岩浆是怎么形成的?
岩浆是一种高温熔融物质,多产生于下地壳和上地幔区域,源区深度可从30km一直延伸到250km(图2)。在板块边缘,由于洋壳俯冲使洋壳及其附着物质被带到深处,在高温高压作用下发生脱水产生,上覆板片受流体的影响发生部分熔融产生岩浆(图2中火山弧下部的区域)。在板块内部,深部的地幔热对流运动,会使部分沉入地幔中的物质发生部分熔融形成岩浆物质,形成起源于软流圈或者下地幔、向上穿透岩石圈的热的地幔物质柱状体,即地幔柱(图2中的热柱)。地幔柱物质漏出地表时则形成火山喷发。地幔柱成因的岩浆,起源深度可达700km。
图2 岩浆成因模式图
按照SiO2含量,岩浆可分为超基性岩浆(SiO2<45%)、基性岩浆(45%<SiO2<52%)、中性岩浆(52%<SiO2<65%)、酸性岩浆(SiO2>65%)。随着岩浆中SiO2含量的升高,熔点逐渐降低,基性岩浆熔点可达1400℃,中性岩浆熔点为1300-1350℃,酸性岩浆熔点约为800℃,然而有些演化程度非常高的钨锡矿床成矿花岗岩,熔点可降低到600-550℃。
岩浆具有粘性,化学成分中SiO2含量越低,粘性越小;岩浆温度越高,岩浆的粘性越小;岩浆中的水、气体等挥发分物质越少,粘性越小。岩浆随着结晶分异作用的进行,从基性向酸性演化,这个过程中伴随温度降低、挥发性组份含量升高、SiO2含量升高,也即粘性越来越大。粘性越大,岩浆越不易流动。
岩浆形成后,从深部向前部运移,喷出地表的,凝固后形成火山岩(又叫喷出岩);在运移过程中就凝固的,形成侵入岩。火山岩和侵入岩化学成分可以相同,也即都有超基性、基性、中性、酸性之分,只是因形成的过程不同,造成矿物结构不同。大家熟知的火山喷发作用,是指火山作用,形成的岩石均为火山岩。
火山爆发后 岩浆可能缓缓流动吗?
岩浆喷发有两种形式,中心式喷发和裂隙式喷发。中心式喷发指岩浆沿管状通道上涌,从火山口溢出,形成锥式外形,顶部形成火山口,如富士山。酸性岩浆常呈中心式喷发。裂隙式喷发是指岩浆沿地壳的狭长裂缝溢出,不形成火山锥,岩浆呈漫涌状,基性岩浆常呈裂隙式喷发。侏罗纪世界中的火山喷发就是后者。
酸性岩浆形成的火山,内部挥发分含量高,且温度低,挥发分会由超临界流体转化为气体,形成大量气泡聚集在火山锥上部,加之岩浆粘性大,上部岩浆先固结,如瓶塞装堵塞火山通道,致使下部气体和岩浆无法溢出。气体压力大于上覆岩石的静岩压力时,地下某一深度会发生爆炸,致使上部冷凝、半冷凝的岩石和熔融态的岩浆,一并激烈喷发。因此,中心式喷发,也即具有锥状的火山,喷发时常伴随激烈的爆照、喷溅的岩浆滴和大量的火山灰(图3)。
图3 喷发激烈的锥形火山
岩浆成分越偏基性,岩浆温度越高,粘性越小,流动性越好。流动性较好的基性岩浆在喷发时,岩浆中的挥发分物质可以溢出,因此不会形成强烈爆炸,也不会形成固体物质,很少形成火山灰,岩浆呈涌流状外溢。
在陆地上,基性岩浆流出后,地表温度降低,由于岩浆本身传热性较差,常出现表面凝固而内部熔融的状态。由于表面冷凝收缩力和内部熔体流动性的张力,使岩浆扭曲变形形成绳状、辫状。熔岩在凝固过程中,表现形成无数冷凝中心,并围绕中心形成六边形节理,节理进一步发育,则可切割整个岩石,形成壮观的柱状节理玄武岩群。济州岛也是典型的柱状玄武岩地貌(图4),奇特的外形和让人震撼的规模,也使柱状玄武岩成为影视作品中的常客(图5)。在海底喷发的基性岩浆,由于海水压力流动性差,常形成枕状。
图4 韩国济州岛的柱状玄武岩
图5 《驯龙高中2》中柱状玄武岩
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