Table of Contents

Динамическая связь между игнезианскими породами и тектоникой плит

Нежные породы образуются непосредственно от охлаждения и затвердевания расплавленного горного материала, либо магмы под поверхностью, либо лавы, которая извергается на него. Этот фундаментальный процесс тесно связан с движением тектонических плит Земли’. Вдоль границ плит идеальны условия для плавления мантийных и корковых пород, что делает эти зоны основными местами магматической активности на планете. Понимание того, где и как магматические породы образуются при расходящихся, сходящихся и трансформирующих границах плит, обеспечивает критическое понимание внутренней динамики Земли’, эволюции коры и оценки естественной опасности.

От огромного базальтового дна океана, созданного в середине океанских хребтов, до взрывоопасных и эндезитических вулканов Тихоокеанского огненного кольца, глобальное распределение магматических пород картирует непосредственно на краях тектонических плит.В этой статье исследуются конкретные типы пород, генерируемые на каждом типе границы, процессы, которые их создают, и их значение в реконструкции прошлых движений плит и формирования ресурсов.

Классификация гнусных пород: навязчивый против экструзивного

Породы игнеозные классифицируются в первую очередь по их текстуре и минеральному составу.Текстура зависит от истории охлаждения, при этом композиция отражает исходный материал и степень частичного плавления.

Интрузивные (плутонические) камни

Интрузивные магматические породы образуются, когда магма медленно охлаждается под поверхностью Земли & #8217;s, позволяя крупным кристаллам расти. Эти грубозернистые породы, такие как гранит , габбро , и диорит , подвергаются воздействию на поверхность только после поднятия и эрозии удаляют находящуюся на поверхности породу. Назойливые тела варьируются от массивных батолитов, простирающихся на сотни километров до тонких дамб и подоконников. Они обычно связаны с континентальной корой и конвергентными краями плит, где большие магматические камеры питают вулканические дуги.

Экструзивные (вулканические) скалы

Экструзивные магматические породы быстро охлаждаются на поверхности или вблизи нее, производя мелкозернистые или стекловидные текстуры. Базальт , самая обильная экструзивная порода на Земле, образует дно океана и крупные вулканические провинции. Андесит и рхиолит распространены на конвергентных границах, где более высокое содержание кремнезема приводит к более вязким, взрывным извержениям. пемза, скория и обсидиан , каждый из которых регистрирует различные скорости охлаждения и содержание газа во время извержения.

Композиционные серии

По содержанию кремнезема также классифицируются по содержанию кремнезема в мафиозные (45-52% SiO2), промежуточные (52-63% SiO2), фельсовые (63-77% SiO2) и ультрамафиозные (<45% SiO2). Эта композиционная вариация напрямую связана с тектонической обстановкой: мафиозные породы доминируют в расходящихся границах и океанических горячих точках, в то время как промежуточные к фельсовым породам характерны конвергентные поля, где загрязнение коры и фракционная кристаллизация изменяют магму.

Игнезийские скалы на дивергентных границах плит

Расходящиеся границы возникают там, где тектонические плиты раздвигаются, создавая пространство для магмы, чтобы подняться из астеносферы.Этот процесс является основным двигателем формирования океанической коры и производит самый большой объем магматических пород на Земле.

Среднеокеанские переезды: глобальная базальтовая фабрика

Сеть ~ 65 000 км срединно-океанических хребтов (MOR) непрерывно генерирует новую океаническую литосферу. По мере разделения пластин декомпрессионное плавление основной мантии производит базальтовую магму, которая поднимается и извергается вдоль оси хребта. Полученная порода в основном базальт среднего океанического хребта (MORB) , толеитный базальт, характеризующийся низким содержанием калия и специфическими соотношениями микроэлементов, которые отражают его истощенный источник мантии.

Под хребтом магма кристаллизуется как gabbro, грубозерный инвазивный эквивалент базальта, образующий нижнюю океаническую кору. Дайкские комплексы питают извержения на морском дне, в то время как подушки лавы свидетельствуют о подводных условиях извержения. Эти породы коллективно образуют слоистую офиолитовую последовательность, которую геологи изучают, чтобы понять древние океанские бассейны, теперь сохранившиеся на суше.

Известные примеры включают Среднеатлантический хребет, где медленное распространение производит видные рифтовые долины и обильные базальты подушек, и Восстание в Восточной части Тихого океана, где быстрое распространение создает более гладкую топографию с обширными потоками листа. Обе настройки производят более 20 кубических километров новой коры ежегодно.

