Skała magmowa

Skały magmowe są klasyfikowane według trybu występowania, tekstury, mineralogii, składu chemicznego i geometrii ciało magmowe.

Klasyfikacja wielu typów skał magmowych może dostarczyć ważnych informacji o warunkach, w których powstały. Dwie ważne zmienne używane do klasyfikacji skał magmowych to wielkość cząstek, która w dużej mierze zależy od historii stygnięcia oraz składu mineralnego skały. Skaleń, kwarc lub skaleń, oliwiny, pirokseny, amfibole i miki są ważnymi minerałami w tworzeniu prawie wszystkich skał magmowych i są one podstawą klasyfikacji tych skał. Wszystkie inne obecne minerały są uważane za nieistotne w prawie wszystkich skałach magmowych i nazywane są minerałami dodatkowymi. Typy skał magmowych z innymi niezbędnymi minerałami są bardzo rzadkie, ale obejmują karbonatyty, które zawierają niezbędne węglany.

W uproszczonej klasyfikacji typy skał magmowych są rozdzielane na podstawie rodzaju występującego skalenia, obecności lub brak kwarcu, aw skałach bez skalenia lub kwarcu, rodzaj obecnych minerałów żelaza lub magnezu. Skały zawierające kwarc (w składzie krzemionki) są przesycone krzemionką. Skały ze skaleniem są niewystarczająco nasycone krzemionką, ponieważ skalenie nie może współistnieć w stabilnym połączeniu z kwarcem.

Skały magmowe, które mają kryształy dostatecznie duże, aby można je było zobaczyć gołym okiem, nazywane są fanerytami; te z kryształami zbyt małymi, aby można je było zobaczyć, nazywane są aphanitami. Ogólnie rzecz biorąc, fantastyka implikuje natrętne pochodzenie; aphanityczny i ekstruzyjny.

Skała magmowa z większymi, wyraźnie dostrzegalnymi kryształami osadzonymi w drobnoziarnistej matrycy jest nazywana porfirem. Tekstura porfirytu rozwija się, gdy niektóre z kryształów osiągają znaczne rozmiary, zanim główna masa magmy skrystalizuje się jako drobnoziarnisty, jednorodny materiał.

Skały magmowe są klasyfikowane na podstawie tekstury i składu. Tekstura odnosi się do rozmiaru, kształtu i ułożenia ziaren mineralnych lub kryształów, z których składa się skała.

Tekstura

Tekstura jest ważnym kryterium nazywania skał wulkanicznych. Tekstura skał wulkanicznych, w tym rozmiar, kształt, orientacja i rozmieszczenie ziaren mineralnych oraz relacje międzyziarniste, określą, czy skała będzie nazywana tufem, lawą piroklastyczną czy zwykłą lawą. Jednak tekstura jest tylko podrzędną częścią klasyfikacji skał wulkanicznych, ponieważ najczęściej potrzebne są informacje chemiczne zebrane ze skał o wyjątkowo drobnoziarnistej masie naziemnej lub z tufów powietrznych, które mogą powstawać z popiołu wulkanicznego.

Kryteria teksturalne są mniej krytyczne przy klasyfikowaniu natrętnych skał, w których większość minerałów będzie widoczna gołym okiem lub przynajmniej przy użyciu ręcznej soczewki, lupy lub mikroskopu. Skały plutoniczne są również mniej zróżnicowane pod względem tekstury i mniej podatne na wykazywanie charakterystycznych tkanin strukturalnych. Terminy teksturalne mogą być używane do rozróżnienia różnych inwazyjnych faz dużych plutonów, na przykład obrzeża porfirytu do dużych ciał inwazyjnych, porfirowych stad i grobli podwulkanicznych. Do klasyfikacji skał plutonicznych najczęściej stosuje się klasyfikację mineralogiczną. Klasyfikacje chemiczne są preferowane do klasyfikowania skał wulkanicznych, z gatunkami fenokrystów używanymi jako przedrostkiem, np. „pikryt niosący oliwin” lub „ryolit ortoklazowo-firowy”.

