Lava (Svenska)

Komposition

Sammansättningen av nästan all jordskorpas lava domineras av silikatmineraler: mestadels fältspat, fältspatoider, olivin, pyroxener, amfiboler, micas och sällsynt icke-silikat lava kan bildas genom lokal smältning av icke-silikat mineralavlagringar eller genom separering av en magma i separata oblandbara silikat och icke-silikat vätskefaser.

Silikat lava

Silikat lava är smälta blandningar domineras av syre och kisel, är jordens vanligaste kemiska element, med mindre mängder aluminium, kalcium, magnesium, järn, natrium och kalium och mindre mängder av många andra element. Petrologer uttrycker rutinmässigt sammansättningen av en silikatlava i termer av vikten eller molmassan av oxiderna av de viktigaste elementen (andra än syre) som finns i lavan.

Det fysiska beteendet hos silikatmagas domineras. av kiseldioxidkomponenten. Kiseljoner i lava binder starkt till fyra syrejoner i ett tetraederarrangemang. Om en syrejon är bunden till två kiseljoner i smältan, beskrivs den som ett överbryggande syre, och lava med många klumpar eller kedjor av kiseljoner förbundna med överbryggande syrejoner beskrivs som delvis polymeriserad. Aluminium i kombination med alkalimetalloxider (natrium och kalium) tenderar också att polymerisera lavan. Andra katjoner, såsom järn, kalcium och magnesium, binder mycket svagare till syre och minskar tendensen att polymerisera. Partiell polymerisation gör lavan viskös, så lava med hög kiseldioxid är mycket mer viskös än lava med låg kiseldioxid.

På grund av kiseldioxidens roll vid bestämning av viskositet och på grund av att många andra egenskaper hos en lava (t.ex. dess temperatur) observeras att korrelera med kiseldioxidinnehåll, silikatlava delas in i fyra kemiska typer baserat på kiseldioxidinnehåll: felsic, intermediär, mafic och ultramafic.

Felsic lava

Felsic eller kisel-lava har en kiseldioxidhalt över 63%. De inkluderar rhyolit- och dacitlava. Med så hög kiselhalt är dessa lavor extremt viskösa, allt från 108 cP för het rhyolitlava vid 1200 ° C (2190 ° F) till 1011 cP för sval rhyolitlava vid 800 ° C (1470 ° F). För jämförelse har vatten en viskositet av cirka 1 cP. På grund av denna mycket höga viskositet bryter felsiska lavor vanligtvis explosivt ut för att producera pyroklastiska (fragmenterade) avlagringar. Emellertid bryter rhyolitlava ibland kraftigt ut för att bilda lavarygger, lavakupoler eller ”coulees” (som är tjocka, korta lavaströmmar). Lavorna fragmenteras vanligtvis när de strängsprutar, vilket ger block av lavaströmmar. Dessa innehåller ofta obsidian.

Felsiska magmas kan bryta ut vid temperaturer så låga som 800 ° C (1470 ° F). Ovanligt hett (> 950 ° C; > 1,740 ° F) rhyolitlava kan emellertid flyta på avstånd på många tiotals kilometer, som i Snake River Plain i nordvästra USA.

Mellanlig lava

Mellanliggande eller andesitisk lava innehåller 52% till 63% kiseldioxid och har lägre aluminium och vanligtvis något rikare i magnesium och järn än felsiska lavor. Mellanliggande lavor bildar kupolformar i andesiter och blockerar lavor och kan förekomma på branta kompositvulkaner, som i Anderna. De är också vanligtvis varmare, i intervallet 850 till 1100 ° C (1560 till 2010 ° F). På grund av deras lägre kiseldioxidhalt och högre utbrottstemperatur tenderar de att vara mycket mindre viskösa, med en typisk viskositet på 3,5 × 106 cP vid 1200 ° C (2190 ° F). Detta är något större än viskositeten hos slät jordnötssmör. Mellanliggande lavor visar en större tendens att bilda fenokristaller, Högre järn och magnesium tenderar att manifestera sig som en mörkare grundmassa, inklusive amfibol- eller pyroxenfenokryster.

Mafisk lava

Mafiska eller basaltiska lavor har en kiseldioxidhalt av 52% till 45%. De kännetecknas av sitt höga ferromagnesiska innehåll och bryter vanligtvis ut vid temperaturer från 1100 till 1200 ° C (2010 till 2190 ° F). Viskositeterna kan vara relativt låga, cirka 104 till 105 cP, även om detta fortfarande är många storleksordningar högre än vatten. Denna viskositet liknar ketchup. Basaltlava tenderar att producera lågprofilsköldvulkaner eller översvämningsbasalter, eftersom den flytande lavan flyter långa avstånd från ventilen. Tjockleken på en basaltlava, särskilt i en låg sluttning, kan vara mycket större än tjockleken på det rörliga lavaflödet vid något tillfälle, eftersom basaltlava kan ”blåsa upp” genom tillförsel av lava under en stelnad skorpa. De flesta basalt lavor är av ʻAʻā eller pāhoehoe typer, snarare än block lavor. Under vattnet kan de bilda kuddelavor, som liknar ganska pahoehoe-lava på land.

