Laava

Sävellys

Lähes koko maapallon laavan koostumusta hallitsevat silikaattimineraalit: enimmäkseen maasälpäitä, maaspathoideja, oliviinia, pyrokseeneja, amfiboleja, micoja ja kvartsi. Harvinaiset ei-silikaattilaavat voivat muodostua sulattamalla ei-silikaattimineraalikerroksia paikallisesti tai erottamalla magman erillisiksi sekoittumattomiksi silikaatti- ja ei-silikaattisiksi nestefaaseiksi.

Silikaattilaavat

Silikaattilaavat ovat sulaa hallitsevat happi ja pii, maapallon runsaimmat kemialliset alkuaineet, joissa on pienempiä määriä alumiinia, kalsiumia, magnesiumia, rautaa, natriumia ja kaliumia ja pieniä määriä monia muita alkuaineita. Petrologit ilmaisevat rutiininomaisesti silikaattilaavan koostumuksen laavassa olevien pääelementtien (muiden kuin hapen) oksidien painona tai moolimassaosuutena.

Silikaattimaagojen fyysinen käyttäytyminen dominoi. piidioksidikomponentilla. Laavassa olevat pii-ionit sitoutuvat voimakkaasti neljään happi-ioniin tetraedraalisessa järjestelyssä. Jos happi-ioni on sitoutunut sulaan kahteen pii-ioniin, sitä kuvataan silloittuvaksi hapeksi, ja laavaa, jossa on monia silikonihappoja tai ketjuja, jotka on yhdistetty silloittavien happi-ionien kanssa, kuvataan osittain polymeroituneina. Alumiini yhdessä alkalimetallioksidien (natrium ja kalium) kanssa pyrkii myös polymerisoimaan laavaa. Muut kationit, kuten rautarauta, kalsium ja magnesium, sitoutuvat paljon heikommin happeen ja vähentävät taipumusta polymeroitua. Osittainen polymerointi tekee laavasta viskoosisen, joten runsaasti piidioksidia oleva laava on paljon viskoosimpi kuin vähän piitä sisältävä laava.

Koska piidioksidi on rooli viskositeetin määrittämisessä ja koska monet muut laavan ominaisuudet (kuten sen lämpötilan) havaitaan korreloivan piidioksidipitoisuuden kanssa, silikaattilaavat jaetaan piidioksidipitoisuuden perusteella neljään kemialliseen tyyppiin: felsiikka, välituote, mafikaali ja ultrapinta.

Felsikkilaava

Felsic tai piipiimäisillä laavilla piidioksidipitoisuus on yli 63%. Niihin kuuluvat ryoliitti ja dasiittilavat. Tällaisella korkealla piidioksidipitoisuudella nämä laavat ovat erittäin viskooseja, vaihtelevat välillä 108 cP kuumalla ryoliittilaavalla 1200 ° C: ssa (1090 cP) viileälle ryoliittilaavalle 800 ° C: ssa (1470 ° F). Vertailun vuoksi veden viskositeetti on noin 1 cP. Tämän erittäin korkean viskositeetin takia felsi-laavat puhkeavat yleensä räjähdysmäisesti pyroklastisten (fragmentaaristen) kerrostumien tuottamiseksi. Rhyolite-laavat puhkeavat kuitenkin toisinaan voimakkaasti muodostaen laavapiikit, laavakuplat tai ”coulees” (jotka ovat paksuja, lyhyitä laavavirtauksia). Laavat tyypillisesti fragmentoituvat purkautuessaan ja tuottavat estolavavirtauksia. Nämä sisältävät usein obsidiaaneja.

Felsikkimagmat voivat puhkeata jopa 800 ° C: n lämpötilassa. Epätavallisen kuumia (> 950 ° C; > 1740 ° F) ryoliittilaavia voi kuitenkin virrata monien kymmenien kilometrien etäisyydellä, kuten Snake-joen tasangolla Yhdysvaltain luoteisosassa.

Välilaava

Väli- tai andesiittilavat sisältävät 52-63% piidioksidia, ja ne ovat vähemmän alumiinisia ja yleensä hieman rikkaampia. magnesiumissa ja raudassa kuin felisic-laavat. Väliaikaiset laavat muodostavat andesiittikupoleja ja tukevat laavia, ja niitä voi esiintyä jyrkissä yhdistetyissä tulivuorissa, kuten Andeilla. Ne ovat myös yleensä kuumempia, välillä 850 – 1100 ° C (1560 – 2010 ° F). Pienempien piidioksidipitoisuuksien ja korkeammien purkautumislämpötilojen vuoksi ne ovat yleensä paljon vähemmän viskooseja, tyypillisen viskositeetin ollessa 3,5 × 106 cP 1200 ° C: ssa (2190 ° F). Tämä on hieman suurempi kuin sileän maapähkinävoin viskositeetti. Välituotteilla on suurempi taipumus muodostaa fenokrytejä, korkeammalla raudalla ja magnesiumilla on taipumus ilmetä tummempana pohjamassana, mukaan lukien amfiboli- tai pyrokseenifenokristat.