Континентальные рифтовые зоны

Когда расхождение происходит в пределах континента, оно создает рифтовую долину, где кора разрежается и ломается. Восточноафриканская рифтовая система (EARS) является наиболее заметным активным примером. Магматизм, связанный с рифтом, более композиционно разнообразен, чем в срединно-океанических хребтах, потому что магма взаимодействует с толстой, гетерогенной континентальной корой. Происходят как мафиозный (басалт), так и фельсовый (риолит, трахит) вулканизм, наряду с необычными щелочными породами, такими как карбонатит и нефелинит , которые редки в других местах.

EARS содержит некоторые из самых знаковых вулканов Африки & #8217, включая Гору Килиманджаро , Гору Кения и Ниирагонго , чьи высокожидкие лавы представляют явную опасность.Магматизм рифта также производит значительные геотермальные ресурсы и минеральные месторождения, включая богатые литием рассолы и редкоземельные элементы, сосредоточенные в щелочных магматических системах.

Бассейны Back-Arc

Особый тип дивергентной установки происходит за некоторыми вулканическими дугами, где расширение создает небольшие океанские бассейны, напольные базальтовые. Эти задне-дугообразные бассейны (например, бассейн Лау, Марианская впадина) производят базальты, которые химически промежуточны между MORB и дуговыми базальтами, отражая влияние воды из субдукционной плиты. Они представляют собой переходную тектоническую среду, где расхождение работает в непосредственной близости от конвергенции.

Игнезисные скалы на границах конвергентных плит

Конвергентные границы, где сталкиваются плиты, являются наиболее вулканически и сейсмически активными областями на Земле. Зоны субдукции генерируют магму посредством сложного процесса, включающего обезвоживание субдукционной плиты, плавление потока мантийного клина и последующую дифференциацию в находящейся над поверхностью коре. Получающиеся магматические породы более богаты кремнеземом и летучими породами, чем на расходящихся границах, что приводит к взрывным извержениям и крутым стратовулканам.

Вулканические дуги и их каменный сюит

Магматизм, связанный с субдукцией, производит ряд кальций-щелочных пород, который включает в себя базальт, андесит, дацит и риолит.Андесит является наиболее характерным типом породы, придавая вулканическим дугам их отличительный промежуточный состав. Высокое содержание воды в зоне субдукции магмы способствует взрывной активности, генерируя обширные отложения вулканического пепла, пемзы и пирокластических потоков.

Основные вулканические дуги включают Анды в Южной Америке, Каскадный хребет в Северной Америке, Японский архипелаг и Индонезийская дуга Сунда . Каждая дуга демонстрирует изменения в составе магмы в зависимости от скорости сходимости, угла падения плиты, толщины находящейся под водой коры и входа осадка из субдукционной пластины.

Континентальная и океаническая дуги

Конвергентные границы классифицируются по типу вовлеченной коры. Океанско-океаническая конвергенция (например, Острова Марианы , Алеутские острова ) производит островные дуги, в которых преобладают базальтовые и андезитные извержения через тонкую океаническую кору. Океанско-континентальная конвергенция (например, Анды ) производит континентальные дуги, где магма поднимается через толстую, богатую кремнеземом кору. Хрустальное загрязнение и ассимиляция в континентальных дугах приводят композиции к дациту и риолиту и генерируют огромные интрузивные батолиты, которые представляют замороженные корни древних вулканических систем.

Поколение магмы в зонах субдукции

Процесс начинается, когда субдукционная плита выделяет воду и другие летучие вещества при нагревании. Эта жидкость поднимается в верхний мантийный клин, понижая температуру плавления перидотита и вызывая частичное плавление. Полученная базальтовая магма затем поднимается в кору, где она может прудить в магматических камерах, подвергаться фракционной кристаллизации и ассимилировать породы коры. Эта эволюция производит разнообразный массив магматических пород, обнажённых в вулканических дугах. Программа геологической службы США по изучению опасности вулканов обеспечивает постоянный мониторинг этих активных систем.

Зоны столкновений и постколлизионный магматизм

Когда сталкиваются два континента (конвергенция континентов), субдукция прекращается, но магматизм может сохраняться в течение миллионов лет после этого. Гималайско-тибетский ороген, созданный столкновением Индии и Евразии, содержит постколлизионные лейкограниты и калийные вулканические породы, которые фиксируют таяние утолщенной континентальной коры. Эти породы обеспечивают окно в глубокие корковые процессы во время строительства гор.