Ultramafisk lava

Ultramafisk lava, såsom komatiit och mycket magnesiska magmas som bildar boninit, tar utbrottets sammansättning och temperaturer till det yttersta. Alla har en kiseldioxidhalt under 45%. Komatiiter innehåller över 18% magnesiumoxid och antas ha brutit ut vid temperaturer på 1600 ° C (2910 ° F). Vid denna temperatur finns det praktiskt taget ingen polymerisation av mineralföreningarna, vilket skapar en mycket rörlig vätska. Viskositeter hos komatiite magmas tros ha varit så låga som 100 till 1000 cP, liknande den för lätt motorolja. De flesta ultramafiska lavor är inte yngre än proterozoikumet, med några ultramafiska magmas som är kända från fenerozoikumet i Centralamerika och som tillskrivs en het mantelplommon. Inga moderna komatiite-lavor är kända, eftersom jordens mantel har svalnat för mycket för att producera mycket magnesiska magmas.

Akalinlavaer

Vissa kiselavor har ett förhöjt innehåll av alkalimetalloxider (natrium och kalium), särskilt i regioner med kontinentalspridning, områden som ligger över djupt subducerade plattor, eller vid hotplattor inom plattan. Deras kiseldioxidinnehåll kan variera från ultramafisk (nefeliniter, basaniter och tefliter) till felsic (trakyter). Det är mer sannolikt att de är genereras på större djup i manteln än subalkaliska magmas. Olivin nefelinit lava är både ultramafisk och mycket alkalisk och anses ha kommit från mycket djupare i jordens mantel än andra lavor.

Nonsilic lavas

Några lavor av ovanlig sammansättning har sprungit ut på jordens yta. Dessa inkluderar:

• Karbonatit- och natrokarbonatitlava är kända från vulkanen Ol Doinyo Lengai i Tanzania, som är enda exemplet på en aktiv karbonatit vol kanot. Karbonatiter i det geologiska rekordet är vanligtvis 75% karbonatmineraler, med mindre mängder kiseldioxid-omättade silikatmineraler (såsom micas och olivin), apatit, magnetit och pyroklor. Detta speglar kanske inte den ursprungliga kompositionen av lavan, som kan ha inkluderat natriumkarbonat som därefter avlägsnades genom hydrotermisk aktivitet, även om laboratorieexperiment visar att en kalciumrik magma är möjlig. Karbonatitlava visar stabila isotopförhållanden som indikerar att de härrör från de mycket alkaliska kiselavorna som de alltid är förknippade med, troligen genom separering av en oblandbar fas. Natrokarbonatlava av Ol Doinyo Lengai består mestadels av natriumkarbonat, med ungefär hälften så mycket kalciumkarbonat och hälften igen så mycket kaliumkarbonat och mindre mängder halider, fluorider och sulfater. Lavorna är extremt flytande, med viskositeter bara något större än vatten och är väldigt svala, med uppmätta temperaturer på 491 till 544 ° C (916 till 1011 ° F).
• Järnoxidlava antas vara källan till järnmalmen i Kiruna, Sverige som bildades under proterozoiken. Järnoxidlavaer av pliosenåldern förekommer vid vulkankomplexet El Laco vid gränsen mellan Chile och Argentina. Järnoxidlava antas vara resultatet av en blandbar separation av järnoxidmagma från en föräldramagma med kalkkalisk eller alkalisk komposition.
• Svavellavaströmmar upp till 250 meter långa och 10 meter breda förekommer vid vulkanen Lastarria, Chile. De bildades genom smältning av svavelavlagringar vid temperaturer så låga som 113 ° C (235 ° F).

Termen ”lava” kan också användas för att hänvisa till smälta ”isblandningar” i utbrott på de isiga satelliterna i solsystemets gasjättar. (Se kryovolkanism).

Reologi

Lavaströmmarnas beteende bestäms mestadels av lavas viskositet. Temperaturer i vanliga silikatlavaer varierar från cirka 800 ° C (1470 ° F) för felsic lavas till 1200 ° C (2190 ° F) för mafic lavas, viskositeten för samma lava sträcker sig över sju storleksordningar, från 104 cP för mafic lava till 1011 cP för felsic magmas. Viskositeten är bestäms mest av komposition men är också beroende av temperaturen. Tendensen för att felsisk lava är kallare än mafisk lava ökar viskositetsskillnaden.

Lavaviskositet bestämmer vilken typ av vulkanaktivitet som äger rum när t han lava bröt ut. Ju större viskositet, desto större är tendensen för att utbrott är explosiva snarare än effusiva. Som ett resultat består de flesta lavaströmmar på jorden, Mars och Venus av basalt lava. På jorden är 90% av lavaströmmarna mafiska eller ultramafiska, med mellanliggande lava som utgör 8% av flödena och felsisk lava utgör bara 2% av flödena. Viskositeten bestämmer också flödets aspekt (tjocklek i förhållande till lateral utsträckning), hastigheten med vilken flöden rör sig och flödens ytkaraktär.

