Đá lửa (địa chất)
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
- Bài này nói về đá lửa như là một thuật ngữ trong địa chất học. Các nghĩa khác xem bài Đá lửa (định hướng).
Đá lửa được tạo thành khi đá nóng chảy (macma) bị nnguội đi và đông đặc lại, có hoặc không có quá trình kết tinh, được diễn ra hoặc là dưới bề mặt Trái Đất như là đá xâm nhập (đá sâu hay plutonit) hoặc là trên bề mặt Trái Đất như là đá phun trào (đá núi lửa). Lớp macma này có thể được bắt nguồn từ lớp phủ của Trái Đất hoặc từ các loại đá đã tồn tại trước đó bị nóng chảy do các thay đổi nhiệt độ áp suất cực cao. Trên 700 loại đá lửa đã được miêu tả lại, phần lớn trong chúng được tạo ra gần bề mặt lớp vỏ Trái Đất.
Mục lục |
[sửa] Nguồn gốc macma
Lớp vỏ Trái Đất dày khoảng 35 km (22 dặm) tại các phần dưới các châu lục, nhưng trung bình chỉ khoảng 7 km (4,3 dặm) dưới các đại dương. Nó được tạo thành từ các loại đá có tỷ trọng tương đối thấp, và gần với lớp vỏ là các loại đặc hơn của lớp phủ, chúng mở rộng tới độ sâu gần 3.000 km (1.860 dặm). Phần lớn macma tạo thành đá lửa được sinh ra trong các phần phía trên của lớp phủ ở nhiệt độ khoảng từ 600 đến 1.600°C.
Khi macma nguội đi, các khoáng chất kết tinh từ hỗn hợp nóng chảy ở các nhiệt độ khác nhau (quá trình kết tinh từng phần). Có tương đối ít khoáng chất là quan trọng trong sự hình thành của đá lửa. Có điều này là do macma mà từ đó các khoáng chất kết tinh là chỉ giàu một một số nguyên tố nhất định: silíc, ôxy, nhôm, natri, kali, canxi, sắt và magiê. Chúng là các nguyên tố khi kết hợp với nhau tạo ra các khoáng chất silicat, là các loại khoáng chất chiếm trên 90% thành phần các loại đá lửa.
Các loại đá lửa chiếm khoảng 95% toàn bộ phần phía trên của lớp vỏ Trái Đất, nhưng sự phổ biến lớn của chúng bị che giấu dưới bề mặt Trái Đất bởi một lớp các loại trầm tích và đá biến chất tương đối mỏng nhưng phân bổ rộng.
Đá lửa là quan trọng về mặt địa chất do:
- Các khoáng chất và tính chất hóa học tổng thể của chúng cung cấp thông tin về thành phần của lớp phủ từ các nơi mà một số loại đá lửa được đẩy ra cũng như các điều kiện về nhiệt độ và áp suất mà sự đẩy ra này đã được thực hiện và/hoặc thông tin về các loại đá bị nóng chảy đã từng tồn tại trước đó;
- Niên đại tuyệt đối của chúng có thể thu được nhờ một loạt các dạngxác định niên đại bằng phóng xạ khác nhau và vì thế có thể so sánh với các địa tầng địa chất cận kề, cho phép miêu tả lại thời gian diễn ra các sự kiện một cách tương đối chính xác;
- Các đặc điểm của chúng thông thường được đặc trưng bởi các điều kiện của môi trường kiến tạo cụ thể, cho phép tái tạo lại các mô hình kiến tạo (Xem thêm kiến tạo địa tầng);
- Trong một số hoàn cảnh đặc biệt, chúng là nguồn gốc của một số mỏ khoáng sản quan trọng: ví dụ vonfram, thiếc và urani, thông thường hay đi cùng với đá granit.
[sửa] Phân loại
Các loại đá lửa được phân loại phù hợp với phương thức diễn ra, kết cấu, thành phần hóa học và cấu trúc hình học của chúng.
[sửa] Phương thức diễn ra
Xét trên phương diện phương thức diễn ra, các loại đá lửa có thể là đá xâm nhập (đá sâu hay plutonit) hay đá phun trào (đá núi lửa).
Đá lửa xâm nhập kết tinh bên trong lớp vỏ Trái Đất.
Đá lửa xâm nhập (còn gọi là đá plutonit, gọi theo tên của Pluto, là vị thần của người La Mã cai quản địa ngục-tức Diêm Vương) được tạo ra từ macma khi nó nguội đi và cứng lại bên trong lớp vỏ Trái Đất. Bị bao quanh bởi các loại đá đã tồn tại trước đó (gọi là đá bản địa), macma nguội đi rất chậm và kết quả là các loại đá được hình thành này có hạt thô. Các hạt khoáng chất trong các loại đá như thế nói chung có thể xác định bằng mắt thường.
Phần lõi trung tâm của các dãy núi lớn chứa các loại đá lửa xâm nhập, thông thường là đá granit. Khi bị lộ ra do xói mòn, các lõi này (gọi là các bathôlit) có thể chiếm một khu vực rộng lớn trên bề mặt.
