الحمم البركانية: التكوين، الجيولوجيا والأنواع
مشاركة
الحمم: من ذوبان الوشاح إلى الصخور البركانية
الحمم هي الصهارة التي تصل إلى سطح الأرض، تفقد الحرارة والغاز، وتتحول إلى صخور بركانية. شكلها النهائي يعتمد على كيفية توليد الذوبان، مكان الانفجار، كمية السيليكا والغاز التي تحملها، وما إذا كانت تبرد في الهواء، تحت الماء، تحت القشرة، أو كقطع متناثرة في الهواء.
ما الذي يُعتبر حممًا؟
الحمم هي صخور منصهرة أو منصهرة جزئيًا تندلع على السطح. بينما تكون تحت السطح تسمى صهارة؛ وعندما تخرج من فتحة أو صدع تصبح حممًا وتبدأ في التبريد لتتحول إلى صخور نارية سطحية.
التبريد السريع يمنح الحمم خصائصها المميزة من الحبيبات الدقيقة، الزجاجية، أو المسامية. يمكن أن تكون البازلت الكثيف، السكوريا الفقاعية، البوميس الشاحب، الأوبسيديان اللامع، صخور القباب الكتلية، والحمم البركانية على شكل وسائد تحت الماء كلها منتجات بركانية، رغم اختلاف مظهرها بشكل كبير. تنشأ هذه الاختلافات من كيمياء الذوبان، محتوى الغاز، درجة الحرارة، اللزوجة، محتوى البلورات، وبيئة التبريد.
تدفق الحمم البركانية
كتلة متماسكة من الصخر المنصهر تتحرك عبر السطح. قد تسافر التدفقات البازلتية لمسافات طويلة؛ أما التدفقات الغنية بالسيليكا فعادة ما تكون قصيرة، سميكة، وذات جوانب شديدة الانحدار.
شظية الحمم البركانية
قطعة من الحمم البركانية تم قذفها أو رشتها أو تمزقت أو انكسرت من تدفق. القنابل، الرشاشات، الفتات، والسكوريا تحافظ على حركة ومحتوى الغاز في الانفجار.
زجاج الحمم البركانية
ذوبان متصلب تبرد بسرعة كبيرة جدًا لمنع نمو البلورات. الأوبسيديان والتاشيلايت هما مواد بركانية زجاجية مهمة.
كيف تتشكل الصهارة
تتشكل الصهارة عندما تسمح الظروف بانصهار جزئي للصخور الصلبة. الطرق الثلاثة الرئيسية هي تخفيف الضغط، إضافة الغازات المتطايرة، ونقل الحرارة.
الانصهار بفعل تخفيف الضغط
يرتفع الوشاح الساخن وينخفض الضغط أسرع من تبريد المادة. يسمح هذا بالانصهار الجزئي دون الحاجة إلى زيادة كبيرة في درجة الحرارة. يغذي الانصهار بفعل تخفيف الضغط حواف المحيطات الوسطى، والانكسارات القارية، والعديد من أنظمة البقع الساخنة، منتجًا عادة صهارة بازلتية.
الانصهار بالفلوس
يخفض الماء وغيره من الغازات المتطايرة المنبعثة من صفيحة غارقة نقطة انصهار الوتد العلوي. هذه العملية مركزية في الأقواس البركانية، حيث تكون الصهارات الأنديزيتية والداسيتية شائعة.
الانصهار بنقل الحرارة
تتسلل الصهارة المافيك الساخنة إلى القشرة الأبرد وتنقل الحرارة إليها. في البيئات القارية، يمكن أن يساعد ذلك في توليد ذوبات غنية بالسيليكا، بما في ذلك الصهارة الريوليتية المرتبطة بالكالديرات والقبب والأنظمة الحاملة للزجاج البركاني.
كيف يتطور الصهارة قبل الانفجار
بعد بدء الذوبان، قد تتغير الصهارة من خلال التبلور الجزئي، استيعاب الصخور المحيطة، خلط الصهارة، فقدان المواد المتطايرة، والتخزين في خزانات قشرية. تساعد هذه العمليات في تفسير سبب انفجار مقاطعة بركانية واحدة بازلت، أنديزيت، داكايت، وريوليت في أوقات مختلفة.
