Базальт

редактировать

Экструзивная магматическая порода, богатая магнием и железом
Базальт
Магматическая порода
BasaltUSGOV.jpg
Состав
Mafic : плагиоклаз, амфибол и пироксен, иногда фельдшпатоиды и / или оливин.

базальт (US :, UK : ) - это основная экструзивная магматическая порода, образовавшаяся в результате быстрого охлаждения лава, богатая магнием и железом, обнаженная на поверхности планеты земного типа или луны или очень близко к ней. Более 90% всех вулканических пород на Земле составляют базальты, а извержение базальтовой лавы геологами наблюдается примерно на 20 вулканах в год.

Расплавленная базальтовая лава имеет низкую вязкость из-за относительно низкого содержания кремнезема (от 45% до 52%), что приводит к быстро движущимся потокам лавы, которые могут распространяться по большим площадям до охлаждения и затвердевания. Базальты паводка представляют собой толстые толщи множество таких потоков, которые могут охватывать сотни тысяч квадратных километров и составлять самые объемные из всех вулканических образований.

Базальтовые магмы, как полагают, берут свое начало в верхней мантии Земли. Таким образом, химический состав базальтов дает ключ к разгадке условий глубоко в недрах Земли.

Базальт также является важным типом горных пород на других планетных телах в Солнечной системе ; например, лунные моря - это равнины базальтовых потоков лавы, а базальт - обычная порода на поверхности Марса.

Содержание

  • 1 Определение
    • 1.1 Этимология
    • 1.2 Типы
  • 2 Петрология
    • 2.1 Геохимия
    • 2.2 Морфология и текстуры
      • 2.2.1 Субаэральные извержения
        • 2.2.1.1 Столбчатый базальт
      • 2.2.2 Подводные извержения
        • 2.2.2.1 Подушчатые базальты
  • 3 Распространение
    • 3.1 Земля
    • 3.2 Другие тела Солнечной системы
      • 3.2.1 Луна
      • 3.2.2 Венера
      • 3.2.3 Марс
      • 3.2.4 Веста
      • 3.2.5 Ио
  • 4 Изменение базальта
    • 4.1 Выветривание
    • 4.2 Метаморфизм
  • 5 Жизнь в базальтовых породах
  • 6 Использование
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Дополнительная литература
  • 10 Внешние ссылки

Определение

Диаграмма QAPF с базальтовым / андезитовым полем, выделенным желтым цветом. Базальт отличается от андезита SiO 2< 52%. Базальт - это месторождение B по классификации TAS. Столбчатые потоки базальта в Йеллоустонском национальном парке, США

Базальт афанитовый (мелкозернистая) магматическая порода с относительно низким содержанием кремнезема и щелочных металлов. Он содержит менее 10% полевого шпата по объему, при этом не менее 65% породы состоит из полевого шпата в форме плагиоклаза. Это помещает базальт в поле базальт / андезит на диаграмме QAPF. Базальт также отличается от андезита содержанием кремнезема менее 52%. Однако часто невозможно определить минеральный состав вулканических пород из-за их очень мелкого размера зерна, и тогда базальт химически определяется как вулканическая порода с содержанием от 45% до 52% кремнезема и не более 5% щелочи. оксиды металлов. Это помещает базальт в поле B по классификации TAS. Средняя плотность базальта составляет 2,9 г / см.

Базальт обычно имеет цвет от темно-серого до черного из-за высокого содержания авгита или других пироксеновых минералов., но может иметь широкий диапазон оттенков. Некоторые базальты довольно светлые из-за высокого содержания плагиоклаза, их иногда называют лейкобазальтами. Более легкий базальт может быть трудно отличить от андезита, но обычное практическое правило, используемое вне лаборатории, заключается в том, что базальт имеет индекс цвета , равный 35.

Базальт часто порфировидный, содержащий более крупные кристаллы (вкрапленники ), образовавшиеся до экструзии, которая вывела магму на поверхность, внедрившись в более мелкие зернистая матрица . Эти вкрапленники обычно представляют собой авгит, оливин или богатый кальцием плагиоклаз, которые имеют самые высокие температуры плавления среди типичных минералов, которые могут кристаллизоваться из расплава. и поэтому они первыми образуют твердые кристаллы.