Игнезисные скалы на границах плиты трансформации

Границы трансформации, где пластины скользят мимо друг друга, не являются основными участками генерации магмы. Однако магматическая активность может возникать в связи с разломами трансформации несколькими способами. При океанических разломах преобразования , серпентинизация перидотита мантии производит отличительные метаморфические породы, и небольшие объемы базальта могут извергаться вдоль трещин. Некоторые системы преобразования, такие как разлом Сан-Андреас , связаны с интраплататные вулканы (например, Cos ~o Volcanic Field , Сальтон-Баттс ), которые являются результатом местного расширения или апвеллинга мантии, связанного со сложностью разлома. Эти настройки производят небольшие объемы, композиционно разнообразные магматические породы, часто включая щелочные базальты и риолиты.

Глобальное распределение полинезийных пород по тектоническому настройке

Запись Земли и #8217 является прямым выражением тектонических процессов плит, действующих в течение миллиардов лет. Следующий список выделяет ключевые области, где четко видно соответствие между тектонической установкой и типом магматических пород.

  • Среднеокеанские ридджесы: Среднеатлантический хребет, Восхождение Восточной части Тихого океана и хребты Индийского океана в совокупности производят более 70% годового вулканического производства Земли & #8217, все базальтовые по составу.
  • Континентальные рифтовые зоны:] Восточноафриканская рифтовая система, Рио-Гранде-Рифт и Байкальская рифтовая зона демонстрируют бимодальный базальто-риолитовый вулканизм и щелочные породы, отражающие взаимодействие с континентальной литосферой.
  • Тихоокеанское огненное кольцо:] Этот околотихоокеанский пояс содержит большую часть вулканов, связанных с субдукцией в мире’, производящих андезиты, дациты и риолит. Основные дуги включают Анды, Центральную Америку, Каскады, Алеутские острова, Японию, Филиппины и Индонезию.
  • Альпийско-Гималайский пояс:] Возникающие в результате столкновения магматические породы происходят из Альп через Турцию, Иран, Гималаи и в Юго-Восточную Азию, включая миоценовые граниты и постколлизионные вулканические центры.
  • Океанические горячие точки: Хотя они не имеют границ плит, горячие точки производят объемные магматические породы, такие как гавайско-императорская цепь горных пород (базальт), Исландия (базальт и риолит) и траппы Декана (базальт континентального наводнения).
  • Интраплататные континентальные вулканические поля:] К ним относятся равнина реки Змеи, вулканические поля плато Колорадо и вулканическая линия Камеруна, которые обычно связаны с мантийными плюмами или литосферным расширением.

Тектоническая дискриминация по появлению гниющих пород

Геохимики используют основные элементы, микроэлементы и изотопные соотношения для определения тектонической обстановки, в которой образовалась древняя магматическая порода. Эта тектоническая дискриминация является краеугольным камнем современной петрологии и реконструкции плит.

Отпечатки пальцев элемента Trace

Неподвижные микроэлементы (например, Nb, Zr, Y, Ti, редкоземельные элементы) выживают при метаморфизме и изменении, что делает их надежными индикаторами исходной тектонической обстановки. Базальты среднего океанского хребта показывают плоские редкоземельные элементы и низкие концентрации литофильного элемента больших ионов (LILE). Базальты дуги демонстрируют обогащение в LILE (Ba, Rb, K) относительно элементов высокой прочности поля (HFSE: Nb, Ta, Ti), отражая влияние жидкостей, полученных из плит. Базальты островов океана демонстрируют обогащенные мантийные сигнатуры с переменными изотопными соотношениями.

Дискриминационные схемы

Стандартные диаграммы дискриминации, такие как Th-Hf-Ta тройная диаграмма или Zr-Nb-Y, позволяют петрологам классифицировать древние вулканические породы по тектонической обстановке.Эти инструменты использовались для идентификации древних зон субдукции, континентальных разломов и океанических плато в докембрийских зеленых поясах, расширяя тектоническую запись плит обратно в архейский.

Экономическое значение граничных плит с игнезианскими породами

Волшебные породы, образующиеся на границах плит, занимают непропорционально большую долю мировых и #8217; экономических месторождений полезных ископаемых. Понимание их происхождения имеет решающее значение для разведки.

Дивергентные граничные ресурсы

Офиолитные последовательности (фрагменты океанической коры, погруженные на сушу) содержат хромит и элементы платиновой группы в ультрамафиозном разделе, массивные сульфидные отложения на границе между лавами подушек и листовыми дамбами и марганцевые конкреции на морском дне. Semail Ophiolite в Омане является примером мирового класса. Гидротермальные системы на средних океанических хребтах производят массивные сульфиды на полу, богатые медью, цинком, золотом и серебром.

