Lawa: formowanie, geologia i odmiany
Udostępnij
Lawa: od stopu płaszcza do skały wulkanicznej
Lawa to magma, która dociera na powierzchnię Ziemi, traci ciepło i gazy, i staje się skałą wulkaniczną. Jej ostateczna forma zależy od sposobu powstania stopu, miejsca erupcji, zawartości krzemionki i gazów oraz od tego, czy stygnęła na powietrzu, pod wodą, pod skorupą czy jako unoszące się fragmenty.
Co zalicza się do lawy?
Lawa to stopiona lub częściowo stopiona skała, która wydobywa się na powierzchnię. Gdy jest jeszcze pod powierzchnią, nazywa się magmą; gdy pojawia się z otworu, szczeliny lub pęknięcia, staje się lawą i zaczyna stygnąć, tworząc skałę wylewną.
Szybkie chłodzenie nadaje lawie charakterystyczne drobnoziarniste, szkliste lub porowate tekstury. Gęsty bazalt, pęcherzykowa skorii, jasna pumeks, błyszczący obsydian, blokowa skała kopułowa i zaokrąglona podwodna lawa poduszkowa to wszystkie produkty wulkaniczne, choć wyglądają bardzo różnie. Różnice te wynikają z chemii stopu, zawartości gazu, temperatury, lepkości, zawartości kryształów i środowiska chłodzenia.
Przepływ lawy
Spójna masa stopionej skały poruszająca się po powierzchni. Przepływy bazaltowe mogą przemieszczać się na duże odległości; przepływy bogate w krzemionkę są zwykle krótkie, grube i strome.
Fragment lawy
Fragment lawy wyrzucony, rozpryskany, oderwany lub złamany z przepływu. Bomby, rozpryski, żużle i skorii zachowują ruch i zawartość gazu podczas erupcji.
Szkło lawowe
Szybko stygły stop, który ochłodził się zbyt szybko, by mogły wyrosnąć kryształy. Obsydian i tachylit to ważne szkliste materiały wulkaniczne.
Jak powstaje magma
Magma powstaje, gdy warunki pozwalają na częściowe stopienie się skały stałej. Trzy główne drogi to dekompresja, dodatek lotnych składników i przekazywanie ciepła.
Topnienie dekompresyjne
Gorący płaszcz unosi się, a ciśnienie spada szybciej niż materiał stygnie. Pozwala to na częściowe topnienie bez konieczności znacznego wzrostu temperatury. Topnienie dekompresyjne zasila grzbiety śródoceaniczne, ryfty kontynentalne i wiele systemów hotspotowych, zwykle produkując magmę bazaltową.
Topnienie przez dodatek lotnych składników
Woda i inne lotne składniki uwalniane z subdukującej płyty obniżają punkt topnienia leżącego powyżej klinu płaszcza. Proces ten jest kluczowy dla łuków wulkanicznych, gdzie powszechne są magmy andezytowe i dacytowe.
Topnienie przez przekazywanie ciepła
Gorąca magma mafijna wnika w chłodniejszą skorupę i przekazuje jej ciepło. W warunkach kontynentalnych może to pomóc w powstawaniu krzemionkowych stopów, w tym magmy ryolitowej związanej z kalderami, kopułami i systemami zawierającymi obsydian.
Jak magma ewoluuje przed erupcją
Po rozpoczęciu topnienia magma może zmieniać się przez krystalizację frakcyjną, asymilację otaczającej skały, mieszanie magmy, utratę lotnych składników i magazynowanie w rezerwuarach skorupowych. Procesy te pomagają wyjaśnić, dlaczego jedna prowincja wulkaniczna może erupować bazalt, andezyt, dacyt i ryolit w różnych okresach.
