ترکیب و بافت سنگ‌های آتشفشانی

ستون بازالت منشوری

سنگ‌های آتشفشانی و ماگمایی که از آن شکل گرفته‌اند دارای مقادیر مختلفی از سیلیس هستند. مقدار کانی سیلیس، از کمتر از ۴۵ تا بیش از ۶۹ درصد وزنی متغیر است.

  •  سنگهای سیلیسیک (فلسیک): سنگهای غنی از سیلیس ۶۹% یا بیشتر SiO2) هستند و ریولیت و گرانیت فراوانترین سنگ‌های آذرین فلسیک هستند.
  • سنگ‌های فلسیک حدواسط: سنگ‌هایی حاوی ۶۳ تا ۶۹ درصد سیلیس هستند. داسیت و گرانودیوریت از این دسته می‌باشند.
  • سنگ‌های حدواسط: سنگ‌هایی حاوی ۵۲ تا ۶۳ درصد سیلیس هستند. آندزیت و دیوریت مهمترین سنگ‌های آذرین حدواسط می‌باشند. دلیل نامگذاری حدواسط این است که از نظر ترکیب شیمایی و به‌ویژه محتوای سیلیس بین سنگ‌های فلسیک و مافیک قرار می‌گیرند.
  • سنگهای مافیک: سنگهایی با محتوای سیلیس نسبتاً کم هستند و محتوای سیلیس آنها نزدیک بین ۴۲% تا ۵۲% است. بازالت و گابرو متداول ترین سنگ‌های مافیک هستند.
  • سنگ‌های الترامافیک: سنگ‌هایی با محتوای سیلیس کمتر از ۴۵% هستند. از جمله سنگ‌های این دسته می‌توان پریدوتیت و پیکریت را نام برد.

گدازه‌های مافیک، که دارای سیلیس کمتری هستند، به راحتی جریان می‌یابند. در مقابل، گدازه‌های سیلیسی دارای گرانوری (ویسکوزیته) بیشتری بوده و به کندی جریان می‌یابند. گرانروی گدازه‌ی مافیک در حدود ۱۰۰۰۰ برابر آب است؛ در حالیکه ماگمای سیلیسیک ویسکوزیته‌ای در حدود ۱۰۰ میلیون برابر آب را دارد.

گدازه‌های غنی از سیلیس چسبناک ترند؛ زیرا حتی قبل از اینکه آنها به اندازه کافی سرد شوند تا امکان تبلور کانی‌ها را فراهم کنند، چهار ضلعی اکسیژن-سیلیکون به هم پیوند خورده و ساختارهای چارچوبی کوچک در گدازه ایجاد می‌کنند. اگرچه تعداد اندکی از اتم‌ها درگیر هستند تا ساختارهای بلوری در نظر گرفته شوند، اما تأثیر کل این ساختارهای سیلیکات باعث گرانروتر شدن گدازه مایع می‌شود.

از آنجا که ماگماهای سیلیسی ویسکوزترین هستند، با شدیدترین فوران‌ها در ارتباط هستند. ماگمای مافیک گرانروی کمتری دارد و معمولاً با جریان گدازه فوران می‌کند (مانند هاوایی). فوران‌های مرتبط با ماگمای حدواسط ممکن است انفجاری باشند و یا می‌تواند جریان گدازه ایجاد کنند. آتشفشانهای آبشاری (cascade volcanoes) عمدتاً از سنگ‌های حدواسط تشکیل شده‌اند.

سنگ‌های آتشفشانی و گازهای انحصارشده در آنها

جریان آتشفشان‌ها و گدازه‌ها، برخلاف بسیاری دیگر از پدیده‌های زمین شناختی‌، می‌توانند به طور مستقیم مشاهده شوند و بدون مشکل زیادی می‌توان از آن‌ها نمونه برداری انجام داد (حداقل برای فوران آرام، از نوع هاوایی).

ما می‌توانیم دمای جریان‌های گدازه را اندازه‌گیری کنیم و نمونه‌هایی از گازهای خارج شده را جمع آوری کنیم. همچنین می‌توانیم مشاهده کنیم که گدازه در حال جامد شدن در سنگ است و نمونه‌های سنگ تازه تشکیل شده را برای آنالیز و مطالعه به آزمایشگاه ببریم. با مقایسه سنگ‌هایی که از گدازه با سایر مناطق جهان (و حتی با نمونه‌هایی از ماه) در حال جامد شدن مشاهده شده‌اند، جایی که آتشفشانی دیگر فعال نیست، می‌توانیم ماهیت فعالیت آتشفشانی را که در گذشته زمین شناسی رخ داده است، استنباط کنیم.