Klasyfikacja mineralogiczna

IUGS zaleca klasyfikowanie skał magmowych według ich składu mineralnego, gdy tylko jest to możliwe. Jest to proste w przypadku gruboziarnistych inwazyjnych skał magmowych, ale może wymagać zbadania cienkich skrawków pod mikroskopem pod kątem drobnoziarnistej skały wulkanicznej i może być niemożliwe w przypadku szklistej skały wulkanicznej. Następnie skałę należy sklasyfikować chemicznie.

Klasyfikacja mineralogiczna skały inwazyjnej rozpoczyna się od określenia, czy skała jest ultramaficem, karbonatytem czy lamprofirem.Skała ultramafic zawiera ponad 90% minerałów bogatych w żelazo i magnez, takich jak hornblenda, piroksen czy oliwin, a takie skały mają swój własny schemat klasyfikacji. Podobnie skały zawierające ponad 50% minerałów węglanowych są klasyfikowane jako karbonatyty, a lamprofiry to rzadkie skały ultrapotasyczne. Oba są dalej klasyfikowane w oparciu o szczegółową mineralogię.

W większości przypadków skała ma bardziej typowy skład mineralny, ze znacznymi ilościami kwarcu, skaleni lub skaleni. Klasyfikacja opiera się na odsetku kwarcu, skalenia alkalicznego, plagioklazu i skalenia w całkowitej frakcji skały złożonej z tych minerałów, pomijając wszystkie inne obecne minerały. Te wartości procentowe umieszczają skałę gdzieś na diagramie QAPF, który często natychmiast określa rodzaj skały. W kilku przypadkach, takich jak pole diorytu-gabro-anortytu, należy zastosować dodatkowe kryteria mineralogiczne w celu określenia ostatecznej klasyfikacji.

Tam, gdzie można określić mineralogię skały wulkanicznej, klasyfikuje się ją za pomocą ta sama procedura, ale ze zmodyfikowanym diagramem QAPF, którego pola odpowiadają typom skał wulkanicznych.

Klasyfikacja chemiczna i petrologia

Gdy klasyfikacja skały wulkanicznej na podstawie mineralogii jest niepraktyczna, skała musi zostać sklasyfikowana chemicznie.

Istnieje stosunkowo niewiele minerałów, które są ważne w tworzenie się pospolitych skał magmowych, ponieważ magma, z której krystalizują się minerały, jest bogata tylko w niektóre pierwiastki: krzemionkę n, tlen, glin, sód, potas, wapń, żelazo i magnez. Są to pierwiastki, które łączą się w minerały krzemianowe, które stanowią ponad dziewięćdziesiąt procent wszystkich skał magmowych. Chemia skał magmowych jest wyrażana inaczej w przypadku pierwiastków głównych i mniejszych oraz pierwiastków śladowych. Zawartość głównych i mniejszych pierwiastków jest umownie wyrażana jako procent wagowy tlenków (np. 51% SiO2 i 1,50% TiO2). Obfitości pierwiastków śladowych konwencjonalnie wyraża się jako części na milion wagowo (np. 420 ppm Ni i 5,1 ppm Sm). Termin „pierwiastek śladowy” jest zwykle używany w odniesieniu do pierwiastków obecnych w większości skał w ilości mniejszej niż 100 ppm lub więcej, ale niektóre pierwiastki śladowe mogą być obecne w niektórych skałach w ilości przekraczającej 1000 ppm. Różnorodność składu skał została określona przez ogromną masę danych analitycznych – ponad 230 000 analiz skał jest dostępnych w Internecie za pośrednictwem witryny sponsorowanej przez amerykańską National Science Foundation (patrz: łącze zewnętrzne do EarthChem).

Najważniejszym pojedynczym składnikiem jest krzemionka, SiO2, występująca w postaci kwarcu lub w połączeniu z innymi tlenkami, takimi jak skalenie lub inne minerały. Skały inwazyjne i wulkaniczne są pogrupowane chemicznie według całkowitej zawartości krzemionki w szerokie kategorie.