Środowiska tektoniczne
Skład lawy i styl erupcji są silnie powiązane z ustawieniem tektonicznym. Każde środowisko dostarcza innej równowagi ciepła, ciśnienia, wody, interakcji skorupy i magazynowania magmy.
| Środowisko | Proces topnienia | Typowe produkty lawowe | Wyraz geologiczny |
|---|---|---|---|
| Grzbiety śródoceaniczne | Topnienie dekompresyjne unoszącego się płaszcza. | Bazalt tholeiitowy, lawa poduszkowa, przepływy płytowe, żyły. | Tworzenie skorupy oceanicznej i podwodnych grzbietów wulkanicznych. |
| Strefy subdukcji | Topnienie z udziałem wody i lotnych składników pochodzących z płytek tektonicznych. | Bazalt, andezyt, dacyt, ryolit, kopuły, blokowe przepływy. | Łuki wyspowe, łuki kontynentalne, stratowulkany i centra eksplozji. |
| Hotspoty | Topnienie dekompresyjne w pióropuszach płaszcza lub długotrwałych anomaliach termicznych. | Tarcze bazaltowe, bazalty alkaliczne, rury lawowe, pāhoehoe, ʻaʻā. | Wyspy oceaniczne, wulkany tarczowe i długie łańcuchy wulkaniczne. |
| Ryfty kontynentalne | Rozciąganie, dekompresja i transfer ciepła skorupy. | Bazalty przez ryolity, przepływy obsydianu, kopuły i lawy alkaliczne. | Dolin ryftowych, systemy szczelinowe, pola wulkaniczne i kompleksy kalderowe. |
| Duże prowincje magmowe | Wysokowolumenowe topnienie płaszcza i erupcje szczelinowe. | Bazalty powodziowe, grube sekwencje przepływów, płaskowyże lawowe. | Warstwowe płaskowyże wulkaniczne i rozległe prowincje bazaltowe. |
Chemia, temperatura i lepkość
Zawartość krzemionki jest jednym z najsilniejszych czynników kontrolujących zachowanie lawy. Lawa bazaltowa o niskiej zawartości krzemionki jest gorętsza i bardziej płynna; lawa ryolitowa o wysokiej zawartości krzemionki jest chłodniejsza, bardziej lepka i bardziej prawdopodobne, że uwięzi gaz lub stwardnieje w szkło.
| Typ lawy | Typowa zawartość SiO2 | Typowa temperatura erupcji | Względna lepkość | Typowe produkty |
|---|---|---|---|---|
| Bazaltowa | Około 45-52% wagowo | Około 1100-1250 °C | Niski | Pāhoehoe, ʻaʻā, rury lawowe, przepływy płytowe, lawa poduszkowa, skoria. |
| Andezytowa | Około 52-63% wagowo | Około 900-1100 °C | Średni | Blokowe przepływy, lawy stożków złożonych, odpryski, brekcje. |
| Dacytowa | Około 63-69% wagowo | Około 800-950 °C | Wysoki | Krótkie, grube przepływy, kopuły, kolce, krawędzie pumeksowe. |
| Ryolitowa | Powyżej około 69% wagowo | Około 650-850 °C | Bardzo wysoka | Obsydian, pumeks, lawa z pasmami przepływu, kopuły, coulees. |
Dlaczego gaz zmienia wszystko
Lotne składniki takie jak woda, dwutlenek węgla i dwutlenek siarki rozpuszczają się w magmie na głębokości. W miarę jak magma unosi się i ciśnienie spada, te lotne składniki tworzą pęcherzyki. Jeśli lawa jest płynna, gaz może łatwiej uciec. Jeśli lawa jest lepka, gaz może pozostać uwięziony, tworząc pumeks, eksplodujące fragmentacje lub wzrost kopuły napędzany ciśnieniem.
Style przepływu powierzchniowego i podwodnego
Styl przepływu lawy jest bezpośrednim wyrazem lepkości, nachylenia, szybkości wylewu, tempa chłodzenia, zawartości kryształów i formowania się skorupy. Systemy bazaltowe mogą tworzyć zarówno gładkie, jak i postrzępione formy, podczas gdy lawy bogate w krzemionkę zwykle budują krótkie, grube, blokowe masy.
Pāhoehoe
Płynny bazalt tworzy cienką, elastyczną skorupę, która marszczy się i fałduje, gdy lawa nadal się pod nią porusza. Efektem są gładkie, sznurkowe, pofałdowane lub łuskowate powierzchnie.