گازها و پیروکلاست‌ها

از آتشفشان‌های فعال یاد گرفته‌ایم که بیشتر گاز آزاد شده در هنگام فوران، بخار آب است که به صورت بخار متراکم می‌شود. گازهای دیگر مانند دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد، سولفید هیدروژن و اسید کلریدریک در مقادیر کمتری با بخار داده می‌شود.

آبهای سطحی وارد شده به یک سیستم آتشفشانی می‌توانند انفجار فوران را بسیار افزایش دهند، به عنوان مثال ویرانی جزیره کراکاتوآ.

در طی فوران، گازهای داغ در حال انبساط، ممکن است به عنوان ستونی که از آتشفشان خارج می‌شود، پیروکلاست‌ها را به شدت در جو سوق دهد. در ارتفاعات، پیروکلاست‌ها اغلب در ابر تیره و قارچی گسترش می‌یابند. ذرات ریز توسط بادها تا مصافت زیادی منتقل می‌شوند. سرانجام، آوارها تحت تأثیر نیروی جاذبه زمین به دلیل رسوبات انعطاف پذیر دوباره به زمین بر می‌گردند.

جریان پیروکلاستیک مخلوطی از گاز و بقایای پیروکلاستیک است که متراکم هستند. جریان‌های پیروکلاستیک به چندین روش ایجاد می‌شوند، برخی از آن‌ها با گنبدهای آتشفشانی مرتبط هستند. کف و گاز ماگمای در حال انفجار می‌تواند از کنار گنبد یا شاخه چسبناک! که یک آتشفشان را در بر گرفته است منفجر شود!

ممکن است گنبدی با شیب تند فرو ریخته و باعث آزاد شدن شدید ماگما و گازهای آن شود. برای برخی از آتشفشان‌ها، یک جریان پیروکلاستیکی ناشی از سقوط گرانشی ستونی از گاز و بقایای پیروکلاستیکی است که در ابتدا به صورت عمودی در هوا منفجر شده است. این توده‌های آشفته می‌توانند با سرعت ۲۰۰ کیلومتر بر ساعت حرکت کنند و بسیار خطرناک هستند.

در سال ۱۹۹۱، یک جریان آتشفشانی در کوه Unzen ژاپن منجر به کشته شدن ۴۳ نفر شد، از جمله سه زمین شناس و عکاس معروف آتشفشان، موریس و کاتیا کرافت. تخریب St.pierre در جزیره مارتینیک در دریای کارائیب بسیار بدتر نیز بود؛ جایی که حدود ۲۹۰۰۰ نفر در سال ۱۹۰۲ بر اثر جریان پیروکلاستیک کشته شدند.

سنگ‌های آتشفشانی

بیشتر سنگ‌های آذرین بیرونی بر اساس ترکیب و بافت نامگذاری و شناسایی می‌شوند. اما برخی از نام‌ها صرفاً براساس بافت بنا شده‌اند.

ترکیب شیمیایی سنگ‌های آتشفشانی

مقدار سیلیس در یک گدازه نه تنها ویسکوزیته‌ی گدازه و قدرت فوران‌ها را کنترل می‌کند، بلکه سنگ‌های خاصی را نیز تشکیل می‌دهد.

از آنجا که سنگ‌های آذرین بیرونی معمولاً به طور کامل بلورین هستند‌، برای شناسایی دقیق کانی‌های تشکیل دهنده معمولاً به یک میکروسکوپ تخصصی نیاز است. با این حال، در بیشتر موارد می‌توانیم محتوای کانی‌های احتمالی را با توجه به رنگ (تیره یا روشن بودن) و خصوصیات فیزیکی سنگ بیرونی حدس بزنیم.

بیشتر سنگ‌های سیلیسی رنگ روشن دارند زیرا حاوی فلدسپات و کوارتز فراوان (هر دو غنی از سیلیس هستند) و کانی‌های تیره کمی (که حاوی آهن و منیزیم هستند و کمبود سیلیس دارند) هستند. از طرف دیگر، سنگ‌های مافیک به دلیل فراوانی مواد معدنی فرومغناطیسی، تیره هستند.

سنگهای بیرونی متبلور، دانه ریز و کریستالی ریولیت، آندزیت و بازالت هستند.