Базальт часто содержит пузырьки, образующиеся, когда растворенные газы вырываются из магмы, когда она разлагается при приближении к поверхности, а извергнутая лава затем затвердевает, прежде чем газы могут уйти. Когда везикулы составляют значительную часть объема породы, порода описывается как шлак.

Термин базальт иногда применяется к мелким интрузивным породам с составом, типичным для базальта, но породы этого состава с фанеритовой (более крупной) основной массой более правильно называть диабазом (также называемым долеритом) или, когда более крупнозернистые (кристаллы более 2 мм в диаметре), как габбро. Таким образом, диабаз и габбро являются гипабиссальным и плутоническим эквивалентами базальта.

Столбчатый базальт на холме Сент-Дьёрдь, Венгрия Везикулярный базальт в кратере Сансет, Аризона. квартал США для масштаба.

В хадейском, архейском и раннем протерозойском эоне Земли В истории химический состав изверженных магм значительно отличался от сегодняшнего из-за незрелой коры и астеносферы дифференциации. Эти ультраосновные вулканические породы с содержанием кремнезема (SiO 2) ниже 45% обычно классифицируются как коматииты.

Этимология

Слово «базальт» в конечном итоге происходит от позднелатинских базальтов, неправильного написания латинского basanites «очень твердый камень», который был импортирован из древнегреческого βασανίτης (базаниты), от βάσανος (базанос, пробный камень ") и, возможно, произошел от египетского bauhun" сланца ". Современный петрологический термин «базальт», описывающий особый состав лавовых пород, происходит от его использования Георгием Агриколой в 1546 году в его работе De Natura Fossilium. Агрикола применил «базальт» к вулканической черной скале под замком епископа Мейсена Штольпен, полагая, что это то же самое, что и «базанитен», описанный Плинием Старшим в 77 г. н.э. в Naturalis Historiae.

Типы

Большие массы должны медленно остывать, чтобы сформировать многоугольный узор, как здесь, на Дорога гигантов в Северной Ирландии Колонны базальт около Базальтово, Украина

На Земле большинство базальтовых магм образовалось в результате декомпрессионного плавления мантии. Это может происходить в различных тектонических условиях.

Петрология

Микрофотография шлифа базальта из Базальтова, Украина

Минералогия базальта характеризуется преобладанием кальциевого плагиоклаза полевого шпата и пироксена. Оливин также может быть важным компонентом. Вспомогательные минералы , присутствующие в относительно небольших количествах, включают оксиды железа и оксиды железо-титана, такие как магнетит, ульвошпинель и ильменит. Из-за присутствия таких оксидных минералов базальт может приобретать сильные магнитные сигнатуры при охлаждении, и палеомагнитные исследования широко использовали базальт.

В толеитовом базальте, пироксене (авгит и ортопироксен или пижонит ) и плагиоклазе с высоким содержанием кальция - обычные минералы-вкрапленники. Оливин также может быть вкрапленником и, если он присутствует, может иметь кайму из голубинита. основная масса содержит промежуточный кварц, или тридимит, или кристобалит. Оливиновый толеитовый базальт содержит авгит и ортопироксен или пижонит с большим количеством оливина, но оливин может иметь кайму из пироксена и вряд ли присутствует в основной массе . Базальты океанского дна, первоначально извергавшиеся на срединно-океанических хребтах, известны как MORB (базальты срединно-океанических хребтов) и характеризуются низким содержанием несовместимых элементов.

Щелочные базальты обычно имеют минеральные комплексы, в которых отсутствует ортопироксен, но содержится оливин. Вкрапленники полевого шпата обычно имеют состав от лабрадорита до андезина. Авгит богат титаном по сравнению с авгитом в толеитовых базальтах. Минералы, такие как щелочной полевой шпат, лейцит, нефелин, содалит, флогопит слюда и апатит. может присутствовать в основной массе.

Базальт имеет высокие температуры ликвидуса и солидуса - значения на поверхности Земли близки или превышают 1200 ° C (ликвидус) и около или ниже 1000 ° C (солидус); эти значения выше, чем у других распространенных магматических пород.