ʻAʻā
Zburzony przepływ bazaltowy rozpada się na kanciaste bryły i porusza się z szorstką, szlifującą powierzchnią. Zwykle powstaje, gdy lawa jest chłodniejsza, bardziej krystaliczna lub porusza się pod większym naprężeniem.
Przepływy blokowe
Lawa andezytowa do ryolitowej często tworzy grube przepływy z pękniętymi, blokowymi powierzchniami. Ich wnętrza mogą pozostać gorące i plastyczne, podczas gdy zewnętrzne skorupy łamią się na kanciaste bloki.
Kopuły lawowe
Bardzo lepka lawa dacytowa lub ryolitowa może gromadzić się blisko otworu, zamiast płynąć daleko. Kopuły mogą rosnąć jako płaty, kolce lub coulees, a ich zawalenie może generować osady blokowo-popiołowe.
Lawa poduszkowa
Erupcja podwodna szybko schładza lawę do zaokrąglonych płatów z szklanymi, schłodzonymi brzegami. Lawa poduszkowa świadczy o erupcji podwodnej lub podlodowcowej i jest powszechna w bazalcie oceanicznym.
Rury lawowe
Przepływ bazaltowy może się pokryć skorupą, podczas gdy ciekła lawa odpływa przez termicznie izolowane wnętrze. Gdy przepływ się opróżnia, może pozostawić rurę przypominającą jaskinię.
Geologiczne odmiany lawy
Odmiany lawy najlepiej rozumieć jako kombinacje składu i tekstury. Nazwa taka jak bazalt, andezyt czy ryolit opisuje chemię i mineralogię; nazwa taka jak skoria, pumeks, obsydian czy lawa poduszkowa opisuje teksturę lub środowisko erupcji.
| Odmiana | Skład lub proces | Widoczny charakter | Co rejestruje |
|---|---|---|---|
| Bazalt | Lawa mafijna o niskiej zawartości krzemionki. | Ciemna, drobnoziarnista, czasem pęcherzykowata lub porfirowa. | Gorąca, płynna lawa powszechna na grzbietach, hotspotach, ryftach i prowincjach bazaltów powodziowych. |
| Andezyt | Lawa pośrednia, często związana z łukami wulkanicznymi. | Szara do brązowej, często porfirowa, blokowa lub brekcjowana. | Bardziej lepka lawa pod wpływem systemów subdukcji bogatych w wodę i ewolucji skorupy. |
| Dacyt | Lawa pośrednia do kwaśnej bogata w krzemionkę. | Jasnoszare do brązowych, blokowe, tworzące kopuły, czasem pumeksowe. | Wysoka lepkość, duże zatrzymanie gazu oraz krótkie, grube płyny lub kopuły. |
| Ryolit | Lawa o wysokiej zawartości krzemionki. | Jasne do czerwonawych, prążkowane, szkliste, pumeksowe lub tworzące kopuły. | Topnie bogate w krzemionkę, które stygną jako obsydian, pumeks, kopuły lub prążkowane płyny. |
| Obsydian | Szybko schłodzone szkło wulkaniczne, zwykle ryolitowe. | Błyszczące czarne, brązowe, szare lub prążkowane szkło o łupkowatym przełamie. | Chłodzenie tak szybkie, że kryształy nie zdążyły urosnąć. |
| Skoria | Fragmenty lawy mafijskiej do pośredniej bogatej w gaz. | Ciemna, czerwona lub brązowa porowata skała o grubych ściankach pęcherzyków. | Style erupcji związane z odgazowywaniem, utlenianiem i powstawaniem żużla. |
| Pumeks | Gazowa, kwaśna lawa rozprężona do postaci pienistego szkła. | Jasny, silnie pęcherzykowaty, lekki materiał, który może początkowo unosić się na powierzchni. | Aktywność krzemionkowa bogata w lotne składniki, wybuchowa lub efuzywna. |
| Bryzgi i bomby | Stopione fragmenty wyrzucane z otworu wylotowego. | Zgrzane grudki, skręcone wstęgi, bomby wrzecionowate, formy skorupy chlebowej. | Fragmentacja i kształtowanie, gdy lawa była jeszcze plastyczna lub stopiona. |
Struktury chłodzenia i cechy po przepływie
Gdy lawa przestaje się poruszać, chłodzenie nadal tworzy nowe struktury w skale. Te cechy pomagają geologom odtworzyć kierunek przepływu, historię chłodzenia, interakcję z wodą i późniejsze zmiany.
