Базальт - Basalt

Базальт
Вулканическая порода
BasaltUSGOV.jpg
Сочинение
Основные : плагиоклаз , амфибол и пироксен , иногда фельдшпатоиды или оливин .

Базальтовое ( США : / б ə с ɔː л т , б ы ɒ л т / , Великобритания : / б æ с ɔː л т , б æ с əl т / ) является мафит экструзивно магматическая порода образована из быстрое охлаждение лавы, богатой магнием и железом, обнаженной на или очень близко к поверхности планеты земного типа или луны. Более 90% всех вулканических пород на Земле составляют базальты, а извержение базальтовой лавы геологами наблюдается примерно на 20 вулканах в год. Базальт также является важным типом горных пород на других планетных телах Солнечной системы ; например, лунные моря - это равнины паводковых потоков базальтовой лавы, а базальт - обычная скала на поверхности Марса .

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 на большие площади до охлаждения и затвердевания. Базальты паводков представляют собой мощные толщи множества таких потоков, которые могут покрывать сотни тысяч квадратных километров и представляют собой самые объемные из всех вулканических образований.

Считается, что базальтовые магмы берут свое начало в верхней мантии Земли . Таким образом, химический состав базальтов дает ключ к разгадке условий глубоко в недрах Земли.

Определение

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

Базальт - это афанитовая (мелкозернистая) магматическая порода с относительно низким содержанием кремнезема и щелочных металлов . Из его общего содержания кварца , полевого шпата , и фельдшпатоида (QAPF), менее 10% по объему составляет фельдшпатоида и менее чем 20% кварца , с плагиоклазовых составляющих по меньшей мере 65% своего полевого шпата контента. 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 2,9 г / см 3 .

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

Базальт часто бывает порфировидным , содержит более крупные кристаллы ( вкрапленники ), образовавшиеся до экструзии, которая вывела магму на поверхность, заключенных в более мелкозернистую матрицу . 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, следовательно, первыми образуют твердые кристаллы.

Базальт часто содержит пузырьки , образующиеся, когда растворенные газы пузыряются из магмы, когда она разлагается во время приближения к поверхности, а извергнутая лава затем затвердевает, прежде чем газы могут выйти. Когда везикулы составляют значительную часть объема породы, она описывается как шлак .

Термин базальт иногда применяется к мелким интрузивным породам с составом, типичным для базальтов, но породы этого состава с фанеритовой (более крупной ) основной массой более правильно называть диабазом (также называемым долеритом) или, когда он более крупнозернистым ( кристаллы диаметром более 2 мм), как габбро . Таким образом, диабаз и габбро являются гипабиссальными и плутоническими 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 эонах истории Земли химический состав изверженных магм значительно отличался от сегодняшнего из-за незрелой дифференциации земной коры и астеносферы . Эти ультраосновные вулканические породы с содержанием кремнезема (SiO 2 ) ниже 45% обычно классифицируются как коматииты .

Этимология

Слово «базальт», в конечном счете происходит от позднего латинского basaltes , опечатка в Латинской базанитов «очень твердый камень», который был импортирован из Древнегреческий βασανίτης ( базанитов ), из βάσανος ( basanos , « пробный камень »). 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 Столпена епископа Мейсена , полагая, что это то же самое, что и «базальт», описанный Плинием Старшим в 77 г. н.э. в Naturalis Historiae .

Типы

Большие массы должны медленно остывать, чтобы сформировать многоугольный узор стыка, как здесь, на Мостовой гиганта в Северной Ирландии.
Колонны из базальта возле Базальтово , Украина

На Земле, большинство базальтовые магмы образуется декомпрессионного плавления в мантии . Это может происходить в различных тектонических условиях.