Большинство толеитовых базальтов формируется на глубине примерно 50–100 км в мантии. Многие щелочные базальты могут образовываться на больших глубинах, возможно, до 150–200 км. Происхождение высокоглиноземистого базальта продолжает оставаться спорным, существуют разногласия относительно того, является ли он первичным расплавом или получен из других типов базальтов путем фракционирования.

Геохимия

Относительно По сравнению с наиболее распространенными магматическими породами состав базальтов богат MgO и CaO и мало SiO 2 и оксидами щелочных металлов, т.е. Na2O + K2O, что соответствует Классификация TAS.

Базальт обычно имеет состав 45–52 мас.% SiO 2, 2–5 мас.% Общих щелочей, 0,5–2,0 мас.% TiO 2, 5–14 мас.% FeO и 14 мас.% Или более Al2O3. Содержание CaO обычно составляет около 10 мас.%, Содержание MgO обычно составляет от 5 до 12 мас.%.

Высокоглиноземистые базальты содержат 17–19 мас.% Алюминия. 2O3; бониниты содержат магний (MgO) до 15 процентов. Редкие фельдшпатоидные -богатые основные породы, подобные щелочным базальтам, могут иметь содержание Na 2 O + K 2 O на уровне 12% или подробнее.

Содержание лантаноидов или редкоземельных элементов (РЗЭ) может быть полезным диагностическим инструментом, помогающим объяснить историю кристаллизации минералов в виде расплава. охлаждение. В частности, относительное содержание европия по сравнению с другими РЗЭ часто заметно выше или ниже и называется аномалией европия. Он возникает из-за того, что Eu может замещать Ca в полевом шпате плагиоклаза, в отличие от любых других лантаноидов, которые, как правило, образуют только катионы.

базальты Срединно-океанических хребтов (MORB) и их интрузивные эквиваленты, габбро, являются характерными магматическими скалы образовались на срединно-океанических хребтах. Это толеитовые базальты с особенно низким содержанием щелочей и несовместимых элементов-примесей, и они имеют относительно плоские структуры REE, нормированные на мантийные или хондритовые значения. Напротив, щелочные базальты имеют нормализованные структуры с высоким содержанием легких РЗЭ и с большим содержанием РЗЭ и других несовместимых элементов. Поскольку базальт MORB считается ключом к пониманию тектоники плит, его состав хорошо изучен. Хотя составы MORB отличаются от средних составов базальтов, извергнутых в других средах, они не являются однородными. Например, составы меняются в зависимости от положения вдоль Срединно-Атлантического хребта, и составы также определяют различные диапазоны в разных океанских бассейнах. Базальты срединно-океанических хребтов подразделяются на такие разновидности, как нормальные (NMORB) и несколько более обогащенные несовместимыми элементами (EMORB).

Изотопные соотношения элементов, таких как стронций, неодим, свинец, гафний и осмий в базальтах были тщательно изучены, чтобы узнать об эволюции мантия Земли. Изотопные отношения благородных газов, таких как He / He, также имеют большое значение: например, отношения для базальтов варьируются от 6 до 10 для толеитовых базальтов срединно-океанического хребта (нормализованные к атмосферным значениям), но до 15–24 и более для базальтов на океанских островах, которые считаются производными мантийных плюмов.

Материнские породы для частичных расплавов, вероятно, включают как перидотит, так и пироксенит.

Морфология и текстуры

Активный поток базальтовой лавы

Форма, структура и текстура базальта позволяют судить о том, как и где он извергался - например, в море ли во взрывоопасном пепловом извержении или в виде ползучих pāhoehoe лавовых потоков, классический образ гавайских извержений базальтов.

Субаэральные извержения

Базальт, который извергается под открытым небом (то есть субаэрально ), образует три различных типа лавовых или вулканических отложений: шлак ; ясень или шлак (брекчия ); и потоки лавы.

Базальт в верхней части субаэральных потоков лавы и шлаковых конусах часто будет сильно пузырчатым, что придает скале легкую «пенистую» текстуру. Базальтовые золы часто имеют красный цвет, окрашенные окисленным железом из выветрившихся богатых железом минералов, таких как пироксен.