När de bryter ut kraftigt kommer högviskösa lavor nästan uteslutande som höga sidor eller kupoler. Flöden har formen av block lava snarare än ʻaʻā eller pāhoehoe. Obsidianflöden är vanliga. Mellanliggande lavor tenderar att bilda branta stratovulkaner, med omväxlande lavabäddar från effusiva utbrott och tefra från explosiva utbrott. Mafiska lavor bildar relativt tunna flöden som kan röra sig långa avstånd och bildar sköldvulkaner med mycket mjuka sluttningar.

De flesta lavor innehåller fasta kristaller av olika mineraler, fragment av exotiska bergarter kända som xenoliter och fragment av tidigare stelnad lava. Kristallinnehållet i de flesta lavor ger dem tixotropa och skjuvtunnande egenskaper. Med andra ord, de flesta lavor beter sig inte som newtonska vätskor, där flödeshastigheten är proportionell mot skjuvspänningen. Istället är en typisk lava en Bingham-vätska, som uppvisar en betydande flödesmotstånd tills en spänningströskel, kallad sträckgräns, korsas. Detta resulterar i pluggflöde av delvis kristallin lava. Ett välbekant exempel på pluggflöde är tandkräm som pressas ut ur ett tandkremsrör. Tandkrämen kommer ut som en halvfast plugg, eftersom skjuvning koncentreras i ett tunt lager i tandkrämen bredvid röret, och bara här beter tandkrämen sig som en vätska. Tixotropiskt beteende hindrar också kristaller från att sätta sig ur lavan. När kristallinnehållet når cirka 60% upphör lavan att bete sig som en vätska och börjar bete sig som ett fast ämne. En sådan blandning av kristaller med smält sten beskrivs ibland som kristallmos.

Lavaflödeshastigheter varierar främst beroende på viskositet och lutning. I allmänhet flyter lava långsamt, med typiska hastigheter på 0,40 km / h och maximala hastigheter på 6 till 30 km / h på branta sluttningar. En exceptionell hastighet på 20 till 60 mph (32 till 97 km / h) registrerades efter kollapsen av en lavasjö vid Mount Nyiragongo. Skalningsförhållandet för lava är att den genomsnittliga hastigheten för ett flöde skalas som kvadraten för dess tjocklek dividerat med dess viskositet. Detta innebär att ett rhyolitflöde måste vara ~ 1000 × så tjockt som ett basaltflöde för att flöda med samma hastighet.

Termiskt

Lavas temperaturintervall från cirka 800 ° C (1 470 ° F) till 1200 ° C (2190 ° F). Detta liknar de hetaste temperaturerna som kan uppnås med en forcerad luftkolsmedja. En lava är mest flytande när den först utbröt och blir mycket mer viskös när temperaturen sjunker.

Lavaströmmar utvecklar snabbt en isolerande skorpa av fast berg, som ett resultat av strålningsförlust av värme. Därefter svalnar lavan genom mycket långsam ledning av värme genom den steniga skorpan. Geologer från USA: s geologiska undersökning borras regelbundet in i Kilauea Iki lavasjön, som bildades vid ett utbrott 1959. Sjön var cirka 100 m djup. Efter tre år var den fasta ytskorpan, vars bas låg vid en temperatur av 1 065 ° C (1 949 ° F), still Jag är bara 14 m tjock. Restvätska var fortfarande närvarande på djup av cirka 80 m (260 ft) nitton år efter utbrottet.

Kylning av lavaströmmar krymper och detta resulterar i flödesbrott. I basaltflöden producerar detta ett karakteristiskt mönster av frakturer. De översta delarna av flödet visar oregelbundna sprickor nedåt, medan flödets nedre del visar ett mycket regelbundet mönster av sprickor som bryter flödet i fem- eller sexsidiga kolumner. Den oregelbundna övre delen av det stelnade flödet kallas entablaturen medan den nedre delen som visar kolonnfog kallas kollonaden. Villkoren är lånade från grekisk tempelarkitektur. Likaså beskrivs regelbundna vertikala mönster på sidorna av kolumner, producerade genom kylning med periodisk sprickbildning, som mejselmärken. Dessa är naturliga särdrag som framkallas av kylning, värmekontraktion och frakturfysik.

När lavan svalnar, kristalliserar sig inåt från dess gränser, utvisas gaser från lavan för att bilda blåsor vid de nedre och övre gränserna . Dessa beskrivs som rörstamblåsor eller rörstammens amygdaler. Vätskor som matas ut från kylkristallmushen stiger uppåt i kylflödets stilla flytande centrum och producerar vertikala vesikelcylindrar. Där dessa smälter samman mot toppen av flödet bildas blad av vesikulär basalt som ibland är täckta med gaskaviteter. Dessa är ibland fyllda med sekundära mineraler. De vackra ametistgeoder som finns i översvämningsbasalterna i Sydamerika bildas på detta sätt. . Å andra sidan är flödesbanding vanligt i felsiska flöden.