Đá lửa xâm nhập hạt thô được tạo thành ở sâu dưới đất được gọi là đá sâu; Đá lửa xâm nhập hạt thô được tạo thành ở gần bề mặt được gọi là đá cận sâu.
Đá lửa phun trào là kết quả của các hoạt động phun trào núi lửa và vì thế bị làm cứng và đông đặc trong điều kiện phơi ra ngoài khí quyển.
Đá lửa phun trào (còn gọi là đá núi lửa, trong ngôn ngữ một số tiếng nước ngoài như tiếng Anh chẳng hạn, gọi là volcanic rock, lấy theo tên của Vulcan, là tên gọi của người La Mã để chỉ vị thần cai quản lửa) được tạo thành trên bề mặt Trái Đất do kết quả của các hoạt động núi lửa. Ở độ sâu vài kilômét dưới bề mặt Trái Đất thì nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ mà phần lớn các loại đá có thể nóng chảy tại bề mặt. Tuy nhiên, các loại đá này vẫn ở dạng cứng do áp suất lớn tạo ra bởi các lớp đá nằm phía trên. Nếu như có các khe nứt trong các lớp đá thì áp suất bị tụt xuống và một khối lượng đáng kể đá bị nóng chảy. Macma tạo ra sẽ bị ép phụt lên trên thông qua các kẽ nứt tới bề mặt và tạo thành núi lửa.
Đá nóng chảy (hay nóng chảy một phần) (gọi là dung nham hay lava) sẽ chảy ra từ núi lửa và loang rộng. Do dung nham bị nguội và kết tinh nhanh nên nó tạo ra các loại đá có hạt mịn. Nếu sự làm nguội là quá nhanh, không cho quá trình kết tinh có thể xảy ra thì các loại đá tạo thành có cấu trúc giống thủy tinh (chẳng hạn như đá opxidian tức đá vỏ chai).
Do kết cấu hạt mịn này của các dạng khác nhau của đá lửa phun trào là khó phân biệt hơn so với các dạng khác nhau của đá lửa xâm nhập. Nói chung, cấu tạo khoáng chất của đá lửa phun trào hạt mịn chỉ có thể xác định bằng cách kiểm tra các mẫu mỏng dưới kính hiển vi, vì thế chỉ có sự phân loại gần đúng có thể sử dụng trong lĩnh vực này.
Các vật chất có thể bị núi lửa tống ra ngoài rất mãnh liệt trong quá trình hoạt động phun trào là các khối, cục đá và tro. Các vật chất này được gọi là đá nham tầng (cũng còn gọi là đá lửa vụn) và có thể rơi gần đó, tạo thành một phần của núi lửa hay bị mang đi xa nhờ gió.
Sự phân loại thành nhiều dạng đá lửa khác nhau có thể cung cấp cho con người thông tin quan trọng về các điều kiện mà chúng hình thành. Hai yếu tố quan trọng được sử dụng trong phân loại đá lửa là kích thước hạt (phụ thuộc rất nhiều vào lịch sử quá trình làm nguội) và thành phần khoáng chất của đá. Fenspat, thạch anh, ôlivin, pyrôxen, amphibôn và mica là các khoáng chất quan trọng trong sự hình thành đá lửa và chúng là cơ sở để phân loại các loại đá lửa này. Tất cả các khoáng chất khác có mặt trong đá được coi là không cơ bản (gọi là khoáng chất phụ).
Trong phân loại đơn giản hóa, các dạng đá lửa được chia trên cơ sở của sự hiện diện của fenspat, sự có/vắng mặt của thạch anh và trong các loại đá không có fenspat hay thạch anh thì theo sự có mặt của các khoáng chất chứa sắt hay magiê.
Các loại đá lửa có tinh thể lớn đủ để nhìn bằng mắt thường được gọi là phanerit; các loại đá lửa có tinh thể quá nhỏ được gọi là aphanit. Nói chung, phanerit hàm ý nguồn gốc xâm nhập còn aphanit hàm ý nguồn gốc phun trào.
Các tinh thể chứa trong đá lửa hạt mịn được gọi là pocfia. Kết cấu pocfia phát triển khi một số tinh thể phát triển lớn đến kích thước đáng kể trước khi phần chủ yếu của macma thống nhất lại thành khối vật liệu đồng nhất hạt mịn.
[sửa] Kết cấu
Sự khác biệt quan trọng nhất trong các dạng đá lửa là kết cấu, nó là đặc trưng vật lý của đá, bao gồm kích thước, hình dạng, định hướng và sự phân bổ của các hạt cũng như quan hệ giữa các hạt.
[sửa] Kích thước hạt
Theo kích thước hạt, đá lửa có thể phân loại thành pecmatit (hạt rất lớn), phanerit (chỉ có hạt lớn), pocfia (một số hạt lớn và một số hạt nhỏ), aphanit (chỉ có hạt nhỏ), có lỗ hổng (khoảng trống sinh ra bởi khí bị chiếm giữ trong quá trình nguội đi), thủy tinh (không có hạt) hay nham tầng (đá vụn bị đẩy ra khi phun trào núi lửa).