ʻAʻā типы глыбовых, шлаковых и брекчиевых потоков толстых вязких базальтов лава обычна на Гавайях. Пахоехо - очень текучая горячая форма базальта, которая имеет тенденцию образовывать тонкие выступы расплавленной лавы, которые заполняют пустоты и иногда образуют лавовые озера. Лавовые трубы являются обычными чертами извержений пахоехо.

Базальтовые туфы или пирокластические породы встречаются реже, чем базальтовые лавовые потоки. Обычно базальт слишком горячий и текучий, чтобы создать давление, достаточное для образования взрывных извержений лавы, но иногда это происходит из-за захвата лавы внутри вулканического горла и накопления вулканических газов. Так извергался вулкан Мауна-Лоа на Гавайях в 19 веке, как и гора Таравера в Новой Зеландии во время сильного извержения 1886 года. Маар вулканы типичны для небольших базальтовых туфов, образованных взрывным извержением базальта через кору, образуя перрон из смешанной брекчии базальта и вмещающих пород и веер базальтового туфа дальше от вулкана.

Миндалоидная структура характерна для реликтовых пузырьков и красиво кристаллизованных разновидностей цеолитов, кварца или кальцита часто встречаются.

Столбчатый базальт
Дорога гигантов в Северной Ирландии Столбчатый соединенный базальт в Турции Столбчатый базальт на Мыс Столбчатый, Россия

При остывании мощного потока лавы образуются сужающиеся швы или трещины. Если поток охлаждается относительно быстро, возникают значительные силы сжатия. Хотя поток может сжиматься в вертикальном направлении без разрушения, он не может легко справиться с усадкой в ​​горизонтальном направлении, если не образуются трещины; Развивающаяся обширная сеть трещин приводит к образованию колонн. Эти структуры преимущественно шестиугольные в поперечном сечении, но можно наблюдать многоугольники с тремя-двенадцатью или более сторонами. Размер колонн слабо зависит от скорости охлаждения; очень быстрое охлаждение может привести к очень небольшим (<1 cm diameter) columns, while slow cooling is more likely to produce large columns.

подводным извержениям

подушечным базальтам на дне южной части Тихого океана
подушечным базальтам

Когда базальт извергается под водой или попадает в море, контакт с водой гаснет поверхность и лава образуют характерную форму подушки, через которую раскаленная лава разрывается, образуя еще одну подушку. Эта текстура «подушки» очень распространена в подводных базальтовых потоках и является диагностическим признаком подводной среды извержения, когда ее находят в древних породах. Обычно подушки состоят из мелкозернистого ядра со стекловидной коркой и радиального сращивания. Размер отдельных подушек варьируется от 10 см до нескольких метров.

Когда pāhoehoe лава попадает в море, обычно образует подушечные базальты. Однако, когда ʻaʻā входит в океан, он образует литоральный конус, небольшое конусообразное скопление туфовых обломков, образовавшееся, когда блочная лава ʻaʻā входит в воду и взрывается от скопившегося пара <. 387>

Остров Суртсей в Атлантическом океане находится базальтовый вулкан, прорвавший поверхность океана в 1963 году. Начальная фаза извержения Суртсея была очень взрывоопасной, так как магма была довольно текучей, из-за чего порода разлеталась кипящим паром чтобы сформировать конус из туфа и шлака. Впоследствии это перешло к типичному поведению типа «пахоева».

Может присутствовать вулканическое стекло, особенно в виде корок на быстро охлажденных поверхностях лавовых потоков, и обычно (но не исключительно) связано с подводными извержениями.

Подушечный базальт также образуется в результате некоторых подледниковых вулканических извержений.

Распространение

Базальт образует не только большие части земной коры, но и другие части Солнечной системы.

Земля

Базальт - самый распространенный тип вулканической породы на Земле. части земной коры океанических тектонических плит состоят преимущественно из базальта, образовавшегося из восходящей мантии ниже океанских хребтов. Базальт также является основной вулканической породой на многих океанических островах, включая острова Гавайи, Фарерские острова и Реюньон.

