Vyriešil hádanky okolo sopiek Havaj

Nový model tvorby smaltu vysvetľuje obrovskú výrobu magmy

Model tvorby taveniny havajského plášťa © MPI pre chémiu
čítať nahlas

Horný plášť, v ktorom sa tvorí sopečná topenina, pozostáva hlavne z minerálneho olivínu. Vedci z Inštitútu Maxa Plancka pre chémiu v štúdiách vzoriek lávy z Havaja zistili, že sa v nich taveniny prekvapivo vyrábajú bez olivínu. Vedci preto vyvinuli nový model, ktorý vysvetľuje tento druh tvorby taveniny a obrovskú magmatickú produkciu sopiek Havaj.

"Huby" horúcej skaly

Prečo je v strede Tichého oceánu sopka, ktorá dosahuje výšku takmer desať tisíc metrov nad morským dnom a ktorá geologicky krátko klesá pod hladinu oceánu? To je presne to, čo možno pozorovať na ostrove Havaj. Od roku 1970 existuje vysvetlenie: „Mantelplumeova teória“. Plášťové oblaky sú úzke stĺpy alebo „huby“ horúcej skaly, ktoré vystupujú z najhlbšieho plášťa.

V hĺbke asi 100 kilometrov teplota tejto horniny v dôsledku zníženia tlaku prekročí svoj bod topenia a časti horniny sa začínajú topiť. Tvorí sa sopka, ale poskytuje sa iba geologicky krátka životnosť, pretože kôra oceánu sa tlačí rýchlosťou 10 palcov za rok, teda 100 kilometrov za milión rokov, na severozápad a odvádza sopku od Magmazufuhru až do jeho „Umbilické šnúry“, magmatické kanály, sa odtrhávajú. Sopka umiera, je opotrebovaná a klesá pod hladinu mora.

Nad oblakom tvorí nová sopka a hra sa opakuje. Týmto spôsobom sa doteraz vytvoril 7 000 kilometrov dlhý reťazec väčšinou podmorských sopiek siahajúci od ostrova Havaj až po Kamčatku.

Teória oblaku je kontroverzná

Teória oblaku je dodnes kontroverzná. Jednou z ťažkostí je, že zatiaľ dokážu vysvetliť vznik sopiek, ale nie ich obrovský objem. Havaj v súčasnosti produkuje asi 0, 3 kubických kilometrov magmatu ročne, čo je obrovský objem, pričom sa predpokladá, že v celom podmorskom zadnom systéme 65 000 kilometrov dlhých oceánov, kde sa morské dno obnovuje a rozširuje, len približne 20 kubických kilometrov magmy ročne. byť formovaný. zobraziť

Jedna vec je istá: Normálny plášť, tzv. Peridotit, ktorý pozostáva hlavne zo žiaruvzdorného minerálu olivínu a iba malej časti z ľahšie sa topiacich minerálov klinopyroxénu a granátu, nemôže pri veľkých teplotách v oblaku dodávať tieto veľké množstvá magmy.

Dlho však existovala hypotéza, že by sa dalo vysvetliť chemické zvláštnosti Havaja a podobných sopiek pridaním malého množstva recyklovanej morskej kôry a sedimentov. Ale ani táto hypotéza nedokáže vysvetliť obrovský objem havajských magiem.

Magma s vysokým obsahom niklu

Vedci z Mainz Max Planck Institute for Chemistry teraz objavili pôvodne nezmyselný objav: taviarne, ktoré tvoria objemnú väčšinu sopiek Havaj, najmä pod Mauna Loa, majú neobvyklé vysoký obsah niklu. Minerálny olivín, ktorý pozostáva z viac ako 50 percent peridotitu škrupiny, viaže prvok nikel, a tak umožňuje jeho relatívne nízke koncentrácie niklu v tavenine. Okrem toho je už dlho známe, že tieto taveniny majú nezvyčajne vysoký obsah kremíka, ktoré sú tiež nezlučiteľné s tvorbou tavenín v prítomnosti olivínu.

Samotný kremík by sa vyriešil, keby sa tavenina čiastočne vytvorila z recyklovanej morskej kôry, ktorá pozostáva z granátu minerálov a klinopyroxénu v hĺbke viac ako 80 kilometrov nazývanej eklogit. Eklogit topenia všeobecne dodáva taveniny s vysokým obsahom oxidu kremičitého, ale obsahuje príliš málo niklu, aby súčasne zodpovedal za vysoké hladiny niklu v taveninách. Preto nie je možné vysvetliť kombináciu vysokého obsahu niklu a vysokého obsahu kremíka s existujúcimi teóriami.

Kremíkovo-niklová hádanka vyriešená

{2R}

Nový model, podľa ktorého sa v tavenine vylučuje olivín, najhojnejší minerál plášťa, poskytuje riešenie pre hádanku kremíka a niklu a vysvetľuje ju. zároveň, neobvykle veľké objemy magmy, ktoré z Havaja urobili „matku všetkých plášťov“ v očiach geovedcov. V dôsledku relatívne nízkeho bodu topenia sa vrstvy alebo šošovky eklogitickej recyklovanej kôry oceánu zabudovanej do vzostupného oblaku plášťa začnú topiť v hĺbke asi 170 kilometrov. Táto tavenina bohatá na kremík, ale spočiatku nízko niklová, reaguje s okolitými plazmatickými horninami normálneho niklu bohatého na nikel, čím sa z olivínu stáva nový silikátový minerál zvaný clinopyroxén. Výsledkom je, že sa vyčerpala tavenina aj olivín.

Najskôr sa vytvorí opäť úplne kryštalický, tj pevný, ale bez olivínu klinopyroxén, ktorý sa nazýva „pyroxenit“. To sa začne znova topiť až po ďalšom stúpaní oblaku v hĺbke asi 130 kilometrov. Tavenina vytvorená z pyroxenitu je tiež bohatá na kremík, ale obsahuje asi dvakrát toľko niklu ako tavenina tvorená iba z peridotitu a kvôli eliminácii olivínu, ktorého preferencia pre nikel inak tento prvok v Zvyšné kryštály olivínu by sa zachovali. V ďalších častiach oblaku, ktorý pôvodne obsahoval malý alebo žiaden eklogit, sa z peridotitu vytvára tiež tavenina, ale očakáva sa, že bude mať nízky obsah niklu a kremíka.

Tavenie plášťa havajského plášťa

Obe taveniny sa transportujú prechodom do magmatických komôr, kde sa môžu pred vypuknutím zmiešať. Zmiešavacie podiely sa však teraz dajú vypočítať približne kvantitatívne z chemického zloženia lavín a z reakcií minerálov a tavenín známych z experimentálnej činnosti. Ukazuje sa, že oblasť chumáča, z ktorého je Mauna Loa napájaná, pozostáva z približne 25 percent recyklovaného eklogitu, zatiaľ čo v iných havajských sopkách, ako sú Kilauea a Mauna Kea, len asi dvanásť percent, av menších sopkách, ako je ponorka Loihi, sú prítomné iba dve percentá eklogitu.

Pretože pôvodný eklogit aj sekundárne vytvorená pyroxenitová tavenina sú pri v podstate rovnakej teplote ako peridotit bohatý na olivín, tento model tiež vysvetľuje neobvykle vysoké objemy taveniny a teda obrovské rozmery Mauna Loa a navyše abnormálne vysoké úrovne. Rýchlosť výroby taveniny na Havaji. Keby chochol pozostával iba z „normálnej“ plášťovej horniny, objem taveniny by stačil iba pre sopku, ktorá ju tvorí takmer k hladine mora.

(MPG, 01.04.2005 - DLO)