Конвергентные граничные ресурсы

Магматические дуги, связанные с субдукцией, являются основным источником порфировых медно-золото-молибденовых отложений , которые образуются из гидротермальных жидкостей, высвобождаемых при кристаллизации дуговых магм. Основные примеры включают Андский порфирный медный пояс (Чили, Перу), Месторождение Грасберга (Индонезия) и рудник Бингемского каньона (США). Эпитермальные золото-серебряные отложения образуются в мелководных частях дуговых вулканических систем, в то время как карновые отложения развиваются там, где магматические жидкости взаимодействуют с карбонатными стеновыми породами.

Ресурсы, связанные с рифтом

Континентальные рифты содержат отложения редких элементов земли , ниобия и тантала, связанные с щелочными магматическими породами и карбонатитами.Баянского месторождения Обо в Китае и Горный перевал в Калифорнии являются главными примерами. Базальтические провинции, связанные с рифтом, также производят ураний и литий в вулканических отложениях и геотермальных рассолах.

Игнезисные камни и реконструкция плит

Распределение магматических пород в геологической летописи позволяет геофизикам реконструировать прошлые конфигурации плит. Древние зоны субдукции идентифицированы поясами кальцийно-щелочных вулканических и плутонических пород, таких как Sierra Nevada batholith (Меловой, западная США) и Iapetus suture zone в Аппалачско-Каледонском орогене. Deccan Traps (66 Ma) и Сибирские ловушки (252 Ma), отмечают приход мантийных плюмов, которые, возможно, способствовали континентальному распаду и массовому вымиранию. Проект EarthByte интегрирует данные магматических пород в глобальные реконструкции плит, помогая визуализировать сборку и рассеивание континентов за последние миллиард лет.

Климатические связи: игнезианские породы и углеродный цикл

Взаимосвязь между горной активностью и климатом на границе плит является растущей областью исследований. Вулканические извержения выделяют углекислый газ и диоксид серы, которые могут влиять на температуру атмосферы. Базальт в средних океанских хребтах реагирует с морской водой, улавливая углерод через выветривание на полу. На суше химическое выветривание мафиозных силикатных минералов, особенно в базальте и андезите, потребляет атмосферный CO2, способствуя долгосрочному регулированию климата. Азиатский муссон модулирует выветривание гималайско-тибетских магматических пород, связывая столкновение плит с глобальным циклом углерода. Журнал Earth-Science Reviews публикует регулярные синтезы этих взаимодействий.

Опасности и мониторинг

Игнезисные породы обеспечивают основу для понимания вулканических опасностей на границах плит. Состав изверженной магмы контролирует стиль извержения: мафические магмы имеют тенденцию течь как лава, в то время как богатые кремнеземом магмы производят взрывные извержения с далеко идущими пепловыми плюмами и пирокластическими потоками. Мониторинг усилий на активных границах опирается на сейсмические сети, газовую геохимию, спутник InSAR и бензиногические исследования, которые связывают типы пород с потенциалом извержения. Смитсоновский институт Глобальная программа вулканизма поддерживает базу данных более 1500 активных вулканов, большинство из которых расположены на границах плит.

Краткое содержание: Глобальная перспектива

Нежные породы не распределены случайным образом по поверхности Земли’s. Они встречаются в систематических поясах, которые непосредственно соответствуют границам тектонических плит и интраплате горячих точек. Дивергентные границы производят базальт и габбро через декомпрессионное плавление, создавая океаническую литосферу, которая покрывает 60% планеты. Конвергентные границы генерируют полный кальций-щелочной набор от базальта до риолита, наряду с крупнейшими континентальными батолитами, через плавление потока мантийного клина и дифференциацию коры. В то время как границы преобразования имеют ограниченное прямое магматическое производство, они могут содержать интраплате вулканизм, связанный с динамикой разломов.

Эта глобальная перспектива позволяет геологам интерпретировать записи магматических пород с точки зрения движения древних плит, находить экономические месторождения полезных ископаемых, оценивать вулканические опасности и понимать глубинные земные процессы, которые сформировали и продолжают формировать планету, на которой мы живем. По мере улучшения аналитических методов и расширения нашей способности составлять карту морского дна связи между магматическими породами и тектоникой плит будут только проясняться, усиливая центральную роль этих отношений в науках о Земле.