ماگما چيست

تعریف
Magma کلمه‌ای است یونانی به معنی خیر که برای مذابهای طبیعی سیلیکاته بکار گرفته می‌شود. اما در اصطلاح زمین شناسی، ماگما مایعی است سیلیکاته با گرانروی زیاد همراه با گاز و مواد فرار گدازه یا لاوا ماگمایی است که مواد فرار خود را از دست داده باشد. ماگماها ممکن است کاملا مایع و یا نیمه متبلور باشند. گدازه‌ها معمولا نیمه متبلورند. زیرا محتوی بلور ، کانیهایی هستند که نقطه ذوب و یا انجماد بالاتر دارند. این بلورها یا مستقیما از ماگما متبلور شده‌اند و یا کانیهای دیرگداز سنگ ما در ماگما هستند که از سنگ مادر جدا شده و به داخل ماگما افتاده‌اند.
انواع ماگما

“یاگار” ماگماها را از لحاظ محتوی گاز به سه دسته به قرار زیر تقسیم می‌کند:
• هیپوماگما: ماگمایی است محتوی گاز فراوان و تحت فشار که به علت فشار زیاد لیتوستاتیک گازها در ماگما بصورت محلول باقی مانده‌اند.

• پیرو ماگما: ماگمایی است پرگاز و کف مانند که گازهای آن آزاد شده اما از ماگما خارج نشده است.
• اپی ماگما: ماگمایی است فقیر از گاز شبیه به گدازه ها.

گرانروی ماگماها
گرانروی ماگما بسته به ترکیب شیمیایی ، درجه حرارت و مقدار درصد گاز محلول تغییر می‌کند. گرانروی ماگماهای بازالتی حداقل ۱۰۰ پواز و گرانروی ماگماهای گرانیتی بین ۳ ۱۰ تا ۶ ۱۰ پواز می‌باشد. گازهای محلول در ماگما سبب پایین آمدن وزن مخصوص کلی ماگما و نیز تقلیل گرانروی می‌شوند. گرانروی یک ماگما با پیشرفت تبلور در آن ماگما نسبت مستقیم دارد. زیرا افزایش فازهای جامد و بالا رفتن درصد سیلیس در مایع باقی مانده موجب افزایش گرانروی می‌شود.
حرارت ماگماها

حرارت ماگماها بین ۱۵۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد است. ماگماها وقتی می‌توانند به سطح زمین برسند که حرارتی بین ۹۵۰ ( ریولیتها ) تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد ( بازالتها ) داشته باشند زیرا در کمتر از این حدود حرارتی ، ماگماها منجمد شده و در همان عمقی که هستند متوقف می‌شوند.

ترکیب شیمیایی ماگماها
مطالعات زیادی برای تشخیص ترکیب شیمیایی ماگماها از لحاظ کانی شناسی ، درصد اکسیدها و مواد فرار صورت گرفته و نتیجه این شده که ماگماها اصولا از اکسیدهای مختلف تشکیل شده‌اند اما بسته به نوع ماگما درصد هر اکسید متفاوت است. اکسیدها عمده سازنده ماگماها عبارتند از:
Si O2 , Al2 O3 , Fe O , Fe2 O3 , Ca O , Mg O , Na2 O , K2 O , Ti O2 , Mn O , P2 O5 , H2 O , C O2
علاوه بر اکسید‌ها فوق ، ترکیبات زیر نیز در ماگماها دیده شده‌اند:

Fe Cl3 , Al cl3 , B O3 , H F , H CL , C O , S O2 , S H2 , H2 , N H3 , C H4
ماگما ماده ی طبیعی سیال و داغی است که ماده ی سازنده ی سنگها به شمار می آیند و در سیارات ،اقمار طبیعی یا دیگر اجرام سماوی با خصوصیات کلی،مشابه تولید میشود،به علت آنکه ماگما تنها در زیر زمین یافت میگردد تشخیص هویت کامل آن میسر نیست.موقعی که ماگما به بیرون ریخته می شود علاوه بر تولید گدازه یا نهشته های خرد شده ،مقدار زیادی مواد فرار نیز آزاد می کند که در اتمسفر یا هیدروسفر زمین یا در فضای کوچک و بدون هوای سیارات محبوس می گردد.برای مثال برخی از گدازه های ماه دارای حفره های کروی است که حباب های مدور گاز در آن تشکیل شده و ترکیب این سازندگان فرار

