Lava (Norsk)

Komposisjon

Sammensetningen av nesten all lava av jordskorpen domineres av silikatmineraler: for det meste feltspat, feltspatoider, olivin, pyroksener, amfiboler, micas og sjeldne sjeldne ikke-silikat-lavaer kan dannes ved lokal smelting av ikke-silikatforekomster av mineral eller ved separering av magma i separate blandbare silikat- og ikke-silikatvæskefaser.

Silikat-lava

Silikat-lava er smeltede blandinger dominert av oksygen og silisium, er jordens mest kjemiske elementer, med mindre mengder aluminium, kalsium, magnesium, jern, natrium og kalium, og mindre mengder av mange andre elementer. Petrologer uttrykker rutinemessig sammensetningen av en silikatlava når det gjelder vekt eller molær massefraksjon av oksidene til hovedelementene (annet enn oksygen) som er tilstede i lavaen.

Den fysiske oppførselen til silikatmagasiner domineres. av silikakomponenten. Silisiumioner i lava binder seg sterkt til fire oksygenioner i et tetraederarrangement. Hvis et oksygenion er bundet til to silisiumioner i smelten, blir det beskrevet som et broformig oksygen, og lava med mange klumper eller kjeder av silisiumioner forbundet med broende oksygenioner blir beskrevet som delvis polymerisert. Aluminium i kombinasjon med alkalimetalloksider (natrium og kalium) har også en tendens til å polymerisere lava. Andre kationer, som jernholdig jern, kalsium og magnesium, binder mye svakere til oksygen og reduserer tendensen til polymerisering. Delvis polymerisering gjør lava tyktflytende, så lava med høyt silisiumdioksyd er mye mer tyktflytende enn lava med lite silisiumdioksyd.

På grunn av silikas rolle i å bestemme viskositeten, og fordi mange andre egenskaper til en lava (som f.eks. temperaturen) observeres å korrelere med silisiuminnhold, silikatlavaer er delt inn i fire kjemiske typer basert på silisiuminnhold: felsisk, middels, mafisk og ultramafisk.

Felsisk lava

Felsic eller kiselavas har et silisiuminnhold som er større enn 63%. De inkluderer rhyolit og dacitt-lava. Med et så høyt silisiuminnhold er disse lavene ekstremt tyktflytende, og varierer fra 108 cP for varm rhyolitt-lava ved 1200 ° C (2.190 ° F) til 1011 cP for kjølig rhyolitslava ved 800 ° C. Til sammenligning har vann en viskositet på ca. 1 cP. På grunn av denne svært høye viskositeten bryter felsisk lava vanligvis eksplosivt ut for å produsere pyroklastiske (fragmenterte) avleiringer. Imidlertid bryter rhyolitt-lavas av og til kraftig ut for å danne lava pigger, lavakupler eller «coulees» (som er tykke, korte lavastrømmer). Lavaene fragmenteres vanligvis når de ekstruderer, og produserer blokkerte lavastrømmer. Disse inneholder ofte obsidian.

Felsisk magma kan bryte ut ved temperaturer så lave som 800 ° C (1470 ° F). Uvanlig varmt (> 950 ° C; > 1740 ° F) rhyolitt-lava kan imidlertid strømme i avstander på mange titalls kilometer, slik som i Snake River Plain i det nordvestlige USA.

Midlere lava

Mellomliggende eller andesittiske lavaer inneholder 52% til 63% silisiumdioksyd, og er lavere i aluminium og vanligvis noe rikere i magnesium og jern enn felsisk lava. Mellomliggende lavaer danner kupler i andesitt og blokkerer lava, og kan forekomme på bratte sammensatte vulkaner, som i Andesfjellene. De er også ofte varmere, i området 850 til 1100 ° C (1560 til 2010 ° F). På grunn av deres lavere silisiuminnhold og høyere utbruddstemperaturer, har de en tendens til å være mye mindre viskøse, med en typisk viskositet på 3,5 × 106 cP ved 1200 ° C (2190 ° F). Dette er litt større enn viskositeten til glatt peanøttsmør. Mellomliggende lava viser en større tendens til å danne fenokryst, høyere jern og magnesium har en tendens til å manifestere seg som en mørkere grunnmasse, inkludert amfibol eller pyroksenfenokryst.