• Skały felsowe mają najwyższą zawartość krzemionki i składają się głównie z minerałów felsicznych, kwarcu i skalenia. Te skały (granit, ryolit) są zwykle jasne i mają stosunkowo małą gęstość.
• Skały pośrednie mają umiarkowaną zawartość krzemionki i składają się głównie ze skaleni. Skały te (dioryt, andezyt) są zazwyczaj ciemniejsze niż skały feliowe i nieco bardziej gęste.
• Skały mafijne mają stosunkowo niską zawartość krzemionki i składają się głównie z piroksenów, oliwinów i wapiennych plagioklazów. Te skały (bazalt, gabro) są zwykle ciemne i mają większą gęstość niż skały felsyczne.
• Skały ultramafic mają bardzo niską zawartość krzemionki, z ponad 90% minerałów maficznych (komatiite, dunite).

Tę klasyfikację podsumowano w poniższej tabeli:

	Kompozycja
Sposób występowania	Felsic (> 63% SiO2)	Średnio zaawansowany (52% do 63% SiO2)	Mafic (45% do 52% SiO2)	Ultramafic (< 45% SiO2)
Natrętny	Granit	Diorite	Gabbro	Peridotite
Extrusive	Rhyolit	Andezyt	Bazalt	Komatiite

Procent tlenków metali alkalicznych (Na2O plus K2O) ustępuje tylko krzemionce pod względem znaczenia w klasyfikacji chemicznej skała wulkaniczna.Procenty krzemionki i tlenków metali alkalicznych są używane do umieszczania skał wulkanicznych na diagramie TAS, co jest wystarczające do natychmiastowego sklasyfikowania większości skał wulkanicznych. Skały na niektórych polach, takich jak pole trachyandezytów, są dalej klasyfikowane według stosunku potasu do sodu (tak, że trachyandezyty potasowe są latytami, a trachyandezyty sodowe są benmoreitami). Niektóre z bardziej maficznych pól są dalej dzielone lub definiowane przez mineralogię normatywną, w której wyidealizowany skład mineralny jest obliczany dla skały na podstawie jej składu chemicznego. Na przykład, basanit różni się od tefrytu wysoką zawartością oliwinu normatywnego.

Inne udoskonalenia podstawowej klasyfikacji TAS obejmują:

W starszej terminologii przesycone skały krzemionkowe nazywano krzemionkami lub kwaśny, w którym SiO2 był większy niż 66%, a do większości krzemionek zastosowano określenie rodziny kwarcylitu. Skaleń normatywny klasyfikuje skałę jako nienasyconą krzemionką; przykładem jest nephelinite.

Magmy są dalej podzielone na trzy serie:

• Szeregi toleityczne – andezyty bazaltowe i andezyty.
• Szeregi wapniowo-alkaliczne – andezyty.
• Szeregi alkaliczne – podgrupy zasadowych zasad i rzadkich, bardzo bogatych w potas (tj. szoszonitowych) law.

Szereg alkaliczny różni się od pozostałych dwóch na wykresie TAS, ponieważ zawiera więcej tlenków alkalicznych ogółem dla daną zawartość krzemionki, ale szeregi tholeiitic i calc-alkalic zajmują w przybliżeniu tę samą część wykresu TAS. Rozróżnia się je poprzez porównanie całkowitej zawartości alkaliów z zawartością żelaza i magnezu.

Te trzy serie magmy występują w różnych warunkach tektonicznych płyt. Skały tholeickie serii magmy znajdują się na przykład na grzbietach śródoceanicznych, basenach z łukiem wstecznym, wyspach oceanicznych utworzonych przez hotspoty, łuki wysp i dużych kontynentalnych prowincji magmowych.