Петрология

Микрофотография из тонкой части базальта из Bazaltove, Украина

Минералогия базальта характеризуется преобладанием кальциевого полевого шпата плагиоклаза и пироксена . Оливин также может быть важным компонентом. Вспомогательные минералы, присутствующие в относительно небольших количествах, включают оксиды железа и оксиды железа-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 пироксен ( авгит и ортопироксен или пижонит ) и богатый кальцием плагиоклаз являются обычными минералами-вкрапленниками. Оливин также может быть вкрапленником и, если присутствует, может иметь кайму из голубинита. Основная масса содержит интерстициальный кварц, тридимит или кристобалит . Оливиновый толеитовый базальт содержит авгит и ортопироксен или пижонит с большим количеством оливина, но оливин может иметь каймы пироксена и вряд ли присутствует в основной массе .

Щелочные базальты обычно имеют минеральные ассоциации, 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. В основной массе могут присутствовать такие минералы, как щелочной полевой шпат , лейцит , нефелин , содалит , флогопит слюда и апатит .

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

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

Геохимия

По сравнению с наиболее распространенными магматическими породами состав базальтов богат MgO и CaO и низким содержанием SiO 2 и оксидов щелочных металлов, т.е. Na 2 O + K 2 O , что соответствует их классификации 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 Al 2 O 3 . Содержание CaO обычно составляет около 10 мас.%, А содержание MgO обычно находится в диапазоне от 5 до 12 мас.%.

В высокоглиноземистых базальтах содержание алюминия составляет 17–19 мас.% Al 2 O 3 ; бониниты содержат до 15 процентов магния (MgO). Редкие фельдшпатоидных -Rich мафические породы, сродни щелочных базальтов, могут иметь Na 2 O + K 2 O содержание 12% или более.

Содержание лантаноидов или редкоземельных элементов (РЗЭ) может быть полезным диагностическим инструментом, помогающим объяснить историю кристаллизации минералов при охлаждении расплава. В частности, относительное содержание европия по сравнению с другими РЗЭ часто заметно выше или ниже и называется аномалией европия . Это происходит потому, что Eu 2+ может замещать Ca 2+ в полевом шпате плагиоклаза, в отличие от любого другого лантаноида, который имеет тенденцию образовывать только катионы 3+ .

Базальты срединно-океанических хребтов (MORB) и их интрузивные эквиваленты, габбро, представляют собой характерные магматические породы, образовавшиеся на срединно-океанических хребтах. Это толеитовые базальты с особенно низким содержанием щелочей и несовместимых микроэлементов, и они имеют относительно плоские структуры REE, нормированные на значения мантии или хондрита . 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 разные диапазоны в разных океанских бассейнах. Базальты срединно-океанических хребтов подразделяются на такие разновидности, как нормальные (NMORB) и несколько более обогащенные несовместимыми элементами (EMORB).

Изотопные отношения таких элементов , как стронций , неодим , свинец , гафний и осмий в базальтах, были тщательно изучены, чтобы узнать об эволюции мантии Земли . Изотопные отношения благородных газов , таких как 3 He / 4 He, также имеют большое значение: например, отношения для базальтов колеблются от 6 до 10 для толеитовых базальтов срединно-океанического хребта (нормированные на атмосферные значения), но до 15–24 и многое другое для базальтов океанических островов, которые, как считается, образовались из мантийных плюмов .

Материнские породы для частичных расплавов, образующих базальтовую магму, 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, в результате взрывного пеплового извержения или в виде ползучих потоков лавы пахоева , классического образа гавайских извержений базальта.

Субаэральные извержения

Базальт, который извергается под открытым небом (то есть субаэрально ), образует три различных типа лавовых или вулканических отложений: шлак ; зола или золы ( 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, окрашенный окисленным железом из выветрившихся богатых железом минералов, таких как пироксен .

'A'ā виды блочной, окалины и брекчией потоки густой, вязкой базальтовой лавы распространены в Hawai'i. Пахоехо - это очень текучая горячая форма базальта, которая имеет тенденцию образовывать тонкие выступы расплавленной лавы, которые заполняют пустоты, а иногда образуют лавовые озера . Лавовые трубки - обычное явление при извержениях пахоехо.