Mafisk lava

Mafiske eller basaltiske lavaer har en silisiuminnhold på 52% til 45%. De er preget av sitt høye ferromagnesiske innhold, og bryter vanligvis ut ved temperaturer fra 1100 til 1200 ° C (2010 til 2190 ° F). Viskositetene kan være relativt lave, rundt 104 til 105 cP, selv om dette fortsatt er mange størrelsesordener høyere enn vann. Denne viskositeten er lik ketchup. Basalt-lavaer har en tendens til å produsere lavprofilskjoldvulkaner eller flombasalter, fordi væskelavaen strømmer over lange avstander fra ventilasjonen. Tykkelsen på en basalt-lava, spesielt i en lav skråning, kan være mye større enn tykkelsen på den flytende lavastrømmen til enhver tid, fordi basalt-lava kan «blåses opp» ved tilførsel av lava under en størknet skorpe. De fleste basaltlavaer er av ʻAʻā eller pāhoehoe-typer, snarere enn blokkeringslavaer. Under vann kan de danne pudelavaer, som ligner ganske mye på pahoehoe-lava på land.

Ultramafisk lava

Ultramafisk lava, slik som komatiitt og høy magnesisk magma som danner boninitt, tar sammensetningen og temperaturene til utbrudd til det ytterste. Alle har et silisiuminnhold under 45%. Komatiitter inneholder over 18% magnesiumoksid, og antas å ha brutt ut ved temperaturer på 1600 ° C (2910 ° F). Ved denne temperaturen er det praktisk talt ingen polymerisering av mineralforbindelsene, noe som skaper en meget mobil væske. Det antas at viskositetene til komatiite magmas har vært så lave som 100 til 1000 cP, i likhet med den for lett motorolje. De fleste ultramafiske lavaene er ikke yngre enn proterozoikumet, med noen få ultramafiske magmaer kjent fra fenerozoikumet i Mellom-Amerika som tilskrives en varm kappe. Ingen moderne komatiite-lavaer er kjent, da jordens kappe har avkjølt for mye til å produsere magnesiske magmas.

Akaline lavas

Noen silisium-lavaer har et forhøyet innhold av alkalimetalloksider (natrium og kalium), spesielt i regioner med kontinentalspredning, områder som ligger over dypt subdukserte plater, eller ved intraplate hotspots. Deres silisiuminnhold kan variere fra ultramafisk (nefelinitter, basanitter og tefritter) til felsic (trachytter). generert på større dybder i kappen enn subalkaliske magmas. Olivin nefelinitt-lava er både ultramafisk og svært alkalisk, og antas å ha kommet langt dypere i jordens kappe enn andre lavaer.

Ikke-silikanske lavaer

Noen lavaer med uvanlig sammensetning har brutt ut på jordoverflaten. Disse inkluderer:

• Karbonatitt- og natrokarbonatittlava er kjent fra vulkanen Ol Doinyo Lengai i Tanzania, som er vulkanen eneste eksempel på en aktiv karbonatitt vol kano. Karbonatitter i geologisk rekord er typisk 75% karbonatmineraler, med mindre mengder silisiumundermettede silikatmineraler (som micas og olivin), apatitt, magnetitt og pyroklor. Dette gjenspeiler kanskje ikke den opprinnelige sammensetningen av lava, som kan ha inkludert natriumkarbonat som senere ble fjernet av hydrotermisk aktivitet, selv om laboratorieforsøk viser at en kalsittrik magma er mulig. Karbonatitt-lava viser stabile isotopforhold som indikerer at de er avledet fra de svært alkaliske kiselavene som de alltid er forbundet med, sannsynligvis ved separasjon av en ublandbar fase. Natrocarbonatite lavas av Ol Doinyo Lengai består hovedsakelig av natriumkarbonat, med omtrent halvparten så mye kalsiumkarbonat og halvparten igjen så mye kaliumkarbonat, og mindre mengder halogenider, fluorider og sulfater. Lavaene er ekstremt flytende, med viskositet bare litt større enn vann, og er veldig kule, med målte temperaturer på 491 til 544 ° C (916 til 1011 ° F).
• Jernoksyd-lavas antas å være kilden til jernmalmen i Kiruna, Sverige som dannet seg under proterozoikumet. Jernoksyd-lava av pliocenalder forekommer ved vulkankomplekset El Laco ved grensen mellom Chile og Argentina. Jernoksyd-lavas antas å være et resultat av blandbar separasjon av jernoksidmagma fra foreldrenes magma med kalkalkalisk eller alkalisk sammensetning.
• Svovellavastrømmer opp til 250 meter (820 fot) lange og 10 meter (33 fot) brede forekommer ved vulkanen Lastarria, Chile. De ble dannet ved smelting av svovelavsetninger ved temperaturer så lave som 113 ° C (235 ° F).

Uttrykket «lava» kan også brukes til å referere til smeltede «isblandinger» i utbrudd på de isete satellittene i solsystemets gassgiganter. (Se kryovulkanisme).

Reologi

Oppførselen til lavastrømmer bestemmes for det meste av lavas viskositet. Mens temperaturer i vanlige silikatlavaer varierer fra ca. 800 ° C (1.470 ° F) for felsisk lava til 1.200 ° C (2.190 ° F) for mafisk lava, varierer viskositeten til de samme lavene over syv størrelsesordener, fra 104 cP for mafic lava til 1011 cP for felsic magmas. Viskositeten er bestemmes hovedsakelig av sammensetning, men er også avhengig av temperaturen. Tendensen for at felsisk lava er kjøligere enn mafisk lava øker viskositetsforskjellen.

Lavaviskositet bestemmer typen vulkansk aktivitet som finner sted når t han lava brister ut. Jo større viskositet, jo større er tendensen til at utbrudd er eksplosive snarere enn effusive. Som et resultat består de fleste lavastrømmer på jorden, Mars og Venus av basalt lava. På jorden er 90% av lavastrømmene mafiske eller ultramafiske, mens mellomlava utgjør 8% av strømningene og felsisk lava utgjør bare 2% av strømningene. Viskositeten bestemmer også strømningsaspektet (tykkelse i forhold til lateral utstrekning), hastigheten med hvilken strømmer beveger seg, og overflatekarakteren til strømningene.

Når de bryter ut kraftig, sprenges svært tyktflytende lava nesten utelukkende som strømmer eller kupler med høyt aspekt. Strømninger har form av blokk lava i stedet for ʻaʻā eller pāhoehoe. Obsidianstrømmer er vanlige. Mellomliggende lava har en tendens til å danne bratte stratovulkaner, med vekslende lavasenger fra effusive utbrudd og tephra fra eksplosive utbrudd. Mafiske lavaer danner relativt tynne strømmer som kan bevege seg store avstander, og danner skjoldvulkaner med veldig milde skråninger.

De fleste lavaer inneholder faste krystaller av forskjellige mineraler, fragmenter av eksotiske bergarter kjent som fremmedfugler og fragmenter av tidligere størknet lava. Krystallinnholdet i de fleste lavaer gir dem tiksotrope og skjærfortynnende egenskaper. Med andre ord oppfører de fleste lava seg ikke som newtonske væsker, der strømningshastigheten er proporsjonal med skjærspenningen. I stedet er en typisk lava en Bingham-væske, som viser betydelig motstand mot å strømme til en spenningsterskel, kalt flydespenning, krysses. Dette resulterer i pluggstrøm av delvis krystallinsk lava. Et kjent eksempel på pluggstrøm er tannkrem som presses ut av et tannkremslange. Tannkremen kommer ut som en halvfast plugg, fordi skjær konsentreres i et tynt lag i tannkremen ved siden av røret, og bare her oppfører tannkremen seg som en væske. Tiksotrop oppførsel hindrer også krystaller i å sette seg ut av lavaen. Når krystallinnholdet når omtrent 60%, slutter lava å oppføre seg som en væske og begynner å oppføre seg som et fast stoff. En slik blanding av krystaller med smeltet stein blir noen ganger beskrevet som crystal mush.

