Magmatisk Petrologi

Läran om magmatiska bergarter - Del 1 (kap 6)

Lärande mål - efter föreläsningen ska ni kunna:

  • Regogöra för hur magma bildas

  • Redogöra för hur en magmas och magmatiska bergarters kemiska sammansöttning varierar och förändras

  • Ha kännedom om hur man klassificerar och beskriver magmatiska bergarter

  • Redogöra för olika magmatiska bildningsmiljöer

  • Koppla magmatisk aktivitet till plattektonik.


Introduktion:

Bergartscykeln (Magma - Kristallisation - Magmatiska bergarter)


Magamatiska Bergarter:

Bildas främst vid: Aktiva plattkanter, heta fläckar (hot spots, t.ex hawaii).


  • magmatiska bergarter bildas av en smälta

*Magma: Smälta under jordytan

*Lava: Smälta på jordytan.

  • En vulkan, oberoende av form, är den plats där magman når jordytan

* Lavaflöde

* Lavafontän

* Lavasjö

*Fragmenterad magma

  • Magma kan också stelna på djupet under, och i, vulkanen


Det finns 3 huvudtyper av magmatiska bergarter:

  1. Djupbergarter, stelnar på djupet.

  2. Gångbergarter, stelnar som skivor på relativt stort djup. (Grova tabulära kroppar)

  3. Ytbergarter, lava eller pyroklastiskt material. (Fragment av magma och sidoberg.)


Bildning av Magma:

  • Jordens skorpa är i fast form

  • Magma bildas vid plattgränser och vid heta fläcker, “hot spots”.

  • Delsmältning sker framför allt i den övre delen av astenosfären men även i nedre delarna av jordskorpan. Smälta längs korngränser

  • Smältning orsakas av: Tryckminskning/tryckavlastning, Tillförsel av voliatiler (främst H2O, CO2), Ökad temperatur (Värmeöverföring.)


Tryckavlastning:

  • Temperaturen i astenosfären (del av manteln) ligger nära smälttemperaturen, (nära solidus där en bergart börjar smälta.) Högt P förhindrar smältning.

  • Smältning inträffar när P(tryck) minskar, vikten av överliggande bergartsmassa minskar när en del av astenosfären stiger/flödar uppåt.

  • Orsakas av: Spridningszoner, mantelplymer


Tryckavlastning - Plattekntoniska Miljöer

Mittoceaniska ryggar: Decompression melting beneath a mid-ocean ridge. (bild)

Kontinentala spridningszoner: Decompression melting beneath a rift, kontinental litosfär. (bild)

Över Mantelplymer: Decompression melting in a mantle plume. (bild)


Volatiltillförsel:

  • Tillskott av volatiler (flyktiga ämnen)

  • Volatiler är reaktiva och bryter kemiska bindningar. Utgörs framförallt av H2O och/eller CO2. Sänker smälttemperaturen hos bergarter

  • Subduktionszoner tillför Volatiler till manteln genom dehydrering, (omvanligt av hydrerade minreal där t.ex H2O frigörs.) →Magma bildasa i övre delen av manteln (mantelkilen)

  • Olika mängd av lösta gser förekommer i magmor. Torr magma →Mycket lite eller inga volatila ämnen. Blöt magma → upp till 15% volatiler (~30% i extremfall), Vatten, koldioxid, svaveloxid, Kvävgas, vätgas.


Värmeöverföring:

  • Smältning genom upphettning, het magma vid Moho smälter undre delen av skorpan genom ätt. (Moho: Mellan litosfäriska manteln och jordskorpan.)


Magmatiska bergarter:

Kemisk sammansättning:

Den Kemiska sammansättningen hos en magma eller bergart anges som andelen oxider (anges i viktprocent). SiO2, Al2O3, FeO, MnO, CaO, MgO, Na2O, K2O, P2O5. Olika magmor bildar olika bergarter.

