Proprietatile magmelor

Proprietatile magmelor

Atat scoarta cat si partea superioara a mantalei sunt sediul formarii de mase silicate fierbinti, mobile, alcatuind solutii, de regula sisteme heterogene, cu o participare variabila a componentelor cristalizate - Magme. Magma in sine reprezinta o topitura de silicati.

1. Compozitia magmelor

Magmele care ajung la suprafata poarta denumirea de lave. Din punct de vedere fizico-chimic magmele sunt sisteme heterogene. Ele sunt alcatuite din:

n     faza lichida (dominanta);

n     faza solida (cristale apartinand diverselor specii minerale);

n     faza gazoasa (uneori).

Magmele reprezinta topituri de silicati cu o compozitie relativ restransa (Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Ti, P). Sulfurile joaca un rol important numai in rocile sarace in silice.

Faza lichida: este in esenta o topitura de silicati si ea este aceea care imprima magmei proprietati specifice. In linii mari, topitura are o compozitie ionica.

Topitura cuprinde ioni si anioni de tipul [SiO₄]^4- si [AlO₄]^3-, (fig. 15 -- plansa IV). Tetraedrii anionici se leaga probabil unii de altii prin colturile de oxigen, formand retele uni-, bi-, tridimensionale, mult mai neregulate decat cele din silicatii cristalini. Aceste fenomene de asociere (polimerizare) sunt influentate de temperatura si de felul cationilor. Exprimati sub forma de oxizi, componentii majori ai topiturii de silicati sunt: SiO₂, Al₂O₃,CaO, MgO, FeO, Na₂O, K₂O. Componentul SiO₂ (silicea) este cel mai important, osciland intre cca. 38-70 % din greutatea totala a magmei. Magmele bogate in SiO₂ (>65 %) sunt numite acide, cele sarace in SiO₂ (<41 %) sunt numite bazice, iar cele cu SiO₂ cuprins intre 41 si 65 %, intermediare sau neutre.

Faza gazoasa (volatila): H₂O, CO₂, HCl, HF, SO₂, H₂S, H₂BO₃, etc.. Cu alte cuvinte, in afara componentilor lichizi, topitura de silicati poate contine, in stare dizolvata, diverse substante volatile (adica acele substante care la temperaturile inalte ale magmelor si la presiuni mici se gasesc in stare gazoasa).

Faza gazoasa, prezenta uneori in magma, se datoreste separarii din topitura a substantelor volatile. Cauzele acestei separari sunt numeroase, dar doua dintre ele par a fi cele mai eficiente: micsorarea presiunii si micsorarea cantitatii relative a topiturii, ca urmare a cristalizarii.

Sub aspectul aportului si implicatiilor petrogenetice, H₂O are rolul cel mai important. Teoretic, solubilitatea unui component gazos intr-un lichid depinde de presiunea partiala (pi) a gazului, conform legii lui Henry:

xi = Kpi 

unde: xi - concentratia molara a componentului gazos in solutia lichida;

K - constanta (dependenta de temperatura).

Continutul maxim de apa in magma este de 10% din greutate. Aceasta inseamna 60% din volumul topiturii (volumul molar al apei este mult mai mare decat volumul molar al componentilor nevolatili).

Variatiile de temperatura si presiune contribuie la individualizarea unei faze gazoase in cadrul sistemului complex, care este magma. De aceea, putem considera ca prezenta substantelor volatile in topitura de silicati, nu presupune existenta unei faze gazoase.

Concluzionand:

Componentii chimici principali sunt:

n     SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, K₂O aprox. 97% (fig.16 - plansa IV

n     MnO, TiO, PO....  aprox. 3%.

Variabilitatea chimica a magmelor este dependenta de geneza sau locul de formare al acestora precum si de capacitatea de contaminare cu componenti ai rocilor inconjuratoare, in drumul ei ascensional catre suprafata.

2. Vascozitatea

Aceasta este foarte importanta, pentru ca de ea depinde viteza de deplasare si viteza de cristalizare a magmei (g/cm/s = poisi).

Vascozitatea magmelor este foarte diversa:

n     mare (magme acide) - ex: magmele Aa (pierd usor faza gazoasa);

n     redusa (magme bazice) - ex: magmele Pahoehoe.

Formula unui lichid ideal:

  (3)

unde: h vascozitatea; r - densitatea fluidului; g - acceleratia gravitationala; h - inaltimea in coloana de fluid; - panta de scurgere; V - viteza de scurgere.

Ex: viteza de aproximativ 60 km/h (Hawai), cu pante foarte accentuate.

viteza de aproximativ 400 - 500 m/h, = 2 grade pentru lave bazaltice (in general).

De regula, ecuatia de mai sus este aplicabila pentru un fluid ideal, fara prezenta fazelor solide. Cum de foarte multe ori faza solida depaseste 50% din volumul lavelor, abaterile de la proprietatile fluidului ideal sunt considerabile.

Vascozitatea creste odata cu cresterea SiO₂ si pierderea de faza gazoasa. Cresterea de SiO₂ duce la cresterea capacitatii de polimerizare a [SiO₄]^4-. Acelasi rol il joaca si [AlO₄]^3-.

Alti factori care influenteaza vascozitatea sunt:

a.    h= T (direct proportional cu temperatura);

b.    h= 1/p (invers proportional cu presiunea);

Daca presiunea si temperatura (P,T) cresc (simultan) incat volumul magmei sa fie constant h scade, intrucat presiunea este principalul factor de influenta.

c.    h scade sensibil cu continutul in apa, adica prezenta apei impiedica procesul de polimerizare a [SiO₄]^4-respectiv [AlO₄]^3-;

d.    prezenta in numar mare a altor ioni, pe langa Si, Al, O, determina scaderea numarului de legaturi intre gruparile tetraedrice h scade (creste fluiditatea).

3. Temperatura

Temperatura poate fi determinata prin:

a.    masuratori directe cu aparate speciale (procedeul este foarte periculos);

b.    determinarea TT (temperatura de topire).

Nu se poate tine cont de presiunea din interiorul scoartei. In contact cu aerul, lavele se oxideaza, ducand la o crestere a temperaturii fata de valoarea la care magma vine din profunzime.

In general se admite ca, in adancime, la presiuni mari, datorita continutului mai mare de apa (si alte volatile), temperatura magmei poate cobori foarte mult (fig. 17 - plansa IV

Ex: magma granitica in prezenta apei, descreste temperatura pana la 600⁰ C; magma gabbroica, tot in prezenta apei, descreste pana la 650⁰C.

Temperaturile maxime ale magmei din zonele adanci, nu se cunosc. Probabil ca ele nu depasesc decat in mod exceptional temperaturile liquidus ale rocilor magmatice obisnuite - (Temperatura liquidus este temperatura minima la care dispare, prin topire, ultima faza solida din roca).

Ex: temperaturile liquidus ale peridotitelor si bazaltelor (fara apa) sunt de aproximativ 1700⁰ - 1900⁰C. Acestea ar putea fi cele mai inalte temperaturi posibile in magmele terestre.