Mafic-laava

Mafic- tai basaltti-laavilla on piidioksidipitoisuus 52-45%. Niille on tyypillistä korkea ferromagneettinen pitoisuus, ja ne puhkeavat yleensä lämpötiloissa 1100 – 1 200 ° C (2010 – 2190 ° F). Viskositeetit voivat olla suhteellisen matalat, noin 104 – 105 cP, vaikka tämä on silti useita kertaluokkia korkeampi kuin vesi. Tämä viskositeetti on samanlainen kuin ketsupin. Basaltti-laavilla on taipumus tuottaa matalaprofiilisia kilvetulivuoria tai tulva-altaita, koska fluidi-laava virtaa pitkiä matkoja tuuletusaukosta. Basaltilaavan paksuus, erityisesti matalalla kaltevuudella, voi olla paljon suurempi kuin liikkuvan laavavirtauksen paksuus kerrallaan, koska basaltti-laavat voivat ”paisua” syöttämällä laavaa kiinteytetyn kuoren alle. Useimmat basaltti-laavat ovat ʻAʻā- tai pāhoehoe-tyyppisiä, eivät estä laavia. Veden alla ne voivat muodostaa tyynylaavia, jotka ovat melko samanlaisia kuin sisätyyppiset pahoehoe-laavat maalla.

Ultramafimainen laava

Ultramafiset laavat, kuten komatiitti ja erittäin magnesiumsuolaiset magmat, jotka muodostavat boniniitin, vievät purkausten koostumuksen ja lämpötilat äärimmäisyyksiin. Kaikissa piidioksidipitoisuus on alle 45%. Komatiitit sisältävät yli 18% magnesiumoksidia, ja niiden uskotaan purkautuneen 1600 ° C: n (2910 ° F) lämpötiloissa. Tässä lämpötilassa mineraaliyhdisteiden polymerointi ei ole käytännössä mahdollistaen erittäin liikkuvaa nestettä. Komatiittimagmojen viskositeettien uskotaan olevan niinkin alhaiset kuin 100-1000 cP, samanlainen kuin kevyen moottoriöljyn. Suurin osa ultramafikaalisista laavoista ei ole nuorempia kuin prototozoinen, ja muutama Keski-Amerikan phanerozoicista tunnettu ultramamaattinen magma johtuu kuumasta vaippapalasta. Moderneja komatiitti-laavia ei tunneta, koska maapallon vaippa on jäähtynyt liikaa magneettisten magmojen tuottamiseksi.

Akaliinilaavat

Joillakin piipiirilajilla on korkeampi alkalimetallioksidien pitoisuus (natrium ja kalium), etenkin mannerjalostuksen alueilla, alueilla, jotka ovat syvästi subduktoitujen levyjen päällä, tai levyn sisäisillä kohdepisteillä. Niiden piidioksidipitoisuus voi vaihdella ultrakehisistä (nefeliinit, basaniitit ja tefriitit) felseisiin (trachytit). syntyy vaipan syvemmissä syvyyksissä kuin subalkaliinimagmat. Oliviinien nefeliniitti-laavat ovat sekä ultramamaattisia että erittäin emäksisiä, ja niiden uskotaan tulleen paljon syvemmältä maan vaipasta kuin muut laavat.

Ei-piilavat laavat

Maan pinnalle on puhjennut joitain epätavallisen koostumuksellisia laavia. Näitä ovat:

• Karboniitti- ja natrokarboniitti-laavia tunnetaan Ol Doinyo Lengain tulivuoresta Tansaniassa, joka on ainoa esimerkki aktiivisesta karboniitista vol voi. Karbonaatit geologisessa ennätyksessä ovat tyypillisesti 75% karbonaattimineraaleja, pienempiä määriä piidioksidilla tyydyttymättömiä silikaattimineraaleja (kuten micat ja oliviini), apatiitti, magnetiitti ja pyrokloori. Tämä ei ehkä heijasta laavan alkuperäistä koostumusta, joka on saattanut sisältää natriumkarbonaattia, joka myöhemmin poistettiin hydrotermisellä aktiivisuudella, vaikka laboratoriotestit osoittavat, että kalsiittipitoinen magma on mahdollista. Karboniitti-laavilla on vakaa isotooppisuhde, mikä osoittaa, että ne ovat peräisin erittäin emäksisistä pii-laavista, joihin ne ovat aina yhteydessä, todennäköisesti erottamalla sekoittumaton faasi. Ol Doinyo Lengain natrocarbonatite-laavat koostuvat pääosin natriumkarbonaatista, jossa on noin puolet niin paljon kalsiumkarbonaattia ja puolet taas yhtä paljon kaliumkarbonaattia, ja pieninä määrinä halogenideja, fluorideja ja sulfaatteja. Laavat ovat erittäin juoksevia, viskositeetit vain hieman suurempia kuin vesi, ja ovat erittäin viileitä, mitatuilla lämpötiloilla 491 – 544 ° C (916 – 1011 ° F).
• Rautaoksidi-laavojen uskotaan olevan rautamalmin lähde Kiirunassa, Ruotsissa, joka muodostui prototozoisen aikaan. Plioseenikauden rautaoksidi-laavia esiintyy El Lacon tulivuorikompleksissa Chilen ja Argentiinan rajalla. Rautaoksidi-laavojen uskotaan olevan seurausta rautaoksidi-magman sekoittumattomasta erotuksesta emäksisestä kalsamaalisen tai emäksisen koostumuksen magmasta.
• Rikkalaavaa virtaa jopa 250 metriä (820 jalkaa) pitkä ja 10 metriä (33 jalkaa) leveä lastarian tulivuori, Chile. Ne muodostuivat sulamalla rikkikerrostumia niinkin alhaisissa lämpötiloissa kuin 113 ° C (235 ° F).

Termiä ”laava” voidaan käyttää myös viittaamaan sulaneisiin ”jääseoksiin” purkauksissa aurinkokunnan kaasujättien jäisissä satelliiteissa. (Ks. kryovulkanismi.

Reologia

Laavavirtausten käyttäytyminen määräytyy enimmäkseen laavan viskositeetin avulla, kun taas tavallisten silikaattilaavojen lämpötilat vaihtelevat välillä noin 800 ° C (1 470 ° F) felsaalisilla laavoilla 1200 ° C: een (2190 ° F) maffilavojen kohdalla, samojen laavojen viskositeetti vaihtelee yli seitsemän suuruusluokan, mafialavan 104 cP: stä felsiikkamagojen 1011 cP: seen. määräytyy enimmäkseen koostumuksen mukaan, mutta riippuu myös lämpötilasta. Feenisen laavan taipumus olla viileämpi kuin mafimainen laava lisää viskositeettieroa.

Laavan viskositeetti määrittää tulivuoren toiminnan tyypin, kun t hän laava on puhjennut. Mitä suurempi viskositeetti, sitä suurempi on taipumus purkauksiin olla räjähtäviä eikä huokoisia. Tämän seurauksena suurin osa laavavirroista maapallolla, Marsilla ja Venuksella koostuu basaltti-laavasta. Maapallolla 90% laavavirroista on maffisia tai ultramafikaattisia, kun välilaava muodostaa 8% virtauksista ja felsiikkalaava vain 2% virtauksista. Viskositeetti määrää myös virtausten aspektin (paksuuden suhteessa sivusuuntaiseen laajuuteen), virtausten nopeuden ja virtausten pintaominaisuuden.

Kun ne viskoosivat voimakkaasti, viskoosiset laavat puhkeavat melkein yksinomaan suurikokoisina virtauksina tai kupolina. Virrat ovat lohkolavan muodossa thanaʻā tai pāhoehoe sijaan. Obsidiaanivirrat ovat yleisiä. Väliaikaisilla laavilla on taipumus muodostaa jyrkkiä kerrostulivuoroja, joissa vuorottelevat laavakerrokset efussiivisista purkauksista ja tefrat räjähtävistä purkauksista. Mafic-laavat muodostavat suhteellisen ohuita virtauksia, jotka voivat liikkua suuria etäisyyksiä muodostaen suojatulivuoria erittäin lempeillä rinteillä.

Useimmat laavat sisältävät kiinteitä kiteitä erilaisista mineraaleista, fragmentteja eksoottisista kivistä, jotka tunnetaan nimellä ksenoliitit, ja fragmentteja aiemmin kiinteytetystä laavasta. Useimpien laavojen kidepitoisuus antaa niille tiksotrooppisia ja leikkaavia ohennuksia. Toisin sanoen useimmat laavat eivät käyttäydy kuten Newtonin nesteet, joissa virtausnopeus on verrannollinen leikkausjännitykseen. Sen sijaan tyypillinen laava on Bingham-neste, joka osoittaa huomattavaa virtauksen vastustuskykyä, kunnes myötörajaksi kutsuttu stressiraja ylittyy. Tämä johtaa osittain kiteisen laavan tulppavirtaukseen. Tunnettu esimerkki tulppavirtauksesta on hammastahnaa, joka puristetaan hammastahnaputkesta. Hammastahna tulee ulos puolikiinteänä tulppana, koska leikkaus keskittyy ohueksi kerrokseksi putken viereiseen hammastahnaan, ja vain tässä hammastahna käyttäytyy nesteenä. Tiksotrooppinen käyttäytyminen estää myös kiteitä asettumasta ulos laavasta. Kun kidepitoisuus saavuttaa noin 60%, laava lakkaa käyttäytymästä kuin neste ja alkaa käyttäytyä kiinteänä aineena. Tällaista kiteiden ja sulan kiven seosta kuvataan joskus kristallimudokseksi.