Kolumnowe szczeliny
Grube przepływy i jeziora lawy mogą kurczyć się, tworząc kolumny o kształcie wielokątów podczas chłodzenia. Kolumny rosną mniej więcej prostopadle do powierzchni chłodzenia.
Pasmo przepływu
Lawa bogata w krzemionkę i obsydian mogą zachować smugi, fałdy i pasma powstałe w wyniku ruchu nieco różnych warstw stopu przed ostatecznym ochłodzeniem.
Chłodzone krawędzie
Lawa w kontakcie z wodą, mokrym osadem, lodem lub zimnym powietrzem może tworzyć szklistą obwódkę lub drobnoziarniste powłoki.
Szczeliny i pęknięcia
Kurczenie się podczas chłodzenia, inflacja przepływu i późniejsze naprężenia tworzą pęknięcia, które mogą kierować płynami i wzrostem minerałów wtórnych.
Inflacja lawy
Płynny bazalt może nadal zasilać pod skorupą, unosząc powierzchnię i tworząc tumuli, grzbiety ciśnieniowe oraz puste przestrzenie.
Amygdale
Pęcherzyki mogą być później wypełnione minerałami takimi jak kalcyt, kwarc, chalcedon, zeolity, chloryt lub epidot, tworząc lawę amygdaloidalną.
Pęcherzyki, amygdale i zapisy gazowe
Pęcherzyki to zamrożone bąbelki gazu. Ich rozmiar, kształt, obfitość i ułożenie ujawniają, jak gazy uciekały, jak szybko poruszała się lawa i jak ochładzał się przepływ.
- Okrągłe pęcherzyki powstają, gdy pęcherze są zachowane bez większego rozciągania.
- Wydłużone pęcherzyki odzwierciedlają ruch przepływu lub ścinanie, gdy lawa była jeszcze miękka.
- Warstwy bogate w pęcherzyki na powierzchni przepływu często pokazują gromadzenie się gazu w górnej części przepływu bazaltowego.
- Amygdale wskazują, że później przez skałę przepływały płyny, osadzając minerały wtórne.
- Piana pumeksowa reprezentuje ekstremalne pęcherzykowanie w szkle bogatym w krzemionkę.
Identyfikacja i podobieństwa
Lawę identyfikuje się na podstawie tekstury, kontekstu, mineralogii, gęstości, magnetyzmu i łupliwości. Sam kolor nie jest wiarygodny, ponieważ przemysłowy żużel, klinkier piecowy, szkło wytwarzane, odpady węglowe i barwione materiały porowate mogą przypominać skały wulkaniczne.
Przydatne wskazówki
- Pęcherzyki mogą być zaokrąglone, rozciągnięte, otwarte lub wypełnione minerałami.
- Bazalt jest zwykle gęsty, ciemny i słabo magnetyczny z powodu tlenków żelaza i tytanu.
- Obsydian wykazuje szklisty połysk i łupliwość muszlową.
- Pumeks jest niezwykle lekki z powodu licznych zamkniętych porów.
- Kontekst wulkaniczny zdecydowanie wspiera identyfikację.
Żużel i klinkier
Żużel może być ciemny i pęcherzykowy, ale może zawierać metaliczne krople, nienaturalne kolory, powierzchnie szkła przemysłowego lub kontekst związany z odlewniami, torowiskami, piecami lub składowiskami odpadów.
Naturalne szkło a szkło wytwarzane
Obsydian i szkło produkowane przemysłowo mogą łamać się konchoidalnie. Pasma przepływu, sferulity, inkluzje wulkaniczne i kontekst geologiczny pomagają potwierdzić identyfikację obsydianu.