ناشناخته مانده است.در قرن بیستم ایده ی وجود یک ماگمای اوليه بتدریج قوت گرفت این اصطلاح معرف آن است که ماگما مادامی که در داخل سیاره تولید می شود،ترکیب شیمیایی آن همیشه یکنواخت می باشد.بعداً این نام با واژه ی ماگمای مادر مترادف وبا هم بکار برده شد.هر دو نام برای توصیف ماگماهایی بکار می روند که در نقاط مختلف سنگهای بسیار زیاد با ترکیب شیمیایی کاملاً یکسان تولید نماید.ولی امروزه ماگمای مادر به ماگمايی اطلاق می شود که از آن یک

یا چند ماگما مشتق شده باشد. بنابراین وجود ماگمای اوليه ضرورت ندارد. در سال ۱۹۶۰ کونو اظهار عقيده نمود که ترکیب ماگمای مادر اصولاً به عمقی بستگی دارد که ماگما در آنجا تولید می گردد.ترکیب شیمیایی اغلب سنگهای حاصل از انجماد ماگماها در حین رسیدن به سطح زمین تغییر میکند. جستجو برای یافتن ماگمای اوليه از این جهت اهمیت دارد که اطلاعات با ارزشی از ناحیه منشاء در اختیار ما قرار می دهد.به کمک طرح مطالعه ی آتشفشانی بازالتی (۱۹۸۱)و بر

اساس انواع مشخصی از سنگهای آتشفشانی می توان ترکیب شیمیایی و ترکیب مودال درون یک سیاره را تعیین کرد.برای این منظور لازم است محاسباتی انجام شود.در ابتدا باید تمام سنگهای یک ناحیه را از سرد شدن مایعات به وجود آمده اند بررسی نمود.اگر سنگهای مورد مطالعه شیشه ای و یا کاملاً ریز دانه باشند در این صورت فرض برآن است که این سنگها از مایعات انجماد یافته اند چنانچه سنگ مورد بررسی واحد بلورهای درشت (فنوکریست) یا بلورهای بیگانه نسبت به ماگما (گزنو کریست) باشد برای تعیین ترکیب مایع مولد این سنگها به مطالعات آزمایشگاهی مخصوصی نیاز است. بعد از تعیین هویت مایعات سرد شده مرحله ی بعدی دانستن این مطلب است که کدام از این مایعات به فرآیند های دیگری که در فشارهای پایین انجام می شوند مشخصات ناحیه ی منشاء را حدس زد .
غلظت

تنها با تجزیه ی شیمیایی یک ماگما قادر به توصیف کامل آن نخواهیم بود زیرا ماگماها علا رغم دارا بودن ترکیب شیمیایی یکسان،در دماها و فشارهای مختلف ، خواص فیزیکی متفاوتی از خود بروز می دهند.فهم این موضوع ساده است زیرا تغییر می دهند . فهم این موضوع ساده است .زیرا تغییر در فشار و درجه حرارت ،نه تنها خصوصیات و فراوانی فازهای ماگمایی موجود را تغییر می دهد بلکه غلظت،چگالی و ساختمان آن را هم تغییر می دهد .به عقیده ی ویلیامز و کمک بیزنی در سال ۱۹۷۹غلظت مهم ترین ويژگی ماگماها می باشد .اهمیت اختصاصی غتظتها ؛

الف- در فرآیند هایی است که ماگماها را از فلزات موجود در محل منشاء جدا میکند.
ب- در صعود و استقرار ماگماها
ج- در تفریق ماگماها

