Bài giảng Chương 5: Hoạt động magma

CHƯƠNG 5 – HOẠT ĐỘNG MAGMATrunh bình cứ xuống sâu 1 km, nhiệt độ trái đất tăng lên 30oC (gradient địa nhiệt)Ở lớp quyển mềm (độ sâu từ ~100 – 350 km), nhiệt độ đủ cao để làm nóng chảy đá tạo thành magma ở những điều kiện nhất định. Sự nóng chảy và hình thành magma có thể được diễn ra theo các quá trình sau:Tăng nhiệt độ: Bất đá nào khi nhiệt độ tăng cao đủ lớn sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái nóng chảy. Tuy nhiên, trong điều kiện địa chất thì sự tăng cao nhiệt độ lại đóng vai trò kém quan trọng nhất quyết định sự nóng chảy của đá.Hạ áp suất: Khi đá nóng chảy, các nguyên tử phân bố lộ xộn, chuyển động tự do và thể tích giãn nở thêm (~10%). Trong quyển mềm dù nhiệt độ đã vượt quá điểm nóng chảy nhưng đá vẫn ở trạng thái cứng do áp suất rất cao, khống chế sự giãn nở thể tích). Khi áp suất giảm đi sẽ làm cho đá có them thể tích để chuyển sang trạng thái nóng chảy.Chu trình thành tạo đáĐiều kiện kết tinh/nóng chảy magmaBổ sung nguồn nước: Các đá ẩm thường có điểm nóng chảy thấp hơn các đá khô cùng loại. Các yếu tố cấu trúc địa chất khi dẫn nước xuống sâu có thể làm cho đá nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn điểm nóng chảy thông thường.Giãn nở thể tích khi giảm áp suấtCÁC MÔI TRƯỜNG THÀNH TẠO MAGMAMagma tại trung tâm tách giãn Khi các mảng thạch quyển tách giãn, phần vật chất dẻo ở quyển mềm di chuyển lên phía trên để lấp đầy chỗ trống.Do vật chất nóng và dẻo đi lên trên sẽ bị giảm áp suất và bị nóng chảy tạo thành các dung nham magma.Phần lớn các trung tâm tách giãn tập trung ở sống núi giữa đại dương và magma ở đây mang tính bazơMagma tại các vòm nhiệt: các vòm vật chất manti nóng và dẻo đi lên phía trên, giải phóng áp suất và bị nóng chảyMagma tại trung tâm tách giãnMagma tại các vòm nhiệt (hot spot)Magma tại các đới hút chìm: Mảng đại dương bão hòa nước cắm xuống bên dưới mảng lục địa. Khi nhiệt độ tăng cao làm cho lượng nước trong mảng đại dương thoát ra và di chuyển lên trên.Khi mảng đại dương cắm xuống manti, nó kéo theo một phần đá ở trạng thái dẻo ở quyển ,mềm đi xuống trong khi đó các đá nóng, dẻo ở dưới sâu lại đi lên và giải phóng áp suấtTrong quá trình dịch chuyển mảng, sự ma sát làm sản sinh ra nhiệtCác quá trình trên dẫn đến sự hình thành magma do sự nóng chảy của các đá liên quan.Khoảng 75% các núi lửa đang hoạt động trên trái đất đều tập trung ở các đới hút chìm và tạo lên các “vành đai lửa – ring of fire).Sơ đồ phân bố vành đai lửa trên thế giớiCÁC THUỘC TÍNH CƠ BẢN CỦA MAGMANhiệt độ: Nhiệt độ của magma nằm trong khoảng 600-1400oC, phụ thuộc vào (1). Thành phần hóa học của magma và (2). Độ sâu thành tạo. Magma có thành phần bazơ và siêu bazơ thành tạo ở độ sâu lớn nhất nên có nhiệt độ cao hơn và ngược lại.Thành phần hóa học: O và Si là hai thành phần chính trong magma, ngoài ra còn có 6 nguyên tố phổ biến khác là Al, Fe, Mn, Ca, K, và Na. Sự khác nhau cơ bản giữa các loại magma là sự khác nhau về tỉ lệ tương đối của các thành phần hóa học cơ bản này.Hành vi của magma: Khi magma thành tạo, thể tích của nó tăng lên khoảng 10% và như thế có tỉ trọng nhỏ hơn đá vây quanh. Magma với tỉ trọng nhỏ hơn sẽ đi lên phía trên và nguội lạnh tạo thành đá magma.Tùy theo vị trí kết tinh mà nó có thể tồn tại dưới mặt đất để tạo thành đá magma xâm nhập hoặc phun trào lên trên mặt đất tạo thành đá magma phun trào.Một số cấu tạo cơ bản của đá magma xâm nhậpBatholith (thể nền) là các thể xâm nhập sâu có diện lộ > 100 km2.Stock (thể khối): diện lộ <100 km2.Dike (đai mạch): là các thể xâm nhập dạng tấm xuyên vào các khe nứt cắt chéo với bêf mặt các lớp đá vây quanh.Sill (thể tường) là một dạng dike nhưng song song với bề mặt các lớp đá vây quanh.DikeMột số đặc cơ bản của magma phun tràoMagma bắt đầu phun trào trên mặt đất bằng hiện tượng phát nổ. Ngoài dung nham nóng chảy còn có các mảnh vụn của đá vây quanh bắn lên (tro, cát, mảnh vụn, bomb núi lửa,). Đá được thành tạo từ các mảnh vụn này gọi là đá vụn núi lửa (pyroclast)Dung nham magma khi di chuyển trên mặt địa hình sẽ cuốn theo các vật liệu vụn trên mặt đất vào thành phần của nó. Ở những khu vực có nhiều mảnh vụn khi bị cuốn theo và đông cứng lại sẽ tạo thành cuội kết núi lửa (agglomerate)Dung nham magma có độ nhớt thấp (bazơ) có thể di chuyển nhanh hơn theo sườn dốc địa hình trên một quãng đường dài hơn và ngược lại.Những magma có độ nhớt cao (acid) thường tạo lên các cấu tạo đồi núi gọi là núi lửaAgglomerateNhững tai biến địa chất liên quan đến hoạt động của núi lửa:Gây tai họa trực tiếp đến sự an toàn của con người và sinh vậtPhá hủy cơ sở hạ tầng và cảnh quanGây biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trườngDự báo hoạt động của núi lửa:Dự báo khu vực: Các hoạt động magma phun trào thường xảy ra ở các đới địa chất xung yếu: trung tâm tách giãn, các đới hút chìm, các đới trượt kiến tạo,.Việc dự báo khu vực còn dựa vào nghiên cứu xác suất xuất hiện của các hoạt động phun trào. Tuy nhiên các dự báo này chỉ mang tính khu vực và không thể xác định được khi nào một núi lửa có thể hoạt động.Dự báo ngắn hạn: Sử dụng các thiết bị đo để theo dõi các cấu hiệu biến đổi:Biến đổi bề mặt địa hình khi magma từ dưới sâu đi lênCác chấn động (động đất) nhỏ và thường xuyên có thể là dấy hiệu cho sự di chuyển của magmaSự tăng cường phát ra các loại khí và khói bụiTrường địa nhiệt ở khu vực đó tăng caoCác dấu hiệu khác (dựa vào sự thay đổi tập tính đột ngột của động vật)