Lavastrømningshastighetene varierer hovedsakelig basert på viskositet og helning. Generelt strømmer lava sakte, med typiske hastigheter på 0,40 km / t og maksimale hastigheter på 6 til 30 mph (9,7 til 48,3 km / t) i bratte bakker. En eksepsjonell hastighet på 32 til 97 km / t ble registrert etter sammenbruddet av en lavasjø ved Nyiragongo-fjellet. Skaleringsforholdet for lava er at gjennomsnittshastigheten til en flyt skalerer som kvadratet av tykkelsen delt på viskositeten. Dette innebærer at en rhyolittstrøm må være ~ 1000 × så tykk som en basaltstrøm for å strømme med samme hastighet.

Termisk

Lavas varierer i temperatur fra ca 800 ° C (1.470 ° F) til 1200 ° C (2.190 ° F). Dette ligner på de varmeste temperaturene som kan oppnås med en forfalsket luftkolesmedie. En lava er mest flytende når den først brøt ut, og blir mye mer tyktflytende når temperaturen synker.

Lavastrømmer utvikler raskt en isolerende skorpe av fast berg, som et resultat av strålende tap av varme. Deretter avkjøles lavaen ved veldig langsom ledning av varme gjennom den steinete skorpen. Geologer fra USAs geologiske undersøkelse bores regelmessig inn i Kilauea Iki lavasjø, dannet i et utbrudd i 1959. Innsjøen var omtrent 100 m dyp. Etter tre år var den faste overflateskorpen, hvis base hadde en temperatur på 1.065 ° C (1.949 ° F), stille Jeg er bare 14 m tykk. Restvæske var fremdeles tilstede på dybder på rundt 80 m (260 fot) nitten år etter utbruddet.

Kjøling av lavastrømmer krymper, og dette resulterer i brudd på strømmen. I basaltstrømmer produserer dette et karakteristisk mønster for brudd. De øverste delene av strømningen viser uregelmessige nedadgående sprøyter, mens den nedre delen av strømmen viser et veldig regelmessig mønster av brudd som bryter strømmen i fem- eller sekssidige kolonner. Den uregelmessige øvre delen av den størkne strømmen kalles entablaturen, mens den nedre delen som viser søylefuger kalles kollonaden. Vilkårene er lånt fra gresk tempelarkitektur. Likeledes blir vanlige vertikale mønstre på sidene av kolonnene, produsert ved avkjøling med periodisk brudd, beskrevet som meiselmerker. Dette er naturlige trekk fremkalt av fysikken med kjøling, termisk sammentrekning og brudd.

Når lavaen avkjøles, krystalliserer den innover fra grensene, blir gasser utvist fra lavaen for å danne vesikler ved nedre og øvre grenser. . Disse er beskrevet som rørstamvesikler eller rørstamamygdaler. Væsker som blir utvist fra kjølekrystallgrøten stiger oppover i det fortsatt flytende sentrum av kjølevæsken og produserer vertikale vesikelsylindere. Der disse smelter sammen mot toppen av strømningen, dannes ark av vesikulær basalt som noen ganger er dekket med gasshulrom. Disse er noen ganger fylt med sekundære mineraler. De vakre ametistgeodene som er funnet i flombasaltene i Sør-Amerika, dannet på denne måten.

Flombasalter opplever vanligvis lite krystallisering før de har sluttet å strømme, og som et resultat er flytteksturer uvanlige i mindre silisiumstrømmer. . På den annen side er strømningsbånd vanlig i felsiske strømmer.