Wszystkie trzy serie znajdują się stosunkowo blisko bliskość siebie w strefach subdukcji, gdzie ich rozkład jest związany z głębokością i wiekiem strefy subdukcji. Seria toleityczna magmy jest dobrze reprezentowana powyżej młodych stref subdukcji utworzonych przez magmę ze stosunkowo płytkiej głębokości. Serie wapniowo-alkaliczne i alkaliczne są widoczne w dojrzałych strefach subdukcji i są związane z magmą o większych głębokościach. Andezyt i bazaltowy andezyt są najbardziej rozpowszechnionymi skałami wulkanicznymi w łuku wyspowym, co wskazuje na występowanie magm wapienno-alkalicznych. Niektóre łuki wysp rozłożyły serie wulkaniczne, jak widać w japońskim systemie łuków wyspowych, gdzie skały wulkaniczne zmieniają się z tholeiitu – wapniowo-alkalicznego – alkalicznego wraz ze wzrostem odległości od rowu.

Historia klasyfikacji

Niektóre nazwy skał magmowych pochodzą sprzed nowoczesnej ery geologii. Na przykład bazalt jako opis szczególnego składu skały pochodzącej z lawy pochodzi od Georgiusa Agricoli w 1546 roku w jego pracy De Natura Fossilium. Słowo granit sięga co najmniej lat czterdziestych XVII wieku i pochodzi od francuskiego granitu lub włoskiego granitu, co oznacza po prostu „granulowaną skałę”. Termin ryolit został wprowadzony w 1860 r. Przez niemieckiego podróżnika i geologa Ferdinanda von Richthofena. Nazewnictwo nowych typów skał przyspieszyło w XIX wieku i osiągnęło szczyt na początku XX wieku.

Znaczna część wczesnej klasyfikacji skał magmowych oparto na wieku geologicznym i występowaniu skał. Jednak w 1902 roku amerykańscy petrolodzy Charles Whitman Cross, Joseph P. Iddings, Louis V. Pirsson i Henry Stephens Washington zaproponowali odrzucenie wszystkich istniejących klasyfikacji skał magmowych i zastąpienie ich klasyfikacją „ilościową” opartą na analizie chemicznej. Pokazali, jak niejasna i często nienaukowa jest znaczna część istniejącej terminologii i argumentowali, że skoro skład chemiczny skały magmowej jest jej najbardziej podstawową cechą, należy ją wynieść na pierwszorzędne miejsce.

Geologiczne zjawisko, struktura, budowa mineralogiczna – dotychczas przyjęte kryteria rozróżniania gatunków skał – zostały zepchnięte na dalszy plan. Kompletną analizę skał należy najpierw zinterpretować w kategoriach minerałów tworzących skały, których można się spodziewać, gdy magma krystalizuje, np. Skalenie kwarcowe, oliwin, akermannit, skaleń, magnetyt, korund itp. Oraz skały są podzielone na grupy ściśle według względnego stosunku tych minerałów do siebie. Ten nowy schemat klasyfikacji wywołał sensację, ale został skrytykowany za brak użyteczności w badaniach terenowych, a schemat klasyfikacji został porzucony w latach 60.Jednak koncepcja mineralogii normatywnej przetrwała, a praca Crossa i jego współpracowników zainspirowała lawinę nowych schematów klasyfikacyjnych.

Wśród nich był schemat klasyfikacji MA Peacock, który podzielił skały magmowe na cztery serie. : szereg alkaliczny, alkaliczno-wapniowy, wapienno-alkaliczny i szereg wapniowy. Jego definicja szeregu alkaliów i termin Calc-alkali są nadal używane jako część szeroko stosowanej klasyfikacji Irvine-Barager, wraz z W.Q. Kennedyego.

Do 1958 roku istniało około 12 oddzielnych schematów klasyfikacji i co najmniej 1637 nazw typów skał. W tym roku Albert Streckeisen napisał artykuł przeglądowy na temat klasyfikacji skał magmowych, który ostatecznie doprowadził do utworzenia Podkomisji IUGG ds. Systematyki Skał Magmowych. Do 1989 r. uzgodniono jeden system klasyfikacji, który został następnie poprawiony w 2005 r. Liczba zalecanych nazw skał została zmniejszona do 316. Obejmowały one szereg nowych nazwy ogłoszone przez Podkomisję.