Lava (Português)

Composição

A composição de quase todas as lava da crosta terrestre é dominada por minerais de silicato: principalmente feldspatos, feldspatóides, olivina, piroxênios, anfibólios, micas e quartzo. Lavas não-silicatadas raras podem se formar pela fusão local de depósitos minerais não-silicatados ou pela separação de um magma em fases separadas de silicato imiscível e líquido não-silicatado.

Lavas de silicato

Lavas de silicato são misturas fundidas dominado por oxigênio e silício, os elementos químicos mais abundantes da Terra, com quantidades menores de alumínio, cálcio, magnésio, ferro, sódio e potássio, e quantidades menores de muitos outros elementos. Os petrólogos rotineiramente expressam a composição de uma lava de silicato em termos do peso ou fração da massa molar dos óxidos dos elementos principais (exceto oxigênio) presentes na lava.

O comportamento físico dos magmas de silicato é dominado pelo componente de sílica. Os íons de silício na lava se ligam fortemente a quatro íons de oxigênio em um arranjo tetraédrico. Se um íon de oxigênio está ligado a dois íons de silício na fusão, ele é descrito como um oxigênio em ponte, e a lava com muitos aglomerados ou cadeias de íons de silício conectadas por íons de oxigênio em ponte é descrita como parcialmente polimerizada. O alumínio em combinação com óxidos de metais alcalinos (sódio e potássio) também tende a polimerizar a lava. Outros cátions, como ferro ferroso, cálcio e magnésio, ligam-se muito mais fracamente ao oxigênio e reduzem a tendência à polimerização. A polimerização parcial torna a lava viscosa, então a lava com alto teor de sílica é muito mais viscosa do que a lava com baixo teor de sílica.

Por causa do papel da sílica na determinação da viscosidade e porque muitas outras propriedades de uma lava (como sua temperatura) correlacionam-se com o conteúdo de sílica, as lavas de silicato são divididas em quatro tipos químicos com base no conteúdo de sílica: félsica, intermediária, máfica e ultramáfica.

Lava félsica

Félsica ou lavas silícicas têm um teor de sílica superior a 63%. Eles incluem lavas de riolito e dacito. Com um conteúdo de sílica tão alto, essas lavas são extremamente viscosas, variando de 108 cP para lava de riolito quente a 1.200 ° C (2.190 ° F) a 1011 cP para lava de riolito fria a 800 ° C (1.470 ° F). Para comparação, a água tem uma viscosidade de cerca de 1 cP. Por causa dessa viscosidade muito alta, as lavas félsicas geralmente explodem de forma explosiva para produzir depósitos piroclásticos (fragmentários). No entanto, as lavas de riolito ocasionalmente irrompem efusivamente para formar espinhos de lava, domos de lava ou “coulees” (que são fluxos de lava curtos e espessos). As lavas normalmente se fragmentam à medida que extrudem, produzindo fluxos de lava em blocos. Estes geralmente contêm obsidiana.

Magmas félsicos podem irromper em temperaturas tão baixas quanto 800 ° C (1.470 ° F). Excepcionalmente quentes (> 950 ° C; > 1.740 ° F) lavas de riolito, no entanto, podem fluir por distâncias de muitas dezenas de quilômetros, como na planície do rio Snake, no noroeste dos Estados Unidos.

Lava intermediária

Lavas intermediárias ou andesíticas contêm 52% a 63% de sílica e são mais baixas em alumínio e geralmente um pouco mais ricas em magnésio e ferro do que lavas félsicas. As lavas intermediárias formam cúpulas de andesito e lavas em bloco e podem ocorrer em vulcões compostos íngremes, como nos Andes. Eles também são comumente mais quentes, na faixa de 850 a 1.100 ° C (1.560 a 2.010 ° F)). Por causa de seu menor conteúdo de sílica e temperaturas eruptivas mais altas, eles tendem a ser muito menos viscosos, com uma viscosidade típica de 3,5 × 106 cP a 1.200 ° C (2.190 ° F). Isso é ligeiramente maior do que a viscosidade da manteiga de amendoim lisa. As lavas intermediárias mostram uma tendência maior de formar fenocristais, ferro e magnésio superiores tendem a se manifestar como uma massa fundamental mais escura, incluindo fenocristais de anfibólio ou piroxênio.