البيئات التكتونية
تركيب الحمم وأسلوب الانفجار مرتبطان ارتباطًا وثيقًا بالبيئة التكتونية. كل بيئة توفر توازنًا مختلفًا من الحرارة، الضغط، الماء، التفاعل القشري، وتخزين الصهارة.
| البيئة | عملية الذوبان | منتجات الحمم النموذجية | التعبير الجيولوجي |
|---|---|---|---|
| حدود منتصف المحيط | ذوبان إزالة الضغط للوشاح الصاعد. | بازلت ثوليتية، حمم وسائدية، تدفقات صفيحية، صدوع. | تكوين القشرة المحيطية والنتوءات البركانية تحت البحر. |
| مناطق الانغماس | ذوبان بالفلز من الماء والمواد المتطايرة المشتقة من الصفيحة. | بازلت، أنديزيت، داكايت، ريوليت، قباب، تدفقات كتلية. | أقواس جزرية، أقواس قارية، براكين طبقية، ومراكز انفجارية. |
| نقاط ساخنة | ذوبان إزالة الضغط في أعمدة الوشاح أو الشذوذات الحرارية طويلة الأمد. | دروع بازلتية، بازلتات قلوية، أنابيب الحمم، باهويهو، آآ. | جزر محيطية، براكين درعية، وسلاسل بركانية طويلة. |
| صدوع قارية | التمدد، إزالة الضغط، وانتقال حرارة القشرة. | بازلتات إلى ريوليتات، تدفقات أوبسيديان، قباب، وحمم قلوية. | أودية صدعية، أنظمة شقوق، حقول بركانية، ومجمعات كالدرات. |
| ولايات صخرية كبيرة | ذوبان عالي الحجم في الوشاح وانفجارات شقوق. | بازلتات فيضية، تسلسلات تدفق سميكة، هضاب حممية. | هضاب بركانية طبقية وولايات بازلتية واسعة. |
الكيمياء، درجة الحرارة، واللزوجة
محتوى السيليكا هو أحد أقوى العوامل التي تتحكم في سلوك الحمم. الحمم البازلتية منخفضة السيليكا أكثر حرارة وأكثر سيولة؛ الحمم الريوليتية عالية السيليكا أبرد وأكثر لزوجة، وأكثر احتمالًا لحبس الغاز أو التصلب إلى زجاج.
| نوع الحمم | محتوى SiO2 | درجة حرارة الانفجار النموذجية | اللزوجة النسبية | المنتجات الشائعة |
|---|---|---|---|---|
| بازلتية | حوالي 45-52٪ بالوزن | حوالي 1100-1250 درجة مئوية | منخفض | باهويهو، آآ، أنابيب الحمم، تدفقات صفيحية، حمم وسائدية، سكوريا. |
| أنديزيتية | حوالي 52-63٪ بالوزن | حوالي 900-1100 درجة مئوية | متوسط | تدفقات كتلية، حمم مخروطية مركبة، رذاذ، بريشيات. |
| داكايتية | حوالي 63-69٪ بالوزن | حوالي 800-950 درجة مئوية | مرتفع | تدفقات قصيرة وسميكة، قباب، أشواك، حواف خفيفة. |
| ريوليتية | أكثر من حوالي 69٪ بالوزن | حوالي 650-850 درجة مئوية | عالية جدًا | الأوبسيديان، الخفاف، الحمم ذات الشرائط المتدفقة، القباب، الكوليهات. |
لماذا يغير الغاز كل شيء
المواد المتطايرة مثل الماء، ثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكبريت تذوب في الصهارة في الأعماق. مع ارتفاع الصهارة وانخفاض الضغط، تتكون فقاعات من هذه المواد المتطايرة. إذا كانت الحمم سائلة، يمكن للغاز أن يهرب بسهولة أكبر. إذا كانت الحمم لزجة، قد يبقى الغاز محبوسًا، مما ينتج عنه الخفاف، التجزؤ الانفجاري، أو نمو القباب المدفوعة بالضغط.
أساليب التدفق السطحية وتحت سطح البحر
أسلوب تدفق الحمم هو تعبير مباشر عن اللزوجة، الانحدار، معدل الانبعاث، معدل التبريد، محتوى البلورات، وتكوين القشرة. يمكن للأنظمة البازلتية أن تنتج أشكالًا ناعمة ووعرة، بينما الحمم الغنية بالسيليكا تبني عادة كتل قصيرة وسميكة وكتلية.
