Войти
Магматическая вода, также известная как ювенильная вода, представляет собой водную фазу в равновесии с минералами, которые были растворены магмой глубоко в земной коре и выбрасываются в атмосферу во время извержения вулкана. Он играет ключевую роль в оценке кристаллизации магматических пород, особенно силикатов, а также реологии и эволюции магматических очагов. Магма состоит из минералов, горных пород и летучих органических соединений ( ЛОС ) в различных относительных количествах. Магматическая дифференциация значительно варьируется в зависимости от различных факторов, в первую очередь от наличия воды. Обилие ЛОС в магматических очагах снижает вязкость и приводит к образованию минералов, содержащих галогены, включая группы Cl - и OH -. Кроме того, относительное содержание ЛОС варьируется в пределах базальтовых, андезитовых и риолитовых магматических очагов, что приводит к тому, что некоторые вулканы являются более взрывоопасными, чем другие. Магматическая вода практически нерастворима в силикатных расплавах, но продемонстрировала наибольшую растворимость в риолитовых расплавах. Было показано, что обилие магматической воды приводит к сильной деформации, изменяя количество δ 18 O и δ 2 H во вмещающих породах.
Магма существует в трех основных формах, различающихся по составу. Когда магма кристаллизуется в земной коре, она образует экструзионную магматическую породу. В зависимости от состава магмы она может образовывать риолит, андезит или базальт. ЛОС, особенно вода и углекислый газ, существенно влияют на поведение каждой из форм магмы по-разному. , Магма с высокой концентрацией летучих органических соединений имеют значительное снижение температуры до сотен градусов, что снижает ее характеристическую вязкость. Поведение магмы также изменяется из-за различий в минералогическом составе, что показано на Рисунке 1. Например, магматическая вода приводит к кристаллизации нескольких минералов, богатых гидроксильными или галогенированными группами, включая гранаты. Анализ этих минералов может быть использован для анализа условий образования внутри каменистых планет. ,
Рисунок 1. Минералогический состав риолитовых, андезитовых и базальтовых магм. ЛОС присутствуют почти во всей магме в разных концентрациях. Примеры ЛОС в магме включают H 2 O, CO 2 и галогеновые газы, включая Cl 2 и F 2. Высокое давление позволяет этим летучим компонентам оставаться относительно стабильными в растворе. Однако со временем, когда магматическое давление снижается, ЛОС будут подниматься из раствора в газовой фазе, еще больше уменьшая магматическое давление. Эти перепады давления вызывают резкие различия в объеме магмы. Разница давлений приводит к тому, что одни формы вулканов становятся взрывоопасными, а другие - изверженными.
Примером минерала, содержащего гидроксильные группы, является гранат. Гранат - безводный минерал, обычно анализируемый в рамках геологических дисциплин из-за его общей стабильности. Одно исследование проанализировало присутствие гранатов в верхней мантии с помощью ИК-спектроскопии и показало поглощение примерно при 3500 см -1, что согласуется с присутствием гидроксильных групп. Было показано, что эти гранаты различаются по составу в зависимости от их географического происхождения. Одно конкретное исследование в южной части Африки определило концентрации в диапазоне от 1 ppm до 135 ppm. Однако это значительно ниже, чем содержание гидроксила в таких регионах, как плато Колорадо. Также было продемонстрировано, что существует обратная корреляция относительно концентрации ОН и Mg + Fe.
Базальтовая магма наиболее богата железом, магнием и кальцием, но меньше всего кремнеземом, калием и натрием. , Состав диоксида кремния в пределах базальтовых диапазонов магмы из 45-55 весовых процентов (мас.%), Или массовой доли видов. Он образуется при температуре примерно от 1830 ° F до 2200 ° F. , Базальтовой магмы имеет самое низкое содержание летучих органических соединений и вязкость, но по- прежнему может быть до 100000 раз более вязкой, чем вода. Из-за низкой вязкости это наименее взрывоопасная форма магмы. Базальтовая магма может быть найдена в таких регионах, как Гавайи, известные своими щитовыми вулканами. ,
Он образует минералы, такие как богатый кальцием полевой шпат плагиоклаза и пироксен. Состав воды базальтовой магмы меняется в зависимости от эволюции магматического очага. Дуговые магмы, такие как Изару в Коста-Рике, составляют от 3,2 до 3,5 мас.%.
Андезитовая магма представляет собой промежуточную магму и приблизительно равномерно распределена по железу, магнию, кальцию, натрию и калию. , Композиция диоксида кремния андезитовых магм колеблется от 55 -. 65% мас. Он образуется при температуре примерно от 1470 ° F до 1830 ° F. , Андезитовая магма имеет промежуточную вязкость и содержание ЛОС. Он образует такие минералы, как полевой шпат плагиоклаза, слюда и амфибол.
Риолитовых магма фельзические и наиболее распространенным в диоксид кремния, калия и натрия, но самый низкий в железо, магний и кальций. , Композиция диоксида кремния риолитовой магмы колеблется от 65-75 мас.%. Он образуется в диапазоне самых низких температур, примерно от 1200 ° F до 1470 ° F. , Риолитовая магма имеет самую высокую вязкость и газоносность. Риолитовая магма вызывает самые взрывные извержения вулканов, включая катастрофическое извержение горы Везувий. Он образует минералы, такие как полевой шпат ортоклаза, богатый натрием полевой шпат плагиоклаза, кварц, слюда и амфибол.
На осаждение минералов влияет растворимость в воде силикатных расплавов, которая обычно существует в виде гидроксильных групп, связанных с Si 4+ или катионами группы 1 и группы 2 в концентрациях в диапазоне приблизительно 6-7 мас. %. В частности, при равновесии H 2 O и растворенного O 2 образуются гидроксиды, где K eq составляет приблизительно от 0,1 до 0,3.
Эта присущая растворимость мала, но сильно зависит от давления в системе. Риолитовые магмы обладают самой высокой растворимостью: от примерно 0% на поверхности до почти 10% при 1100 ° C и 5 кбар. Дегазация происходит, когда водная магма поднимается, постепенно превращая растворенную воду в водную фазу. Эта водная фаза обычно богата летучими органическими соединениями, металлами ( медью, свинцом, цинком, серебром и золотом ), а также катионами группы 1 и группы 2. В зависимости от того, с каким катионом связан гидроксил, он значительно влияет на свойства извержения вулкана, особенно на его взрывоопасность. В условиях необычно высокой температуры и давления, превышающих 374 ° C и 218 бар, вода переходит в сверхкритическое жидкое состояние и больше не становится жидкостью или газом.
Изотопные данные из различных мест в пределах Срединно-Атлантического хребта показали присутствие интрузивных магматических пород от основного до кислого, включая габбро, диорит и плагиогранит. Эти породы показали высокий метаморфизм из-за магматической воды, превышающей 600 ° C. Эта деформация истощила вмещающие породы 18 O, что привело к дальнейшему анализу отношения 18 O к 16 O ( δ 18 O ).
Вода в равновесии с магматических расплавов должны иметь один и тот же изотопный подпись для 18 O и δ 2 H. Однако изотопные исследования магматической воды показали, что она похожа на метеорную воду, что указывает на циркуляцию магматических и метеорных систем подземных вод.
Изотопные анализы флюидных включений показывают широкий диапазон содержания δ 18 O и δ 2 H. Исследования в этих средах показали обилие 18 O и истощение 2 H по сравнению с SMOW и метеорными водами. Данные по включению флюидов в рудных месторождениях показали, что содержание δ 18 O по сравнению с δ 2 H находится в ожидаемом диапазоне.