Lava máfica

Lavas máficas ou basálticas têm um conteúdo de sílica de 52% a 45%. Eles são caracterizados por seu alto conteúdo ferromagnesiano e geralmente explodem em temperaturas de 1.100 a 1.200 ° C (2.010 a 2.190 ° F). As viscosidades podem ser relativamente baixas, em torno de 104 a 105 cP, embora ainda sejam muitas ordens de magnitude mais altas do que a água. Essa viscosidade é semelhante à do ketchup. As lavas de basalto tendem a produzir vulcões escudos de baixo perfil ou basaltos de inundação, porque a lava fluidal flui por longas distâncias a partir da abertura. A espessura de uma lava basáltica, particularmente em uma encosta baixa, pode ser muito maior do que a espessura do fluxo de lava em movimento em qualquer momento, porque as lavas basálticas podem “inflar” pelo fornecimento de lava abaixo de uma crosta solidificada. A maioria das lavas basálticas são do tipo ʻAā ou pāhoehoe, em vez de lavas em bloco. Debaixo dágua, eles podem formar lavas tipo almofada, que são bastante semelhantes às lavas pahoehoe do tipo entrail na terra.

Lava ultramáfica

Lavas ultramáficas, como komatiita e magmas altamente magnesianos que formam a boninita, levam a composição e as temperaturas das erupções ao extremo. Todos têm um teor de sílica inferior a 45%. Os komatiitas contêm mais de 18% de óxido de magnésio e acredita-se que tenham entrado em erupção a temperaturas de 1.600 ° C (2.910 ° F). Nessa temperatura, praticamente não há polimerização dos compostos minerais, criando um líquido altamente móvel. Acredita-se que as viscosidades dos magmas komatiíta sejam tão baixas quanto 100 a 1000 cP, semelhante à do óleo leve de motor. A maioria das lavas ultramáficas não são mais jovens do que o Proterozóico, com alguns magmas ultramáficos conhecidos do Fanerozóico na América Central que são atribuídos a uma pluma de manto quente. Nenhuma lavas komatiita moderna é conhecida, pois o manto terrestre esfriou muito para produzir magmas altamente magnesianos.

Lavas Akaline

Algumas lavas silícicas têm um alto teor de óxidos de metais alcalinos (sódio e potássio), especialmente em regiões de rachadura continental, áreas sobrepostas a placas profundamente subduzidas ou em pontos quentes intraplaca. Seu conteúdo de sílica pode variar de ultramáfico (nefelinitos, basanitos e tefritas) a félsicos (traquitos). Eles têm maior probabilidade de ser geradas em maiores profundidades no manto do que magmas subalcalinos. Lavas de nefelinita de olivina são ultramáficas e altamente alcalinas e acredita-se que tenham vindo de muito mais fundo no manto da Terra do que outras lavas.

Lavas não silícicas

Algumas lavas de composição incomum entraram em erupção na superfície da Terra. Elas incluem:

• Lavas de carbonatita e natrocarbonatita são conhecidas do vulcão Ol Doinyo Lengai na Tanzânia, que é o único exemplo de um carbonatito ativo vol cano. Carbonatitos no registro geológico são tipicamente 75% de minerais carbonáticos, com menores quantidades de minerais silicatados subsaturados em sílica (como micas e olivina), apatita, magnetita e pirocloro. Isso pode não refletir a composição original da lava, que pode ter incluído carbonato de sódio que foi subsequentemente removido por atividade hidrotérmica, embora experimentos de laboratório mostrem que um magma rico em calcita é possível. As lavas carbonatíticas apresentam razões de isótopos estáveis, indicando que são derivadas das lavas silícicas altamente alcalinas com as quais estão sempre associadas, provavelmente por separação de uma fase imiscível. As lavas de natrocarbonatita de Ol Doinyo Lengai são compostas principalmente de carbonato de sódio, com cerca de metade do carbonato de cálcio e metade do carbonato de potássio, e pequenas quantidades de haletos, fluoretos e sulfatos. As lavas são extremamente fluidas, com viscosidades apenas ligeiramente superiores às da água, e muito frias, com temperaturas medidas de 491 a 544 ° C (916 a 1.011 ° F).
• Acredita-se que as lavas de óxido de ferro sejam a fonte do minério de ferro em Kiruna, na Suécia, que se formou durante o Proterozóico. Lavas de óxido de ferro da idade do Plioceno ocorrem no complexo vulcânico El Laco, na fronteira do Chile com a Argentina. Acredita-se que as lavas de óxido de ferro sejam o resultado da separação imiscível do magma de óxido de ferro de um magma parental de composição cálcio-alcalina ou alcalina.
• Os fluxos de lava de enxofre de até 250 metros (820 pés) de comprimento e 10 metros (33 pés) de largura ocorrem no vulcão Lastarria, no Chile. Eles foram formados pela fusão de depósitos de enxofre em temperaturas tão baixas quanto 113 ° C (235 ° F).

O termo “lava” também pode ser usado para se referir a “misturas de gelo” derretidas em erupções nos satélites gelados dos gigantes gasosos do Sistema Solar. (Consulte crioovulcanismo).

Reologia

O comportamento dos fluxos de lava é determinado principalmente pela viscosidade da lava. Enquanto as temperaturas em lavas de silicato comuns variam de cerca de 800 ° C (1.470 ° F) para lavas félsicas a 1.200 ° C (2.190 ° F) para lavas máficas, a viscosidade das mesmas lavas varia mais de sete ordens de magnitude, de 104 cP para lava máfica a 1011 cP para magmas félsicos. A viscosidade é principalmente determinado pela composição, mas também depende da temperatura. A tendência da lava félsica ser mais fria do que a lava máfica aumenta a diferença de viscosidade.

A viscosidade da lava determina o tipo de atividade vulcânica que ocorre quando t A lava está em erupção. Quanto maior a viscosidade, maior a tendência de as erupções serem explosivas em vez de efusivas. Como resultado, a maioria dos fluxos de lava na Terra, Marte e Vênus são compostos de lava basáltica. Na Terra, 90% dos fluxos de lava são máficos ou ultramáficos, com a lava intermediária constituindo 8% dos fluxos e a lava félsica representando apenas 2% dos fluxos. A viscosidade também determina o aspecto (espessura em relação à extensão lateral) dos fluxos, a velocidade com que os fluxos se movem e o caráter superficial dos fluxos.

Quando explodem efusivamente, as lavas altamente viscosas explodem quase exclusivamente como fluxos ou cúpulas de alto aspecto. Os fluxos assumem a forma de blocos de lava, em vez de ʻaʻā ou pāhoehoe. Os fluxos de obsidiana são comuns. As lavas intermediárias tendem a formar estratovulcões íngremes, com leitos alternados de lava de erupções efusivas e tefras de erupções explosivas. As lavas máficas formam fluxos relativamente finos que podem se mover por grandes distâncias, formando vulcões-escudo com encostas muito suaves.

A maioria das lavas contém cristais sólidos de vários minerais, fragmentos de rochas exóticas conhecidas como xenólitos e fragmentos de lava previamente solidificada. O conteúdo de cristal da maioria das lavas confere-lhes propriedades tixotrópicas e de diluição por cisalhamento. Em outras palavras, a maioria das lavas não se comporta como fluidos newtonianos, nos quais a taxa de fluxo é proporcional à tensão de cisalhamento. Em vez disso, uma lava típica é um fluido Bingham, que mostra considerável resistência ao fluxo até que um limite de tensão, chamado de tensão de escoamento, seja ultrapassado. Isso resulta em um fluxo em tampão de lava parcialmente cristalina. Um exemplo familiar de fluxo em pistão é a pasta de dente espremida de um tubo de pasta de dente. O creme dental sai como um tampão semissólido, porque o cisalhamento está concentrado em uma camada fina no creme dental próximo ao tubo, e somente aqui o creme dental se comporta como um fluido. O comportamento tixotrópico também impede que os cristais se assentem na lava. Quando o conteúdo do cristal atinge cerca de 60%, a lava deixa de se comportar como um fluido e começa a se comportar como um sólido. Essa mistura de cristais com rocha derretida às vezes é descrita como pasta de cristal.