Pielęgnacja i obchodzenie się
Gęsty bazalt i wiele okazów lawy jest stabilnych do prezentacji, ale formy porowate i szkliste wymagają ostrożniejszego obchodzenia się. Pumeks i scoria mogą się kruszyć z cienkich ścianek pęcherzyków, a obsydian może mieć bardzo ostre krawędzie. Unikaj szoku termicznego, wrzącej wody, bezpośredniego ognia oraz ciężkich olejów lub wosków, które mogą wsiąkać w porowaty materiał i zmieniać jego powierzchnię.
Czyszczenie
Używaj miękkiego pędzla, gruszki powietrznej lub suchej ściereczki. Stabilny bazalt można krótko opłukać i dokładnie wysuszyć, ale porowate scorie i pumeksy nie powinny pozostawać mokre.
Przechowywanie
Owiń obsydian i inne ostre, szklane kawałki, aby krawędzie nie skaleczyły skóry ani nie porysowały sąsiednich okazów. Podpieraj kruche pumeksy i scorie od spodu.
Prezentacja
Oświetlenie boczne lepiej uwidacznia pęcherzyki, linie przepływu, szklany połysk i minerałami wypełnione amygdaloidy niż ostre, bezpośrednie światło.
Najczęściej zadawane pytania
Czy lawa zawsze jest bazaltowa?
Nie. Bazalt jest najpowszechniejszym typem lawy na powierzchni Ziemi, zwłaszcza w środowiskach oceanicznych i hotspotach, ale lawa może być także andezytowa, dacytowa, ryolitowa lub mieć bardziej nietypowy skład.
Dlaczego niektóre przepływy lawy wyglądają gładko, a inne postrzępione?
Gładka pāhoehoe i postrzępiona ʻaʻā mogą być obie bazaltowe. Różnica wynika z temperatury, krystaliczności, zawartości gazów, nachylenia, szybkości przepływu oraz sposobu, w jaki zewnętrzna skorupa pęka lub się fałduje, podczas gdy wnętrze nadal się porusza.
Jak lawa staje się obsydianem?
Obsydian powstaje, gdy lawa bogata w krzemionkę ochładza się tak szybko, że kryształy nie mają czasu na wzrost. Efektem jest szkło wulkaniczne o błyszczącym połysku i łupkowatym przełomie.
Dlaczego pumeks może unosić się na wodzie?
Pumeks zawiera tak wiele zamkniętych pęcherzyków gazu, że jego gęstość objętościowa może być niższa niż wody. Gdy woda dostanie się do sieci porów, kawałek, który kiedyś unosił się na powierzchni, może ostatecznie opaść.
Czym są amygdaloidy w lawie?
Amygdaloidy to dawne pęcherzyki gazu, które później zostały wypełnione minerałami przenoszonymi przez płyny. Do typowych wypełnień należą kalcyt, kwarc, chalcedon, zeolity, chloryt i epidot.
Czy lawa może powstawać pod wodą?
Tak. Wybuchy podwodne są powszechne na grzbietach śródoceanicznych i w oceanicznych obszarach wulkanicznych. Lawa, która wybucha do wody, często tworzy struktury poduszkowe z szklanymi, schłodzonymi brzegami.
Historia powstania w jednym ujęciu
Lawa to widoczny koniec głębokiego procesu geologicznego: skała częściowo się topi, magma unosi się, gazy rozszerzają, a stopiony materiał wydostaje się na powietrze, wodę, lód lub otwartą powierzchnię. Od tego momentu chłodzenie zaczyna przekształcać ruch w teksturę. Bazalt o strukturze sznurkowej, postrzępiona ʻaʻā, lawa poduszkowa, szkło obsydianowe, piana pumeksowa, skała scoria, kopuły, rury, kolumny, pęcherzyki i amygdaloidy to wszystkie zapisy tej samej przemiany: ciepło Ziemi staje się trwałym językiem powierzchni.