(Bild på 3 stenar och två skalor: I ordningen Granit, diorit, Gabbro¹⁴. En skala som pekar åt vänster ←Ökad SiO2 halt, och en skala som pekar åt höger →Ökad FeO och MgO halt.


Fyra huvudtyper baserat på SiO2 halster samn FeO, MgO och mängden Kalifältspat/plagioklas.

  • Felsiska(feldspar och silica) 63-76% SiO2

  • Intermediära 52-63% SiO2

  • Mafiska (“ma” magnesium och “fi” ferrum) 45-52% SiO2)

  • Ultramafiska 38-45% SiO2.

Sedan visas 3 stenar, Granit:Felsiskt, större olika partier av olika mineral som bygger upp stenen. Diorit: Intermediär. Gabbro: Mafisk.


Kemisk Sammansättning hos magmor?

Varför varierar den kemiska sammansättningen hos magmor?

Magmans sammansättning styrs av: sammansättningen på bergarten där delsmältningen sker det vill säga vilket material som smälter. Andelen delsmältning, partialmelting, det vill säga hur mycket som smälter.Kan genomgå fraktionerad kristallisation och därmed att ändra sammansättning. Azizmolering/smältning av sidoberg. Blandning av olika Magnor Magma mixing och magma mingling.


Kemisk sammansättning hos magmor - andel delsmältning.

  • Vid delsmältning smälter 2-30% av ursprungsbergarten
    - SiO2-rika mineral smälter först
    - Ger magmor som är rikare på SiO2 än ursprungsbergarten

  • Delsmältning av undre skorpan (intemediär sammansättning) ger:
    - Felsisk magma

  • Mafisk restit (det som blir kvar)


Kemisk sammansättning hos magmor - assimilering

  • Het magma kan smälta sidoberget (det som finns runt om en magma)

  • Block av sidoberget faller ner och smälter i magman (sk. stopning)

  • Assimilering ändrar magmans sammansättning - den blir mer felsisk.


Kemisk sammansättning hos magmor - Mixing och mingling

  • Två olika magmor med olika sammansättning kan bilda en gemensam magmakammare där de delvis blandas.

  • Resulterar i en blandmagma (hybrid) genom mixing

  • Mingling - när de inte blandas.


Transport av magma

  • En magma har lägre densitet än omkringliggande berg

  • Vikten av överliggande berg trycker upp magman

  • Magma som bildar djupbergsarter stannar då jämvikt uppnåtts. (Samma densitet på magman som omkringliggande berg)

  • Hastigheten av magmans rörelse uppåt styrs främst av dess viskositet (flödesmotstånd)

Låg viskositet: Lava fountain, lava flow

Hög viskositet: Lava dome


Magmors viskositet:

  • Kiselinnehåll
    - Lägre SiO2 → lägre viskositet (lättflytande

  • Temperatur
    - Högre T → läge viskositet (lättflytande)

  • Andelen lösta volatiler
    - Mer lösta volatiler → Lägre viskositet (lättflytande)

Exempel: Kall honung → Hög viskostiter, Varm honung → Låg viskostitet


Magmors Stelning och Kristallisering

Stelning:

  • Magmor kyls till slut av och stelnar
    - När magma migrerar uppåt och temperaturen minskar
    - Volatiler frigörs (Kom ihåg att tillförsel av volatiler kan orsaka delsmältning)

  • Tiden det tar för en magma att stelna beror på:
    - Djuper vid stelning - Djupbergarter kyls av långsamt, ytbergarter snabbt.
    - Form och storlek på magman
    - Omgivande vatten - Transporterar bort värme


Fraktionerad Kristallisation:

  • Kristalliserade mineral ackumeleras (sjunger eller stiger)

  • Magman ändrar då sammansättning (t.ex. för mafisk magma)
    - FeO, MgO, CaO minskar genom bildandet av mafiska mineral och Ca-rik plagioklas.
    - Kvarvarande magma blir anrikad på SiO2, K2O och Na2O → mer felsisk med tid.