Pāhoehoe
تطور البازلت السائل قشرة رقيقة ومرنة تتجعد وتطوى مع استمرار حركة الحمم تحتها. النتيجة هي أسطح ناعمة، حبلية، منتفخة، أو قشرية.
ʻAʻā
ينكسر تدفق بازلت متقطع إلى كتل زاويّة ويتحرك بسطح خشن وطاحن. يتكون عادة عندما تكون الحمم أبرد، أكثر بلورية، أو تتحرك تحت إجهاد أعلى.
تدفقات كتلية
تشكل الحمم الأنديزيتية إلى الريوليتية غالبًا تدفقات سميكة بسطوح كتلية متكسرة. قد تبقى داخلها ساخنة ومرنة بينما تنكسر القشور الخارجية إلى ألواح زاويّة.
قباب الحمم
قد تتراكم الحمم الداكيتية أو الريوليتية شديدة اللزوجة بالقرب من الفوهة بدلاً من التدفق بعيدًا. يمكن أن تنمو القباب ككتل، أشواك، أو تدفقات، وقد يؤدي انهيارها إلى تكوين رواسب من الكتل والرماد.
حمم وسائدية
يثبت الثوران تحت الماء الحمم إلى كتل مستديرة بحواف زجاجية مبردة. تسجل الوسائد الثوران تحت البحر أو تحت الجليد وهي شائعة في البازلت المحيطي.
أنابيب الحمم
قد تتكون قشرة على تدفق بازلت أثناء تصريف الحمم السائلة عبر الداخل المعزول حراريًا. عندما يفرغ التدفق، يمكن أن يترك أنبوبًا يشبه الكهف.
أنواع الحمم الجيولوجية
تُفهم أنواع الحمم البركانية بشكل أفضل كمزيج من التركيب والملمس. اسم مثل البازلت، الأنديزيت، أو الريولايت يصف الكيمياء والمعادن؛ واسم مثل السكوريا، الخفاف، الأوبسيديان، أو الحمم الوسائدية يصف الملمس أو بيئة الثوران.
| النوع | التركيب أو العملية | الخصائص المرئية | ما يسجله |
|---|---|---|---|
| بازلت | حمم مافية منخفضة السيليكا. | داكنة، حبيبية دقيقة، أحيانًا مسامية أو بورفيرية. | حمم ساخنة وسائلة شائعة عند الحافات، البقع الساخنة، الشقوق، ومناطق فيض البازلت. |
| أنديزيت | حمم متوسطة، غالبًا مرتبطة بالأقواس البركانية. | رمادي إلى بني، غالبًا بورفيرية، كتلية، أو مكسرة. | حمم أكثر لزوجة تتأثر بأنظمة الانغمار الغنية بالماء وتطور القشرة الأرضية. |
| داكايت | حمم متوسطة إلى فلزية غنية بالسيليكا. | رمادي فاتح إلى بني، كتلي، مكون للقباب، وأحيانًا خفاف. | لزوجة عالية، احتباس غازي عالي، وتدفقات أو قباب قصيرة وسميكة. |
| ريولايت | حمم عالية السيليكا. | فاتح إلى مائل للأحمر، مخطط التدفق، زجاجي، خفاف، أو مكون للقباب. | مذاب غني بالسيليكا يبرد ليشكل الأوبسيديان، الخفاف، القباب، أو التدفقات المخططة. |
| أوبسيديان | زجاج بركاني تم تبريده بسرعة، عادةً ريوليتي. | زجاج لامع أسود، بني، رمادي، أو مخطط مع كسر مخروطي. | تبريد سريع جدًا بحيث لم تتح البلورات الوقت للنمو. |
| سكوريا | شظايا حمم مافية إلى متوسطة غنية بالغازات. | صخر مسامي داكن، أحمر، أو بني بجدران فقاعية سميكة. | أنماط ثوران تنتج عن إزالة الغازات، الأكسدة، وإنتاج الرماد البركاني. |
| خفاف | حمم فلزية غنية بالغازات توسعت إلى زجاج رغوي. | مادة فاتحة اللون، مليئة بالفراغات، وخفيفة الوزن قد تطفو في البداية. | نشاط سيليكي غني بالمواد المتطايرة، انفجاري أو انسيابي. |
| الرش والقنابل | شظايا منصهرة مقذوفة من فتحة. | كتل ملحومة، أشرطة ملتوية، قنابل مغزلية، أشكال قشرة الخبز. | التفتت والتشكيل بينما كانت الحمم لا تزال بلاستيكية أو منصهرة. |
هياكل التبريد والميزات بعد التدفق
بمجرد توقف الحمم عن الحركة، يستمر التبريد في كتابة هياكل جديدة في الصخر. تساعد هذه الميزات الجيولوجيين على إعادة بناء اتجاه التدفق، تاريخ التبريد، تفاعل الماء، والتغيرات اللاحقة.