Базальтовый туф или пирокластические породы встречаются реже, чем потоки базальтовой лавы. Обычно базальт слишком горячий и текучий, чтобы создать достаточное давление для образования взрывных извержений лавы, но иногда это происходит из-за захвата лавы внутри вулканического горла и накопления вулканических газов . Гавайев в Мауна Лоа произошло извержение вулкана, таким образом , в 19 - м веке, как и Таравера , Новой Зеландии в 1886 году насильственной извержение. Вулканы Маара типичны для небольших базальтовых туфов, образованных взрывным извержением базальта через кору, образуя перрон из смешанных базальтовых и вмещающих брекчий и веер базальтовых туфов дальше от вулкана.

Миндалоидная структура характерна для реликтовых везикул , часто встречаются красиво кристаллизованные разновидности цеолитов , кварца или кальцита .

Столбчатый базальт
Дорога гигантов в Северной Ирландии
Базальт столбчатый сочлененный в Турции
Столбчатый базальт на мысе Столбчатый , Россия

Во время остывания толстого лавового потока 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 маленьким (<1 см в диаметре) колонкам, в то время как медленное охлаждение с большей вероятностью приведет к образованию больших колонок.

Подводные извержения

Подушка из базальта на морском дне южной части Тихого океана
Подушка базальтовая

Когда базальт извергается под водой или впадает в море, контакт с водой охлаждает поверхность, и лава образует характерную форму подушки , через которую раскаленная лава прорывается, образуя еще одну подушку. Эта текстура «подушки» очень распространена в подводных базальтовых потоках и является диагностическим признаком подводной среды извержения, когда ее обнаруживают в древних породах. Подушки обычно состоят из мелкозернистой сердцевины со стекловидной коркой и имеют радиальное соединение. Размер индивидуальных подушек варьируется от 10 см до нескольких метров.

Когда лава пахоева попадает в море, она обычно образует подушечные базальты. Однако, когда « аа» входит в океан, он образует литоральный конус , небольшое скопление туфового мусора в форме конуса , образовавшееся, когда блочная лава « аа» входит в воду и взрывается из скопившегося пара.

Остров Сертси в Атлантическом океане представляет собой базальтовый вулкан, прорвавший поверхность океана в 1963 году. Начальная фаза извержения Сертси была очень взрывоопасной, так как магма была довольно текучей, в результате чего порода была разнесена кипящим паром с образованием конус из туфа и шлака. Впоследствии это перешло в типичное поведение типа пахоева.

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

Подушечный базальт также образован некоторыми подледниковыми вулканическими извержениями.

Распределение

Базальт не только формирует большие части земной коры, но и встречается в других частях Солнечной системы.

Земля

Базальт - самый распространенный тип вулканической породы на Земле. В коровых часть океанических тектонических плит состоят в основном из базальта, получает из апвеллинга мантии ниже океанических хребтов . Базальт также является основной вулканической породой на многих океанических островах , включая острова Гавайи , Фарерские острова и Реюньон .

Базальт - это порода, наиболее типичная для крупных вулканических провинций . К ним относятся базальты континентальных паводков , самые объемные базальты на суше. Примеры континентальных паводковых базальтов включают в себя ловушки Декана в Индии , группу Чилкотин в Британской Колумбии , Канаде , ловушки Парана в Бразилии, сибирские ловушки в России , базальтовую провинцию Кару в Южной Африке и плато реки Колумбия в Вашингтоне и США. Орегон .

Базальт также распространен 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 , потому что при низком метаморфизме базальта образуются хлорит , актинолит , эпидот и другие зеленые минералы.

Другие тела в Солнечной системе

Базальт обычно извергается на Ио (третьем по величине спутнике Юпитера ), а также образовывался на Луне , Марсе , Венере и астероиде Веста .