As velocidades do fluxo de lava variam com base principalmente na viscosidade e na inclinação. Em geral, a lava flui lentamente, com velocidades típicas de 0,25 mph (0,40 km / h) e velocidades máximas de 6 a 30 mph (9,7 a 48,3 km / h) em encostas íngremes. Uma velocidade excepcional de 20 a 60 mph (32 a 97 km / h) foi registrada após o colapso de um lago de lava no Monte Nyiragongo. A relação de escala para lavas é que a velocidade média de uma escala de fluxo é o quadrado de sua espessura dividido por sua viscosidade. Isso implica que um fluxo de riolito teria que ser ~ 1000 × tão espesso quanto um fluxo de basalto para fluir a uma velocidade semelhante.

Térmico

Lavas variam em temperatura de cerca de 800 ° C (1.470 ° F) a 1.200 ° C (2.190 ° F). Isso é semelhante às temperaturas mais altas alcançáveis com uma forja de carvão de ar forçado. A lava é mais fluida quando entrou em erupção, tornando-se muito mais viscosa à medida que sua temperatura cai.

Os fluxos de lava rapidamente desenvolvem uma crosta isolante de rocha sólida, como resultado da perda radiativa de calor. Depois disso, a lava esfria por condução muito lenta de calor através da crosta rochosa. Geólogos do Serviço Geológico dos Estados Unidos regularmente perfuravam o Kilauea Iki lago de lava, formado em uma erupção em 1959. O lago tinha cerca de 100 m (330 pés) de profundidade. Após três anos, a crosta de superfície sólida, cuja base estava a uma temperatura de 1.065 ° C (1.949 ° F), ainda estava l apenas 14 m (46 pés) de espessura. O líquido residual ainda estava presente em profundidades de cerca de 80 m (260 pés) dezenove anos após a erupção.

Os fluxos de lava de resfriamento diminuem, e isso resulta na fratura do fluxo. Em fluxos de basalto, isso produz um padrão característico de fraturas. As partes superiores do fluxo mostram fraturas irregulares que se estendem para baixo, enquanto a parte inferior do fluxo mostra um padrão muito regular de fraturas que quebram o fluxo em colunas de cinco ou seis lados. A parte superior irregular do fluxo solidificado é chamada de entablamento, enquanto a parte inferior que mostra a junção colunar é chamada de colônada. Os termos são emprestados da arquitetura do templo grego. Da mesma forma, padrões verticais regulares nas laterais das colunas, produzidos por resfriamento com fraturamento periódico, são descritos como marcas de cinzel. Essas são características naturais produzidas pela física de resfriamento, contração térmica e fraturamento.

Conforme a lava esfria, cristalizando-se para dentro de seus limites, os gases são expelidos da lava para formar vesículas nos limites inferior e superior . Estas são descritas como vesículas de haste de tubo ou amígdalas de haste de tubo. Os líquidos expelidos da massa de cristal de resfriamento sobem para o centro ainda fluido do fluxo de resfriamento e produzem cilindros vesiculares verticais. Onde estes se fundem em direção ao topo do fluxo, camadas de basalto vesicular são formadas que às vezes são tampadas com cavidades de gás. Às vezes, eles estão cheios de minerais secundários. Os belos geodos de ametista encontrados nos basaltos de inundação da América do Sul formaram-se desta maneira.

Basaltos de inundação normalmente experimentam pouca cristalização antes de parar de fluir e, como resultado, texturas de fluxo são incomuns em fluxos menos silícicos . Por outro lado, a faixa de fluxo é comum em fluxos félsicos.