د- در پخش و توزیع عناصر در ماگما
غلظتها یا گرانروی از اختصاصات سیال برای حفظ مقاومت داخلی اش در برابر جریان یافتن است و اغلب به صورت اصطکاک داخلی توصیف می شود .بخصوص آنکه عبارت از نسبت تنش برشی به تغییر شکل برشی است و در سیستم SIبر حسب نیوتن ثانیه در هر متر مربع (NS/M2) یا پواز در سیستم C.G.Sبیان می گردد.در۲۰درجه ی سانتیگراد غلظت بر گلیسرول در حدود یک نیوتن ثانیه در هر متر مربع است . داده های غلظت بر اساس مطالعات صحرایی گدازه ها وهم چنین بر اساس اندازه گیریهای آزمایشگاهی بر روی مواد طبیعی ومصنوعی بدست آمده است .این قبیل مطالعات نشان داده است که اختلاف غلظت مواد مذاب حاصل سنگهای آذرین معمولی ،تابع تغییرات درجه حرارت یا اختلاف ترکیب شیمیایی آنها می باشد.

سازندگان فرار
تغییرات جزئی در ترکیب شیمیایی یک ماده ی فرار یا اسید های فلزات آلکالن ممکن است اثرات قابل توجهی در خصوصیات فیزیکی (مثل غلظت ،پلیمریزاسیون وچگالی ) .مواد فراّر ماگما داشته باشند .مواد فراّر ماگما شامل آن دسته از مواد شیمیایی مثلCO2:وh2o
هستند و فشار بخار آنها بقدری زیاد است که ممکن است در هر فاز گازی

حضور داشته باشند . هس (۱۹۸۰) نشان داده است که وجود مقدار اندکی آب در یک شیشه ی سیلیس می تواند غلظت را تا حد یک بزرگی
ماگنی تود ) کا هش دهد و به علاوه تماس ساده ی یک سطح قدیمی با
انگشت موجب ته نشینی مواد آلکالنی گردیده و سنگ با لکه هایی از این مواد آغشته شده و در نهایت لکه های مزبور از حالت شیشه خارج می شوند.اگر آب در یک گدازه ی سیلیکاته حل شود ، نسبت آنيونها ی غیر پيوندی به کاتیونها ی تترائدری را افزایش داده پلیمریزا سیون گدازه کاهش می یابد و سرانجام از میزان غلظت کاسته می گردد.مطالعات:

الف- انکلوزیونها ی سیال موجود در کانیها
ب-مواد فرار موجود در اغلب سنگهای آذرين

ج-گازهای آزاد شده در هنگام فوران آتشفشانی همه دلالت بر این دارند که آب و دی اکسید کربن فراوان ترین سازندگان فرار در مواد آذرین سطح زمین هستند .
اغلب مقالاتی که در منشاء و تحول ماگما مورد تجزیه و تحلیل قرار داده اند به عمل آب در کا هش دمای ذوب کانیهای سازنده ی سنگ نیز اشاره می کنند و بدین ترتیب احتمال نشأت گرفتن ماگما در نتیجه ی ذوب بخشی تحتانی و گوشته ی فوقانی قوت گرفته است . تاتل و بوون ۱۹۵۸
نشان داده اند که در حضورh2o و با درجه حرارت و فشاری که در اعماق پوسته ی قاره ای حاکم می باشد برخی از سنگها ی پو سته ای شروع به ذوب شدن می کنند . ضمناً این مطالعات نشان داده اند که چنین ماگماها یی عمدتاً ترکیب ریولیتی دارند .