Луна

Лунный оливиновый базальт, собранный астронавтами Аполлона-15

Темные области, видимые на Луне Земли , лунные моря , представляют собой равнины паводковых потоков базальтовой лавы. Эти породы были отобраны пилотируемой программой American Apollo , роботизированной программой Russian Luna и представлены среди лунных метеоритов .

Лунные базальты отличаются от своих земных собратьев главным образом высоким содержанием железа, которое обычно составляет от 17 до 22 мас.% FeO. Они также обладают широким диапазоном концентраций титана (присутствующего в минерале ильмените ) 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 «Клементина», демонстрируют, что в лунных водах наблюдается континуум концентраций титана, и что самые высокие концентрации являются наименее распространенными.

Лунные базальты демонстрируют экзотические текстуры и минералогию, особенно 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 кратеров , извержены только 1,2 миллиарда. много лет назад.

Венера

С 1972 по 1985 год пять космических аппаратов « Венера» и два аппарата ВЕГА 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 сильно щелочные базальты. Считается, что десантные аппараты приземлились на равнинах, радарные признаки которых являются следами базальтовых потоков лавы. Они составляют около 80% поверхности Венеры. Некоторые местоположения показывают 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 , согласно данным, полученным с поверхности планеты, и марсианским метеоритам .

Веста

Анализ изображений Весты космическим телескопом Хаббла предполагает, что у этого астероида есть базальтовая кора, покрытая брекчированным реголитом, образовавшимся из коры. Данные наземных телескопов и миссии Dawn предполагают, что Веста является источником метеоритов HED , которые имеют базальтовые характеристики.

Ио

Лавовые потоки представляют собой крупный вулканический ландшафт 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 до 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 выходов базальта относительно быстро выветриваются 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 подкисления . Кальций, выделяемый базальтами, связывает CO 2 из атмосферы, образуя CaCO 3, действуя таким образом как ловушка для CO 2 .

Метаморфизм

Метаморфизованный базальт из архейского зеленокаменного пояса в Мичигане, США. Минералы, придавшие исходному базальту черный цвет, превратились в минералы зеленого цвета.

Сильная жара или большое давление превращают базальт в его метаморфические эквиваленты горных пород . Базальты являются важными породами в метаморфических регионах, потому что они могут предоставить жизненно важную информацию об условиях метаморфизма , которые повлияли на этот регион.

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

Жизнь на базальтовых породах

Общие особенности коррозии подводных вулканических базальтов предполагают, что микробная активность может играть значительную 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 в выветрившихся подводных базальтах подводной горы Лоихи . 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 для происхождения жизни .

Использует

Базальт используется в строительстве (например, в качестве строительных блоков или в качестве основы ), для изготовления булыжников (из столбчатого базальта) и для изготовления статуй . При нагревании и экструдировании базальта образуется каменная вата , которая потенциально может стать отличным теплоизоляционным материалом .

Связывание углерода в базальте изучается как средство удаления из атмосферы углекислого газа, образующегося в результате индустриализации человека. Подводные базальтовые отложения, разбросанные в морях по всему земному шару, имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что вода служит барьером для повторного выброса CO 2 в атмосферу.

Смотрите также

  • Базальтовая веерная структура  - горная порода, состоящая из столбчатых сочлененных базальтовых колонн, обрушившихся в веерообразную форму.
  • Базальтовое волокно  - структурные волокна, полученные из расплавленного базальта.
  • Горячая точка (геология)  - вулканические регионы, которые, как считается, питаются подстилающей мантией, которая аномально горячая по сравнению с окружающей мантией.
  • Плутонизм
  • Полибарическое плавление
  • Щитовой вулкан  - Низкопрофильный вулкан, как правило, почти полностью состоит из потоков жидкой 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 горячей лаве, вулканическому пеплу и газам выходить из магматического очага под поверхностью.

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешние ссылки