بافت سنگ‌های آتشفشانی

بافت به شکل یک سنگ با توجه به اندازه، شکل و ترتیب دانه‌ها یا سایر ترکیبات آن اشاره دارد. برخی از سنگهای بیرونی (مانند ابسیدین و پومیس) صرفاً بر اساس بافت آن‌ها طبقه‌بندی می‌شوند. اما سایر سنگ‌های بیرونی معمولاً بر اساس ترکیب و بافت طبقه‌بندی می‌شوند. اندازه دانه‌ها مهمترین ویژگی بافتی سنگ است. در بیشتر قسمت‌ها، سنگ‌های بیرونی ریزدانه هستند یا در غیر این صورت از شیشه تشکیل شده‌اند.

سنگ ریزدانه سنگی است که بیشتر دانه‌های کانی آن کوچکتر از ۱ میلی‌متر باشد. در بیشتر موارد، کانی‌های منفرد فقط با میکروسکوپ قابل تشخیص هستند. ابسیدین، که شیشه آتشفشانی است و معمولاً سیلیسی است، از معدود سنگ‌هایی است که از کانی تشکیل نشده است (مینرالوئید یا شبه-کانی گفته می‌شود). یک بافت بسیار ریز یا شیشه‌ای، سنگ‌های بیرونی را از بیشتر سنگ‌های درونی متمایز می‌کند.

عوامل تعیین اندازه دانه‌ها در هنگام انجماد سنگ‌های آتشفشانی

  • سرعت سرد شدن
  • گرانروی (ویسکوزیته)

اگر گدازه به سرعت سرد شود، اتم‌ها  فرصت دارند فقط تا یک مصافت کوتاه حرکت کنند. آنها با اتم‌های مجاور پیوند می داده و بلورهای کوچکی را تشکیل می‌دهند. با سرد شدن بسیار سریع یا تقریباً فوری، اتم‌های جداگانه گدازه در جای خود «منجمد» شده و شیشه را به جای بلورها تشکیل می‌دهند. اندازه دانه توسط ویسکوزیته گدازه به میزان کمتری کنترل می‌شود.

اتم‌ها در یک گدازه بسیار ویسکوز نمی‌توانند به همان اندازه آزادانه در گدازه‌های سیال‌تر حرکت کنند. از این رو، سنگی که از گدازه ویسکوز تشکیل می‌شود به احتمال زیاد به ابسیدین یا دانه‌های ریزتری نسبت به سنگی که از گدازه مایع تشکیل شده، وجود دارد.

بافت ترکیب ابسیدین

در بیشتر موارد، هنگامی که ابسیدین مورد آنالیز شیمیایی قرار می‌گیرد ، محتوای سیلیس بسیار بالایی دارد و معادل شیمیایی ریولیت در نظر گرفته می‌شود.

بافت‌های پورفیری

بافت سنگ آذرین بیرونی که کریستال‌های درشت در یک زمینه دانه ریز است، به عنوان پورفیری توصیف می‌شود. سنگی پورفیری است که در آن بلورهای بزرگتر در یک زمینه از کانی‌های بسیار ریزدانه یا ابسیدین محصور شده باشند. بلورهای بزرگتر، فنوکریست نامیده می‌شوند. از نظر شباهت، سنگ پورفیری بیشتر شبیه کیک کشمشی است. توده زمین نان است، فنوکریست‌ها کشمش هستند.

بافت پورفیریتیک در سنگ‌های بیرونی معمولاً دو مرحله از انجماد را نشان می‌دهد. سرد شدن آهسته در حالی که ماگما در زیر زمین است، صورت می گیرد. کانی‌ها که در دماهای بالاتر تشکیل می‌شوند، متبلور شده و رشد می‌کنند و در ماگمای نیمه مایع هنوز مایع تشکیل می‌شوند!! اگر سپس کل جرم فوران کرد، قسمت مایع باقیمانده به سرعت سرد شده و زمینه ریزدانه را تشکیل می دهد!

بافت‌های ناشی از گاز گیر افتاده

یک ماگما در اعماق زمین تحت فشار زیاد قرار دارد؛ در این عمق فشار به اندازه کافی بالا است که تمام گازها در حالت محلول نگه داشته شوند. هنگام فوران، فشار ناگهانی آزاد شده و گازها از محلول خارج می‌شوند.

وقتی یک گدازه در حالی که گازها به شکل حباب از آن خارج می‌شوند، جامد می‌شود. در نتیجه‌ی آن، سوراخ‌هایی در سطح سنگ ایجاد شده و یک بافت مشخص وزیکولار ایجاد می‌کنند. وزیکول‌ها، حفره‌هایی در سنگ‌های بیرونی هستند که از حباب‌های گازی که در گدازه بودند‌، ایجاد می‌شوند و به آن بافت وزیکولار گفته می‌شود.


نویسنده:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پنج + 8 =