الفواصل العمودية
قد تتقلص التدفقات السميكة وبحيرات الحمم إلى أعمدة مضلعة أثناء تبريدها. تنمو الأعمدة بشكل تقريبي عمودي على أسطح التبريد.
تشكيل الأشرطة في التدفق
قد تحافظ الحمم الغنية بالسيليكا والزجاج البركاني على خطوط، طيات، وأشرطة من حركة طبقات الانصهار المختلفة قليلاً قبل التبريد النهائي.
الحواف المبردة
قد تتطور الحمم عند ملامستها للماء، الرواسب الرطبة، الجليد، أو الهواء البارد إلى حواف زجاجية أو أغلفة دقيقة الحبيبات.
التشققات والفواصل
التقلص بالتبريد، انتفاخ التدفق، والإجهاد اللاحق تخلق شقوقًا يمكن أن توجه السوائل ونمو المعادن الثانوية.
انتفاخ الحمم
قد يستمر البازلت السائل في التغذية تحت القشرة، رافعًا السطح ومكونًا التومولي، حواف الضغط، والتجاويف المجوفة.
الأميجدالات
قد تُملأ الفقاعات لاحقًا بمعادن مثل الكالسيت، الكوارتز، الكالسيدوني، الزيوليت، الكلوريت، أو الإبيدوت، مكونة الحمم الأميجدالية.
الفقاعات، الأميجدالات، وسجلات الغاز
الفقاعات هي فقاعات غاز متجمدة. حجمها، شكلها، وفرتها، ومحاذاتها تكشف كيف هربت الغازات، مدى سرعة حركة الحمم، وكيف برد التدفق.
- الفقاعات المستديرة تتشكل عندما تُحفظ الفقاعات دون تمدد كبير.
- الفقاعات المستطيلة تسجل حركة التدفق أو القص بينما كانت الحمم لا تزال لينة.
- القمم الغنية بالفقاعات غالبًا ما تظهر تجمع الغاز بالقرب من الجزء العلوي لتدفق البازلت.
- الأميجدالات تظهر أن السوائل تحركت لاحقًا عبر الصخر وترسبت معادن ثانوية.
- رغوة الخفاف تمثل فقاعات شديدة في الزجاج الغني بالسيليكا.
التعريف والمشابهات
يتم تحديد الحمم البركانية من خلال الملمس، السياق، المعادن، الكثافة، المغناطيسية، والكسر. اللون وحده غير موثوق به، لأن الخبث الصناعي، كلنكر الأفران، الزجاج المصنع، نفايات الفحم، والمواد المسامية المصبوغة يمكن أن تشبه الصخور البركانية.
دلائل مفيدة
- قد تكون الفقاعات مستديرة، ممتدة، مفتوحة، أو مملوءة بالمعادن.
- البازلت عادةً كثيف، داكن، وضعيف المغناطيسية بسبب أكاسيد الحديد والتيتانيوم.
- الزجاج البركاني يظهر لمعانًا زجاجيًا وكسرًا مخروطيًا.
- الخفاف خفيف بشكل غير عادي بسبب وجود مسام مغلقة كثيرة.
- السياق البركاني يدعم بشدة التعريف.
الخبث والكلنكر
يمكن أن يكون الخبث داكنًا ومسامياً، لكنه قد يحتوي على قطرات معدنية، ألوان غير طبيعية، أسطح زجاج صناعي، أو سياق مرتبط بالمصاهر، مسارات السكك الحديدية، الأفران، أو مكبات النفايات.
الزجاج الطبيعي مقابل الزجاج المصنع
يمكن لكل من الأوبسيديان والزجاج المصنع أن ينكسر بشكل مخروطي. تساعد طبقات التدفق، الكريات، الشوائب البركانية، والسياق الجيولوجي في دعم تحديد الأوبسيديان.