Ловушки Параны., Бразилия

Базальт - это порода, наиболее типичная для крупных вулканических провинций. К ним относятся базальты континентальных паводков, самые объемные базальты, обнаруженные на суше. Примеры континентальных паводковых базальтов включают Деканские ловушки в Индии, Chilcotin Group в Британской Колумбии, Канада, ловушки Парана в Бразилии, сибирские ловушки в России, Кару паводковая провинция на юге Африка и плато реки Колумбия в Вашингтоне и Орегон.

Базальты также распространены вокруг вулканических дуг, особенно на тонкой коре.

Древние Докембрийские базальты обычно встречаются только в складчатых и надвиговых поясах и часто сильно метаморфизируются. Они известны как зеленокаменные пояса, поскольку низкосортный метаморфизм базальта дает хлорит, актинолит, эпидот и другие зеленые минералы.

Другие тела в Солнечной системе

Базальт обычно извергается на Ио (третий по величине спутник Юпитера ), и также образовался на Луне, Марсе, Венере и астероиде Веста.

Луна

Лунный оливин базальт, собранный Аполлоном 15 астронавтами

Темные области, видимые на луне Земли, лунной марии, представляют собой равнины базальтовых отложений 353>потоки лавы. Эти породы были отобраны пилотируемой американской программой Apollo, роботизированной российской программой Luna и представлены среди лунных метеоритов.

Лунные базальты принципиально отличаются от своих земных аналогов. с высоким содержанием железа, которое обычно составляет примерно от 17 до 22 мас.% FeO. Они также обладают широким диапазоном концентраций титана (присутствующего в минерале ильменит ) от менее 1 мас.% TiO 2 до примерно 13 мас.%. Традиционно лунные базальты классифицируются в соответствии с содержанием в них титана, причем классы называются высокотитанистыми, низкотитанистыми и очень низкокалорийными. Тем не менее, глобальные геохимические карты титана, полученные в ходе миссии Clementine, демонстрируют, что лунные моря обладают континуумом концентраций титана, и что самые высокие концентрации являются наименее распространенными.

Лунные базальты демонстрируют экзотику текстуры и минералогия, в частности ударный метаморфизм, отсутствие окисления, типичного для наземных базальтов, и полное отсутствие гидратации. Большая часть базальтов Луны извергалась примерно от 3 до 3,5 миллиардов лет назад, но самые старые образцы имеют возраст 4,2 миллиарда лет, а самые молодые потоки, основанные на методе определения возраста кратера., по оценкам, извержение произошло всего 1,2 миллиарда лет назад.

Венера

С 1972 по 1985 год пять Venera и два VEGA посадочные аппараты успешно достигли поверхности Венеры и провели геохимические измерения с использованием рентгенофлуоресцентного и гамма-анализа. Полученные результаты согласуются с тем, что порода в местах приземления является базальтами, включая как толеитовые, так и высокощелочные базальты. Считается, что десантные аппараты приземлились на равнинах, радарные признаки которых являются следами базальтовых потоков лавы. Они составляют около 80% поверхности Венеры. Некоторые места демонстрируют высокую отражательную способность, соответствующую неответренному базальту, что указывает на базальтовый вулканизм в течение последних 2,5 миллионов лет.

Марс

Базальт также является обычным камнем на поверхности Марса, как определено на основе данных, отправленных с поверхности планеты, и марсианских метеоритов.

Веста

Анализ изображений Весты с космического телескопа Хаббл предполагает, что у этого астероида есть базальтовая кора. покрыт брекчированным реголитом, полученным из коры. Данные наземных телескопов и данные миссии Рассвет предполагают, что Веста является источником метеоритов HED, которые имеют базальтовые характеристики.

