smeltet sten beskrives undertiden som krystalmos.

Lavastrømningshastigheder varierer primært baseret på viskositet og hældning. Generelt strømmer lava langsomt med typiske hastigheder på 0,25 km / t og maksimale hastigheder på 6 til 30 km / h på stejle skråninger. En usædvanlig hastighed på 20 til 60 km / t blev registreret efter sammenbruddet af en lavasø ved Nyiragongo-bjerget. Skaleringsforholdet for lava er, at den gennemsnitlige hastighed af en strøm skalerer som firkanten af dens tykkelse divideret med dens viskositet. Dette indebærer, at en rhyolitstrømning skal være ~ 1000 × så tyk som en basaltstrøm for at strømme med en lignende hastighed.

Termisk

Lavas interval i temperatur fra ca. 800 ° C (1.470 ° F) til 1.200 ° C (2.190 ° F). Dette svarer til de varmeste temperaturer, der kan opnås med en forceret luftkolesmedie. En lava er mest flydende, når den først brød ud og bliver meget mere viskøs, når temperaturen falder.

Lavastrømme udvikler hurtigt en isolerende skorpe af fast sten som et resultat af strålende varmetab. Derefter afkøles lavaen ved meget langsom ledning af varme gennem den stenede skorpe. Geologer fra USAs Geological Survey bores regelmæssigt ind i Kilauea Iki lavasø, dannet i et udbrud i 1959. Søen var ca. 100 m dyb. Efter tre år var den faste overfladeskorpe, hvis base lå ved en temperatur på 1.065 ° C (1.949 ° F), stil Jeg er kun 14 m tyk. Restvæske var stadig til stede i dybder på omkring 80 m (260 ft) nitten år efter udbruddet.

Køle lavastrømme krymper, og dette resulterer i brud på strømmen. I basaltstrømme producerer dette et karakteristisk brudmønster. De øverste dele af strømningen viser uregelmæssige nedadgående sprøjter, mens den nederste del af strømningen viser et meget regelmæssigt mønster af brud, der bryder strømmen i fem- eller seks-sidede søjler. Den uregelmæssige øvre del af den størknede strøm kaldes entablaturen, mens den nederste del, der viser søjlesamling, kaldes kollonaden. Vilkårene er lånt fra græsk tempelarkitektur. Ligeledes er regelmæssige lodrette mønstre på siderne af søjler, produceret ved afkøling med periodisk brud, beskrevet som mejselmærker. Dette er naturlige træk frembragt af fysikken med køling, termisk sammentrækning og brud.

Når lavaen afkøles og krystalliserer indad fra dens grænser, udstødes gasser fra lavaen for at danne vesikler ved de nedre og øvre grænser. . Disse er beskrevet som rørstamvesikler eller rørstamamygdaler. Væsker, der udvises fra kølekrystalmosen, stiger opad i det stadig flydende centrum af køleflowet og producerer lodrette vesikelcylindre. Hvor disse smelter sammen mod toppen af strømmen, dannes ark af vesikulær basalt, der undertiden er dækket af gaskaviteter. Disse er undertiden fyldt med sekundære mineraler. De smukke ametystgeoder, der findes i oversvømmelsesbasalterne i Sydamerika dannet på denne måde.

Oversvømmelsesbasalter oplever typisk lidt krystallisation, før de er ophørt med at flyde, og som et resultat er strømningsteksturer ikke almindelige i mindre kiselstrømme. . På den anden side er flowbånd almindelig i felsic flow.