Laavan virtausnopeudet vaihtelevat pääasiassa viskositeetin ja kaltevuuden perusteella. Yleensä laava virtaa hitaasti, tyypillisillä nopeuksilla 0,25 mph (0,40 km / h) ja enimmäisnopeuksilla 6-30 mph (9,7 – 48,3 km / h) jyrkillä rinteillä. Poikkeuksellinen nopeus 20-60 mph (32-97 km / h) kirjattiin lavajärven romahtamisen jälkeen Nyiragongo-vuorella. Laavojen skaalaussuhde on, että virtauksen keskinopeus asteikoituu jakamalla sen paksuuden neliö viskositeetilla. Tämä tarkoittaa, että ryoliittivirtauksen on oltava ~ 1000 × niin paksua kuin basalttivirta, jotta virtaus tapahtuu samalla nopeudella.

Lämpö

Laavojen lämpötila vaihtelee noin 800 ° C: sta (1 470 ° C) F) 1200 ° C: seen (2190 ° F) .Se on samanlainen kuin kuumimmat lämpötilat, jotka voidaan saavuttaa pakotetulla ilmasädepuristimella. Laava on nestemäisin, kun se puhkesi ensimmäisen kerran ja muuttui paljon viskoosimmaksi lämpötilan laskiessa.

Laavavirroissa kehittyy kiinteän kiven eristävä kuori säteilylämmön menetyksen seurauksena.Sen jälkeen laava jäähtyy hyvin hitaasti johtamalla lämpöä kivisen kuoren läpi.Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen geologit porattiin säännöllisesti Kilauea Iki: iin laavajärvi, joka muodostui purkauksessa vuonna 1959. Järvi oli noin 100 m (330 jalkaa) syvä. Kolmen vuoden kuluttua kiinteä pintakuori, jonka pohja oli 1065 ° C: n lämpötilassa, oli tyylikäs l vain 14 m (46 ft) paksu. Jäännösnestettä oli vielä läsnä noin 80 metrin syvyydessä 19 vuotta purkauksen jälkeen.

Jäähtyvät laavavirrat kutistuvat, mikä johtaa virtauksen murtumiseen. Basaltivirroissa tämä tuottaa tyypillisen murtumakuvion. Virtauksen ylemmissä osissa on epäsäännöllisiä alaspäin roiskuvia murtumia, kun taas virtauksen alaosassa on hyvin säännöllinen murtumakuvio, joka rikkoo virtauksen viiteen tai kuusisuuntaiseen pylvääseen. Kiinteytetyn virtauksen epäsäännöllistä yläosaa kutsutaan entablatuuriksi, kun taas alaosaa, joka osoittaa pylväsliitoksen, kutsutaan kollonaadiksi. Termit on lainattu kreikkalaisesta temppeliarkkitehtuurista. Samoin säännöllisiä pystysuoria kuvioita pylväiden sivuilla, jotka on saatu jäähdyttämällä jaksottaisella murtamisella, kuvataan talttajäljinä. Nämä ovat luonnollisia piirteitä, jotka syntyvät jäähdytyksen, termisen supistumisen ja murtumisen fysiikan kautta.

Laavan jäähtyessä kiteytyessään sisäänpäin sen rajoista kaasut poistuvat laavasta muodostamaan rakkuloita ala- ja ylärajoille. . Näitä kuvataan putken varren vesikkeleiksi tai putken varren amygdaleiksi. Jäähdytyskidemunasta karkotetut nesteet nousevat ylöspäin jäähdytysvirtauksen edelleen nestemäiseen keskukseen ja tuottavat pystysuoria vesikkelisylintereitä. Jos nämä sulautuvat kohti virtauksen yläosaa, muodostuu vesikulaarisen basaltin arkkia, jotka joskus on peitetty kaasuonteloilla. Nämä ovat joskus täynnä toissijaisia mineraaleja. Tällä tavalla muodostetut Etelä-Amerikan tulva-altaista löydetyt kauniit ametysteodit.

Tulva-altaiden kiteytyminen on tyypillistä vain vähän ennen kuin ne ovat lopettaneet virtauksensa, minkä seurauksena virtausrakenteet ovat harvinaisia vähemmän piitä sisältävissä virtauksissa. . Toisaalta virtauskaistaleet ovat yleisiä felsiikkivirroissa.