بررسی سنگهای آذرین مذاب ثا بت کرده است که با افزایش فشار ، حلالیت آب رفته رفته زیاد،و در مذابها ی ریولیتی بیشتر از مذابهای آندزیتی بیشتر از مذابهای بازالتی می باشد .
تولید ماگما
جهت تولید ماگما های اوليه مکانیسم های متعددی دخالت دارند و در زمانهای مختلف تکامل هر یک از سیارات، مکانیسم های ویژه ای فعال بوده اند . امروزه نیز در هر منطقه ی تکتونیکی زمین مکانیسم های خاصی حاکم است که با مناطق دیگری وضعیت متفاوتی دارد . در سیارات زمیني ، میزان جریان در هر منطقه ی تکتونیکی زمین مکانیسم های خاصی حاکم است که با مناطق دیگر وضعیت متفاوتی دارد .
در سیارات زمینی ، میزان جریان گرمایی بعد از افزاییش حجم آنها به مراتب بیش از زمان فعلی بوده است در مناطق کم سرعت برای تولید ماگما سه طریقه وجود دارد:

الف- افزاییش دما در فشار ثابت
ب- کاهش فشار در دمای ثابت
ج- کاهش درجه حرارت ذوب سنگهای گوشته بر اثر افزایش موادی هم چون مواد فرار
ضمناً در حال حاضر ، مباحث فرض بر این است که صعود ماگما نتیجه ی افزاییش دمای آن می باشد منبع اصلی انرژی داخلی زمین در حال حاضر ، رادیواکتیویته است .اگر هسته های مولد گرما در گوشته ای که در آن جریان جابجایی وجود نداشته باشد به طور پراکنده واقع باشند ،آتشفشانها بوجود می آید .

حال اگر بخواهیم در مورد ماهیت فیزیکی گوشته ی فوقانی صحبت کنیم ،باید متذکر شویم که هدایت حرارتی با تغییرات دما تغییر می يابد (لوبی مودا ۱۹۵۸) محاسبات نشان می دهد که درون زمین خاصیت فیزیکی مذکور در فوقانی ترین بخش گوشته (۷۰-۱۰۰ کیلومتر) به حداقل رسیده است . این کاهش در هدایت حرارتی ممکن است ناشی از تجمع گرما باشد ونیز خود عاملی در جهت پا برجایی منطقه ی کم سرعت با دمای نزدیک به نقطه ی ذوب باشد ( مک بیزنيی ۱۹۶۳) ذوب بر اثر کا هش فشار به دو صورت است:

اول حرکت نسبتاً سریع و رو به بالای مواد سازنده ی گوشته ودوم کاهش با لیتوستا تیک که معمولاً باعث فشردگی سنگهای گوشته می شوند. جریان های جابجایی در گوشته یا صعود به صورت دیاپیری ، اولین نوع ذوب بر اثر کاهش فشار به حساب می آیند . شواهد متعدد ، حاکی از آن است که پدیده ی کنوکسیونی در گوشته زیر اقیانوسها (مثل شمال اقیانوس اطلس) نیز فعال می با شد . دومین نوع ذوب در نتیجه کا هش فشار موقعی رخ می دهد که فشار در گوشته ی فوقانی بر اثر انحناء و یا گسل خوردگی سنگهای بالایی تغییر یابد (یودر ۱۹۵۲) چنین فرآیند هایی ممکن است به طور محلی منجر به ذوب بخشی شده و باعث تجمع مواد فرار از بخشهای زیرین گوشته شود.

فرآیند ذوب
به نظر یُدر (۱۹۷۶) برای تولید حجم های عظیمی از ماگما های نسبتاً همگن چهار حالت فیزیکو شیمیایی وجود دارد.
الف- ذوب یکنواخت
ب- ذوب بخشی
ج- ذوب ناحیه ای
د- ذوب نا متعادل

یُُدر معرف ذوب یکنواخت و ذوب بخشی را با آزمایشات نشان داده و آن را سیستم فورستریت (fo) – دیوپسید (py) (در فشار ۰/۴ ژیگا پاسکاال یا ۴۰ کیلوبار ) می باشد. در بحث زیر این سیستم را بعنوان یک سیستم سه تا یی ایده آل در نظر گرفته شده است. اگر درجه حرارت ترکیب جامد سنگهای گوشته ی فوقانی زمین افزایش یابد و به ۱۶۷۰

درجه ی سانتی گراد برسد ، ترکیب مزبور شروع به ذوب شدن می کند ومایعی با ترکیب E از آن به وجود می آید . E یک نقطه ی اتکتیک است و دارای پایین ترین نقطه ی ذوب تشکیل دهنده های py-di-fo می باشد . در اتکتیک افزایش یا کاهش دما باعث افزایش یا کاهش نسبت فازهای مایع به جامد می گردد . چنین تغییراتی باعث تغییر ترکیب هر فاز دیگر ( از جمله مایع ) نمی شود . ( در اینجا منظور آن است که در نقطه ی اتکتیک با افزایش درجه حرارت ، گرمای سیستم تغییر نمی کند و تنها ترکیب نقطه ی اتکتيک ذوب می شود ) در ذوب بخشی به محض تشکیل مایع ، حتی به مقدار خیلی جزئی از سنگ منشأ یی که از آن پدید آمده ، جدا می شود . بنابراین چنین مایعی با بلورهای باقیمانده واکنش نمی کند.

ترکیبات عناصر کمیاب و فرعی ممکن است در فرآیندهای مختلف ذوب متفاوت باشد . (يُدر ۱۹۷۶) با سیستم py-di fo در فشار ۰/۴ ژیگا پاسکال (۴۰ کیلو بار ) می توان نحوه ی پیدایش حجم های زیادی از ماگمای همگن (از نظر شیمیایی) را نشان داد. در سيستم های طبیعی این همگنی شیمیایی به عناصر اصلی مربوط می شود ولی تغییرات عناصر کمیاب وابسته به فراوانی فازهای فرعی مثل فلوگوپیت ، ریشتریت وآپاتیت می باشد .

به نظر يُِدر(۱۹۷۶) رفتار ذوب سنگهای معمولی گوشته ی فوقانی دارای اختصاصات اتکتیکی بوده و اولین مایع در کمترین درجه ی حرارت و در نقطه ی نا متغیر از سیستم پریدوتیت گرونالار تشکیل می گردد. غالباً ذوب ناحیه ای یک فرآیند ذوب بی قاعده است این واژه توسط هاریس (۱۹۵۷) معرفی شد . ولی این فرآیند را روشی برای تمرکز عناصر لیتوفیل با یون بزرگ مثل پتاسیم میدآنست در ابتدا این واژه برای توصیف فرآیند های صنعتی تخلیص فلزات بکار می رفت که در آن منطقه ی ذوب در امتداد یک میله ی فلزی عبور می نماید.

در وهله ی اول نا خالصی ها در مایع پراکنده است وسپس در طول محل ذوب شدگی و از یک سمت میله به انتهای دیگر حرکت می کند و از ان جدا می شود.
به عقیده هاریس (۱۹۵۷)با صعود یک توده ی ماگمایی از خلال گوشته ، بر اثر خروج مواد محلول ،ترکیب ماگما با پیوند های نگهدارنده یون ها در کانی ها می گردد. فراوانی عناصر مزبور آنقدر زیاد و کافی نیست که بتواند به صورت کانی های جداگانه متبلور شدند.

عناصری که به این طریق تغلیظ می شوند عبارتند از : پتاسیم ، روبیدیوم، سزیوم ، باريوم ، سرب ، زیرکونیوم،توریوم ،اورانيوم، نيوبيوم، فسفر، کربن،هیدروژن و کلر.چنین عناصری ، عناصر ناسازگار نام دارند.

در شرایط عادی حاکم بر گوشته ی فوقانی ، در یک دیاپیر تعادل وقتی بر قرار می شود که مقدار معينی ماگما از آن جدا شده باشدمعهذا تحت شرایط خاص مثلاً هنگامی که ماگما سریعاً تشکیل شود و ازمحل تشکیل خارج گردد ، ممکن است ذوب نامتعادل رخ دهد.
بنابراین تصور می گردد که از ذوب عادی مواد سازنده ی گوشته ی فوقانی زمین ، به انواع متفاوتی از ماگمای اوليه بستگی دارد.توضیحات فوق حاکی از آن تعدادی از ماگماهای اوليه با ترکیب شیمیایی متفاوت است که از یک منبع بوجود آید.