- Đá phanerit chứa các khoáng chất với hạt (tinh thể) nhìn thấy bằng mắt thường và nói chung là đá xâm nhập (do quá trình làm nguội càng chậm thì tinh thể càng to). Trong một số ngoại lệ, dạng đá này có thể chứa các tinh thể cực lớn, trong trường hợp này chúng được gọi là pecmatit.
- Trong đá phun trào, khi quá trình làm nguội là nhanh hơn, các tinh thể khoáng chất riêng rẽ thông thường không nhìn thấy được bằng mắt thường và chúng được gọi là aphanit.
- Kết cấu pocfia là trạng thái trung gian giữa hai loại trên: khối đá có kết cấu aphanit, nhưng các tinh thể (gọi là các tinh thể ban) có thể nhìn được bằng mắt thường.
- Nếu macma nóng chảy bị làm nguội quá nhanh không cho quá trình kết tinh diễn ra thì sản phẩm tạo ra là thủy tinh núi lửa hay opxidian.
[sửa] Hình dạng tinh thể
Hình dạng tinh thể cũng là yếu tố quan trọng trong kết cấu của đá lửa. Các tinh thể có thể là euhedral, subeuhedral hay anhedral:
- Euhedral, nếu hình dạng tinh thể được bảo toàn.
- Subeuhedral, nếu chỉ một phần được bảo toàn.
- Anhedral, nếu tinh thể không thể hiện rõ ràng hướng kết tinh có thể nhận biết được.
[sửa] Thành phần khoáng-hóa học
Các dạng đá lửa có thể phân chia nhỏ theo các thông số hóa học/ khoáng chất học theo hai hướng chính:
Hóa học: - Tổng hàm lượng kiềm - silica (biểu đồ TAS) cho phân loại đá núi lửa được sử dụng khi không có các dữ liệu về phương thức hay khoáng chất học:
- Các dạng đá lửa axít chứa hàm lượng silica cao, lớn hơn 63% SiO2 (ví dụ riôlit và đaxít)
- Các dạng đá lửa trung gian chứa 52 - 63% SiO2 (ví dụ anđêsit)
- Các dạng đá lửa bazơ chứa ít silica (45 - 52%) và thông thường chứa nhiều sắt - magiê (ví dụ đá bazan)
- Các dạng đá lửa siêu bazơ chứa ít hơn 45% silica. (ví dụ picrit và kômatiit)
- Các dạng đá lửa kiềm với 5 - 15% chất kiềm (K2O + Na2O) (ví dụ phônôlit và trachyt)
- Lưu ý: Thuật ngữ axít-bazơ được sử dụng rộng rãi hơn trong các tài liệu địa chất cũ.
Khoáng chất: Hàm lượng khoáng chất - felsic hay mafic:
- Đá felsic, chủ yếu chứa thạch anh, fenspat kiềm và/hoặc khoáng vật chứa fenspat: các khoáng chất felsic; các dạng đá này (ví dụ granit) thông thường nhạt màu và có tỷ trọng thấp.
- Đá mafic, chủ yếu chứa các khoáng chất mafic pyrôxen, ôlivin và plagiocla canxi; các loại đá này (ví dụ đá bazan) thông thường sẫm màu và có tỷ trọng lớn hơn đá felsic.
- Đá siêu mafic, chứa trên 90% khoáng chất mafic (ví dụ dunit)
Bảng dưới đây là sự phân chia đơn giản đá lửa theo cả thành phần và phương thức diễn ra.
| Thành phần | ||||
|---|---|---|---|---|
| Phương thức diễn ra | Axít | Trung gian | Bazơ | Siêu bazơ |
| Xâm nhập | Granit | Điôrit | Gabbrô | Periđôtit |
| Phun trào | Riôlit | Anđêsit | Đá bazan | |
Để có sự phân loại chi tiết hơn, xem Biểu đồ QAPF.
[sửa] Cấu trúc hình học
Các dạng đá lửa có thể phân loại theo hình dáng và kích thước của khối xâm nhập và quan hệ của chúng với các vật thể khác mà chúng xâm nhập vào. Các dạng đá xâm nhập chủ yếu là bathôlit, laccôlit, đá phiến ngang và đá phiến đứng. Các dạng đá phun trào thông thường được gọi là dung nham.
[sửa] Ví dụ về phân loại
Granit là loại đá lửa xâm nhập (được kết tinh ở sâu dưới mặt đất), với thành phần đá felsic (giàu silica và chứa hơn 10% khoáng chất felsic) và phanerit, kết cấu subeuhedral (khoáng chất mà tinh thể có thể nhìn thấy bằng mắt thường và một số trong chúng vẫn giữ nguyên được hình dáng tinh thể nguyên thủy). Granit là loại đá xâm nhập phổ biến nhất có thể tìm thấy ở các châu lục.
[sửa] Tham khảo
- Le Maitre, L.E., ed., (2002) Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms Tái bản lần 2, Cambridge.
[sửa] Xem thêm
- Danh sách các khoáng chất
- Danh sách các loại đá
- Khu vực đá lửa lớn