  • På detta sätt kan en mycket liten del felsisk magma bildas ur en mafisk magma → fraktionerad kristallisation


Bowens reaktionsserie visar hur olika mineraler kristalliserar ut ur magma i en sekventiell ordning, beroende på temperaturen och trycket under avkylningen. I denna serie bildas först mafiska mineraler, såsom olivin och pyroksen, följt av plagioklas och till sist mer felsiska mineraler som kvarts och fältspat.

  • Normal L. Bowen experimenterade med kristallisering av mafiska/basaltiska smältor.

  • Kom fram till att mineral kristalliserar sekventiellt i två serier
    - Kontinuerlig → Tidig plagioklas är Ca-rik och blir succesivt mer NA-rik
    - Diskontinuerlig →Olika mineral kristalliserar i en specifik ordning.


Magmatiska bildningsmiljöer

Extrusiva - på ytan

  • Lava (effusiva, “flödar”) eller pyroklastiska (explosiva)

  • Magmans sammansättning styr:
    - Typ av utbrott
    - Hur lavan fryser

  • Lava med låg viskositet (Basalt) kan flyta långt

  • Lava med högre viskositet (andesit/tyolit) bildar korta, tjocka flöden.

  • Basalt är mafisk, andesit är intermediär.

  • Explosiva utbrott ger pyroklastiskt material
    - Askpelare kan nå flera kilometer upp i atmosfären
    - Kornstorlek varierar från block/bomber (>64mm) till aska (< 2mm)
    - 62mm < lapilli > 2mm

  • Pyroklastiskt flöde bildas när askpelaren kollapsar.


Intrusiva - på djupet:

  • Instrusiva - från “intrude” → “tränga sig in i”

  • Bildar djupbergarter och gångbergarter
    - Djupbergarter bildar plutoner ofta som km-tjocka skiver (eller ballonger)
    - Gångbergarter är antingen skärande och ofta branta (dike/dyke) eller paralella med sidobergets lagring (sill) = lagergång.



  • Laccoliter är konvexa, ytliga intrusioner - ofta felsisk sammansättning (hög viskositet)

  • Trattformade intrusioner kallas lopoliter - ofta mafisk sammansättning

  • Batoliter utgörs av ett kluster av flera intrusioner (ofta plutoner) som itruderat varandra → består ofta av en blanding av felsiska och mafiska bergarter bildade under lång tid.


Branta mafiska gångar (Diabas) bildas i:

  • Extensionsmiljöer

  • Rifter (inklusive mittoceaniska spridningzoner)

  • Lagergånger intruderar nära ytan och magman ttycker upp överliggande bergarter.


Hur skapas det plats för magman när den

intruderar på djupet?

• Man har länge trott att plutoner stiger som

diapirer (jmf lavalampa)

• Sprider sig lateralt när jämvikt infaller

• Magman trycker undan sidoberget

• Sidoberget assimileras, kan innehålla

fragment som inte smälter (xenoliter)


Hur skapas det plats för magman när den

intruderar på djupet?

• Man har länge trott att plutoner stiger som

diapirer (jmf lavalampa)

• Sprider sig lateralt när jämvikt infaller

• Magman trycker undan sidoberget

• Sidoberget assimileras, kan innehålla

fragment som inte smälter (xenoliter)


Hur skapas det plats för magman när den

intruderar på djupet?

• Man har länge trott att plutoner stiger som

diapirer (jmf lavalampa)

• Sprider sig lateralt när jämvikt infaller

• Magman trycker undan sidoberget

• Sidoberget assimileras, kan innehålla

fragment som inte smälter (xenoliter)



Moderna teorier

• Stora mängder gångar

sammangår och bildar en

pluton

• Samtidig som utsträckning av

jordskorpan

 Spröd deformation och

storskaliga spricksystem