العناية والتعامل
البازلت الكثيف والعديد من عينات اللافا مستقرة للعرض، لكن الأشكال المسامية والزجاجية تحتاج إلى تعامل أكثر حذرًا. يمكن للخفاف والسكوريا أن تفقد حبيبات من جدران الفقاعات الرقيقة، بينما يمكن أن يكون للأوبسيديان حواف حادة جدًا. تجنب الصدمات الحرارية، الماء المغلي، اللهب المباشر، والزيوت أو الشموع الثقيلة التي يمكن أن تتشرب في المادة المسامية وتغير سطحها.
التنظيف
استخدم فرشاة ناعمة، أو مصباح هواء، أو قطعة قماش جافة. يمكن شطف البازلت المستقر لفترة وجيزة وتجفيفه جيدًا، لكن لا يجب ترك السكوريا والخفاف المسامي مبللين.
التخزين
لف الأوبسيديان وقطع الزجاج الحادة الأخرى حتى لا تقطع الحواف الجلد أو تخدش العينات المجاورة. دعم الخفاف والسكوريا الهشة من الأسفل.
العرض
الإضاءة الجانبية تكشف الفقاعات، خطوط التدفق، اللمعان الزجاجي، والأميجدالات المملوءة بالمعادن بشكل أفضل من الوهج المباشر القوي.
أسئلة متكررة
هل اللافا دائمًا بازلتية؟
لا. البازلت هو أكثر أنواع اللافا انتشارًا على سطح الأرض، خاصة في البيئات المحيطية ونقاط الساخنة، لكن اللافا يمكن أن تكون أيضًا أنديزيتية، دايسيتية، ريوليتية، أو ذات تركيبة أكثر غرابة.
لماذا تبدو بعض تدفقات اللافا ناعمة بينما تبدو أخرى مسننة؟
يمكن أن يكون كل من الباهويهو الناعم والأʻaʻa المسنن من البازلت. الفرق يأتي من درجة الحرارة، البلورية، محتوى الغاز، الانحدار، معدل التدفق، وطريقة تكسر أو طي القشرة الخارجية بينما يستمر الداخل في الحركة.
كيف تتحول اللافا إلى أوبسيديان؟
يتكون الأوبسيديان عندما تبرد اللافا الغنية بالسيليكا بسرعة كبيرة بحيث لا تتاح البلورات الوقت للنمو. النتيجة هي زجاج بركاني ذو لمعان لامع وكسر مخروطي.
لماذا يمكن للخفاف أن يطفو؟
يحتوي الخفاف على العديد من فقاعات الغاز المختومة بحيث يمكن أن يكون كثافته الكلية أقل من الماء. بمجرد دخول الماء إلى شبكة المسام، قد يغرق القطعة التي كانت تطفو في البداية.
ما هي الأميجدالات في اللافا؟
الأميجدالات هي فقاعات غازية سابقة تم ملؤها لاحقًا بالمعادن التي تحملها السوائل. من الحشوات الشائعة الكالسيت، الكوارتز، الكالسيدوني، الزيوليت، الكلورايت، والإبيدوت.
هل يمكن لللافا أن تتكون تحت الماء؟
نعم. الانفجارات تحت الماء شائعة عند حواف المحيطات الوسطى والمناطق البركانية المحيطية. اللافا التي تندلع في الماء غالبًا ما تشكل هياكل وسائدية ذات حواف زجاجية مبردة.
قصة التكوين في نظرة واحدة
اللافا هي النهاية المرئية لعملية جيولوجية عميقة: الصخور تذوب جزئيًا، ويصعد الماغما، وتتوسع الغازات، ويخرج المادة المنصهرة إلى الهواء أو الماء أو الجليد أو الأرض المكشوفة. من تلك اللحظة، يبدأ التبريد في تحويل الحركة إلى نسيج. البازلت الحبلّي، الأʻaʻa المسنن، اللافا الوسائدية، زجاج الأوبسيديان، رغوة الخفاف، السكوريا، القباب، الأنابيب، الأعمدة، الفقاعات، والأميجدالات كلها سجلات لنفس التحول: حرارة الأرض تتحول إلى لغة سطحية دائمة.