Geologia skał magmowych

System albit-anortyt

Większość typowych minerałów występujących w skałach magmowych to fazy w roztworze stałym. Należą do nich skaleń oliwinu, piroksenu, amfibolu, biotytu i plagioklazy. Zachowanie krystalizacji najlepiej ilustruje użycie NaAlSi ₃ O ₈ (albit lub Ab) –CaAl ₂ Si ₂ O ₈Układ plagioklazy (anorthite lub An) pokazany na rycinie 4. Rozważ płyn o składzie L (60 procent An + 40 procent Ab), który ma temperaturę początkową 1500 ° C. Po schłodzeniu zacznie krystalizować plagioklazę z 85 procentami An (punkt P na solidusie) w temperaturze likwidusu około 1470 ° C. W miarę dalszego chłodzenia, ciecz będzie przesuwać się w dół likwidusu w kierunku B, jednocześnie reagując w sposób ciągły z wcześnie utworzoną plagioklazą, aby przekształcić ją w jednorodną plagioklazę, która jest bardziej albityczna i w równowadze z cieczą. Na przykład, gdy ciecz osiągnie A, w 1400 ° C, około 65 procent plagioklazy z około 73 procentami An (punkt O na solidusie) krystalizuje z cieczy, która obecnie wynosi około 36 procent An i 64 procent Ab. Wreszcie, gdy osiągnięta zostanie temperatura około 1330 ° C (B na rysunku), ostatnia mała ilość cieczy o składzie 20 procent An + 80 procent Ab jest zużywana w reakcji i jednorodna plagioklaza 60 procent An + 40 procent Ab pozostaje (punkt S). Rozważmy teraz przypadek, w którym ciecz nie reaguje z wcześnie utworzoną plagioklazą. Można to osiągnąć przez fizyczne usunięcie plagioklazy natychmiast po jej utworzeniu lub przez schłodzenie cieczy szybciej niż proces reakcji może zużyć plagioklazę. Ciecz teoretycznie może osiągnąć czystą kompozycję Ab w 1100 ° C, gdzie zniknie w krystalizującym albicie. Cały zakres kompozycji plagioklazów od An ₈₄ do An ₀₀ zostanie zachowany w procesie chłodzenia.

Seria reakcji Bowena

Te dwa przykłady ilustrują dwie główne reakcje, które zachodzą podczas krystalizacji zwykłych magm, jedną nieciągłą (reakcja oliwinu-ciecz-piroksen), a drugą ciągłą (reakcja plagioklazy-cieczy). Zostało to rozpoznane po raz pierwszy przez amerykańskiego petrologa Normana L. Bowena, który ułożył reakcje w formie pokazanej na rycinie 5; na jego cześć seria minerałów została nazwana serią reakcji Bowena. Lewa gałąź układu w kształcie litery Y składa się z nieciągłej serii, która zaczyna się od oliwinu w najwyższej temperaturze i przechodzi przez piroksen, amfibol i biotyt wraz ze spadkiem temperatury. Ta seria jest nieciągła, ponieważ reakcja zachodzi w ustalonej temperaturze pod stałym ciśnieniem, przy czym wcześnie utworzony minerał przekształca się w bardziej stabilny kryształ. Każdy minerał w serii ma inną strukturę krzemianową, która wykazuje zwiększoną polimeryzację wraz ze spadkiem temperatury; oliwin należy do typu struktury krzemianowej wyspy; piroksen, łańcuch; amfibol, podwójny łańcuch; i biotyt, arkusz. Z drugiej strony prawą gałęzią jest ciągła seria reakcji, w której plagioklaza stale reaguje z cieczą, tworząc fazę bardziej albityczną wraz ze spadkiem temperatury. W obu przypadkach ciecz jest zużywana w reakcji. Gdy dwie serie reakcji zbiegają się w niskiej temperaturze, minerały, które nie będą reagować z pozostałą cieczą zbliżają się do krystalizacji eutektycznej. Skaleń potasu, muskowit i kwarc są krystalizowane. Fazy, które najpierw krystalizują, są powszechnymi minerałami składającymi się na bazalt lub gabro, takimi jak bytownit lub labradoryt z piroksenem i niewielkimi ilościami oliwinu. Minerały andezytu lub diorytu, takie jak andezyna z piroksenem lub amfibolem, krystalizują następnie, a następnie ortoklazę i kwarc, które są niezbędnymi składnikami ryolitu lub granitu. Ciecz bazaltowa na górze Y może zejść na dół szeregu, aby krystalizować kwarc tylko wtedy, gdy zapobiegnie się wcześniejszym reakcjom. Jak wykazano powyżej, całkowite reakcje między wcześnie utworzonymi minerałami i cieczą wyczerpują dopływ cieczy, ograniczając w ten sposób postęp w dół szeregu. Jednym ze środków, za pomocą których magmę bazaltową można przekształcić w skały znajdujące się niżej w szeregu, jest krystalizacja frakcyjna. W tym procesie wcześnie utworzone minerały są usuwane z cieczy grawitacyjnie (takie minerały jak oliwin i piroksen są gęstsze niż ciecz, z której skrystalizowały), więc nieprzereagowana ciecz pozostaje później w szeregu.