酸性岩浆活动与火山、深成作用之间的联系

1、摘要

酸性火山岩和深成岩之间的关系长期以来一直困扰着地质学家们,因为从岩石学、地质年代学、热模拟、地球物理以及地球化学的大量观测结果得出的解释都相互矛盾。而且对酸性火山和深成作用关系的解释还涉及到一些重大的地球科学问题,比如:“大陆硅质地壳是如何形成的”、“超大规模的火山喷发是否可以预测”。

2、引言

地球表面同时含有丰富的液态水和酸性火成岩。在有水的条件下通过熔融和分异作用形成相对富硅的低密度火成岩,其增生过程导致形成了地球上的大陆,这使得地球的地形具有双峰式分布特征。在地势上,大陆地壳比充满水的玄武质洋壳高出几公里,因此大陆起源很大程度上是一部从玄武岩到酸性岩(比如花岗岩、流纹岩)的岩浆演化史。Bowen进一步阐述了比玄武岩偏酸性的岩浆来源于结晶分异作用的假说,然而含水岩石部分熔融也能生成酸性岩浆。在类地行星中,不管酸性岩是如何形成的,只有在地球上最常见。

酸性岩浆活动以多种形式给社会带来贡献,现代文明所需要的关键金属(例如Cu、Mo、Au、W、Sn、Pb、Zn、Li、NB、Ta、Be)出现于酸性岩浆作用形成的矿床中;与生物相关的元素(例如K、P)都富集在玄武质地壳上方的硅质陆壳内等。与此同时,酸性岩浆活动也具有毁灭人类文明的可能。历史上的酸性超级火山喷发曾产生过体积大于1000 km3 的火山碎屑流堆积(熔结凝灰岩)。

3、观点介绍

酸性火山岩包括流纹岩和英安岩,可侵出至地表形成熔岩、火成碎屑空降堆积(“火山灰”)以及火成碎屑流堆积(熔结或熔结凝灰岩)。对深成岩体的旧观点认为,其代表的现已固结的岩浆房与该深成岩体的体积一样大,火山岩和深成岩之间存在着一种令人舒服的二元结构,深成岩体就是火山岩喷发的集结地。大约200 年前,Lyell(1838)画出标有“深成岩(花岗岩,等等)”的红色斑块(blobs),后者正向处于喷发中的火山提供物质(图1),该图今天仍在被引用。在此模型中,岩浆房通过平面或管状通道与地表相连,因此活火山应位于液态比例超过50%、且具有相当规模的熔融体的上方。

图1 深成岩- 火山岩的经典关系图

4、难点

主要包括地球物理成像难以找到岩浆房、实验岩石学和相平衡问题(流纹岩岩浆在地壳浅层最后与石英- 长石的残余物保持平衡,但作为流纹岩喷出后的残余物的深成岩体却并没有预期中的可以互补的地球化学特征)、地质年代问题(对酸性深成岩体的精确的地质年代学数据表明,深成岩体是逐渐增长而成的,但这样的增长界线很少能在野外看到)等。

5、结语

酸性岩的火山- 深成岩联系依然很神秘。目前来自岩石学、地质年代学、热学模拟、地球物理学和地球化学方法的观察结果常常出现相互矛盾的解释。了解这种联系对于从识别地球的大陆地壳如何形成,到预测火山喷发都有重要影响。正如萨克斯(Saxe)的“盲人摸象”所说,破解酸性岩的秘密需要将所有可能的观察结果综合起来,然后才能揭示酸性岩这头“大象”的真实面貌。

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