حرکت و ذخیره ماگما
فورانهای آتشفشانی حاکی از آن است که ماگما لااقل از خلال لایه های سطح هر سیاره عبور کرده است .مطالعات لرزه نگاری وژئوفیزیکی مناطق آتشفشانی (مثل هاوائی) مؤید موضوع فوق می باشد.ماگما با سرعتهای متفاوت و با مکانیسم های مختلف نقل مکان می کند.

برای مثال ماگما ممکن است به صورت یک توده ی بزرگ دیاپیر شناور که از بلورها و سیالات ترکیب یافته است صعود نماید ،و یا اینکه ممکن است تحت یک فرآیند تراوش حرکت نماید . فرآیند تراوش شامل تکامل ماگما و عکس العمل مسیرهای انتقال از منبع مولد تا سطح زمین می باشد (شاو ۱۹۸۰) ماگمای تولطد شده از هر منبع ، نسبت به آن حجم بیشتری دارد .این مسـأله احتمالاً در مهاجرت ماگمای مذاب به مناطق کم فشار و در شبکه ای از سنگهای قابل تغییر شکل حول و حوش فازهای جامد باقیمانده به حرکت در می آیند بخش خیلی کوچکی از ماگما به صورت مایع بین ذره ای در شبکه بلورین و مقاوم سنگهای مادر که از نظر دینامیکی در اعماق پایدار است باقی می ماند .با وجود این ،یک توده ي ماگمایی از شبکه ی فازهای جامد باقيمانده جدا گشته واز طريق شکستگی ها یا تغییر شکل یا با کنار زدن مواد پوششی جامد ویا به علت خروج محلول ها صعود می نماید.

نیروهای اصلی موجود در یک سیاره برای صعود ماگما عبارتند از:
الف- فشرده گی بیش از حد
ب- شناوری يودر۱۹۷۶
فشردگی بیش از حد بر سنگهای شکننده لیتوسفر سیاره وارد می شود به نحوی که در هر نقطه ی x،واقع در درون لیتوسفر یک سیاره به طور معمول فشارهای عمودی (یا فشارهای لیتواستاتیک) که از وزن سنگهایی فوقانی ناشی میشود وارد می گردد.

حال اگر ستونی از ماگما که چگالی آن کمتر از چگالی سنگهای تحت فشار است را در نظر بگيريم‌، در می یابی

م که چنین ماگمایی از نقطه يx به سطح سیاره راه می یابد. بدین ترتیب ماگما ی فشرده شده در این ستون ،به سطح منتقل می شود .حتی ظهور قله های بزرگ آتشفشانها نیز به علت وجود همین افزايش فشار سنگهای رویین است (هولمز ۱۹۴۴) . در این مورد آتشفشان شناسا ن (ويليامز و مک بیرنی ۱۹۷۹) مدلهای نسبتاً ساده ای را مد نظر قرار می دهند زیرا معتقد اند که ماگما قادر است در طول یک مجرای سنگی سخت متوقف گردد. با وجود این، این مدل قادر به توضیح خصوصیت فشردگی بیش از حد نیز هست.

شناوری عبارت از رانش رو به بالای یک توده ی غوطه ور در یک سیّال است . مثلاً اگر یک توده ی جامد با هر شکل وچگالی دریک سیال شناور گردد، نیروی شناوری مجموع بردار های کل نیروهایی خواهد بود که از طرف سیال بر این توده اعمال می شود . این نیرو همیشه رو به بالا عمل می کند ،زیرا فشارهای مؤثر بر قسمت زیرین توده بیشتر از فشارهای وارده بر قسمت بالایی آن است .از طرفی فشارهایی که بر یک طرف وارد می گردد با فشارهای وارده به طرف مقابل همدیگر را خنثی می کنند اگر نیروی شناوری بیشتر از نیروی وزن توده باشد در این صورت توده بالا خواهد آمد و برعکس اگر نیروی وزن بیشتر باشد توده ی مزبور فرو خواهد رفت. نیروی شناوری و وزن هر دو بر حسب نیوتن سنجیده می شوند .