Io

Лавовые потоки представляют собой крупный вулканический ландшафт на Ио. Анализ изображений космического корабля "Вояджер" привел ученых к мысли, что эти потоки состояли в основном из различных соединений расплавленной серы. Однако последующие наземные инфракрасные исследования и измерения с космического корабля «Галилео» показывают, что эти потоки состоят из базальтовой лавы от основного до ультраосновного состава. Этот вывод основан на измерениях температуры «горячих точек» Ио, или мест теплового излучения, которые предполагают температуры не менее 1300 К, а некоторые даже 1600 К. Первоначальные оценки, предполагающие, что температуры извержения приближаются к 2000 К, с тех пор оказались завышенными, потому что для моделирования температур использовались неправильные тепловые модели.

Изменение базальта

Выветривание

По сравнению с другими породами, обнаруженными на поверхности Земли, обнаженные поверхности обнажений базальта относительно быстро выветривается в воде и воздухе из-за окисления богатых железом минералов до гематита или других оксидов и гидроксидов железа, окрашивая породу от коричневого до ржаво-красного цвета.

Химическое выветривание также высвобождает легко растворимые в воде катионы, такие как кальций, натрий и магний, которые придают базальтовым областям сильную буферную способность против подкисление. Кальций, выделяемый базальтами, связывает CO2 из атмосферы, образуя CaCO 3, действуя таким образом как ловушка CO 2.

Метаморфизм

Метаморфизованный базальт из Архейский зеленокаменный пояс в Мичигане, США. Минералы, придавшие исходному базальту черный цвет, были преобразованы в зеленые минералы.

Сильная температура или большое давление превращают базальт в его эквиваленты метаморфической породы. Базальты являются важными породами в метаморфических регионах, потому что они могут предоставить жизненно важную информацию об условиях метаморфизма, которые затронули этот регион.

Метаморфизованные базальты являются важными хозяевами для различных гидротермальных руды, включая месторождения золота, меди и вулканогенных массивных сульфидов.

Жизнь в базальтовых породах

Общие особенности коррозии подводных вулканических базальтов предполагают, что микробная активность может играть роль значительная роль в химическом обмене между базальтовыми породами и морской водой. Значительные количества восстановленного железа Fe (II) и марганца Mn (II), присутствующие в базальтовых породах, являются потенциальными источниками энергии для бактерий. Некоторые бактерии, окисляющие Fe (II), культивируемые с поверхности сульфида железа, также способны расти на базальтовых породах в качестве источника Fe (II). Бактерии, окисляющие железо и марганец, были выращены из выветрившихся подводных базальтов подводной горы Лойхи. Влияние бактерий на изменение химического состава базальтового стекла (и, таким образом, океанической коры ) и морской воды предполагает, что эти взаимодействия могут привести к применению гидротермальных источников в происхождение жизни.

Использует

Базальт используется в строительстве (например, в качестве строительных блоков или в качестве основы ), для изготовления булыжников (из столбчатого базальта) и в изготовлении статуй. Нагревание и экструзия базальта дает каменную вату, которая потенциально может быть отличным теплоизолятором.

Связывание углерода в базальте было изучено как средство удаления двуокись углерода, производимая в результате индустриализации человека, из атмосферы. Подводные базальтовые отложения, разбросанные в морях по всему земному шару, обладают дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что вода служит барьером для повторного выброса CO 2 в атмосферу.

См. Также

  • Базальтовая веерная структура - Горная порода, состоящая из столбчатых соединенных базальтовых колонн, оседающих в веерообразную форму
  • Базальтовое волокно - Структурные волокна, сплетенные из расплавленного базальта
  • Горячие точки (геология) - Вулканические регионы, которые, как считается, питаются подстилающей мантией, которая аномально горячая по сравнению с окружающей мантией
  • Плутонизм
  • Полибарическое плавление
  • Щитовой вулкан - Низкопрофильный вулкан обычно почти полностью сформирован из потоков текучей лавы
  • Спилит - Мелкозернистая магматическая порода, образовавшаяся в результате изменения океанического базальта
  • Сидеромелан - Стекловидное базальтовое вулканическое стекло
  • Вулкан - разрыв в коре объекта планетарной массы, который позволяет горячая лава, вулканический пепел и газы, уходящие из магматического очага под поверхностью

Ссылки

Далее r чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Базальтом.
Викиисточник содержит текст статьи Британской энциклопедии 1911 года Базальт.
Последняя правка сделана 2021-05-11 13:41:14
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте