Đá magma

.]]
.]]
:Bài này nói về đá magma như là một thuật ngữ trong địa chất học.
Đá magma hay đá mắc-ma, đá hỏa sinh hay hỏa thành nham là những loại đá được thành tạo do sự đông nguội của những dung thể magma nóng chảy được đưa lên từ những phần sâu của vỏ Trái Đất. Quá trình đông nguội có thể tạo ra các đá có các khoáng vật kết tinh rõ ràng hoặc không kết tinh tùy thuộc vào môi trường mà khối magma đông nguội, và dựa vào đó người ta ta phân ra: đá xâm nhập và phun trào. Macma này có thể có nguồn gốc từ manti 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 magma đã được miêu tả lại, phần lớn trong chúng được tạo ra gần bề mặt lớp vỏ Trái Đất.

Ý nghĩa địa chất
đá magma có ý nghĩa quan trọng về mặt địa chất do:
Các khoáng vật và tính chất hóa học tổng thể của chúng cung cấp thông tin về thành phần của lớp vỏ Trái Đất tại những đá magma được hình thành cũng như các điều kiện về nhiệt độ và áp suất hình thành nên đá và thông tin về các loại đá trước đó bị nóng chảy;
Niên đại tuyệt đối của chúng có thể được thực hiện bằng các phương pháp định tuổi bằng đồng vị 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 mảng);
Trong một số hoàn cảnh đặc biệt, chúng là nguồn gốc của một số mỏ khoáng sản quan trọng: ví dụ wolfram, thiếc và urani, thông thường hay đi cùng với đá granit.

Phun trào núi lửa và vì thế bị làm cứng và đông đặc trong điều kiện phơi ra ngoài khí quyển. Do nguội nhanh trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, các khoáng vật không kịp kết tinh, hoặc chỉ là kết tinh một phần nên có kích thước tinh thể bé, chưa hoàn chỉnh, hoặc tồn tại ở dạng vô định hình. Mặt khác, các chất khí và hơi nước không kịp thoát ra, để lại nhiều lỗ rỗng, làm cho đá nhẹ, có loại nổi trên mặt nước.

Ngoài ra, đá phun trào cũng được 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 còn là tên gọi của người La Mã để chỉ vị thần cai quản 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 (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 kiến trúc vi tinh. Nếu sự làm nguội là quá nhanh, không cho quá trình kết tinh có thể xảy ra thì các loại đá tạo thành có kiến trúc thủy tinh (chẳng hạn như đá obsidian tức đá vỏ chai).

Do kiến trúc vi tinh nên các dạng khác nhau của đá phun trào khó phân biệt bằng mắt thường hơn so với các dạng khác nhau của đá xâm nhập. Nói chung, với kiến trúc vi tinh các khoáng vật của đá phun trào chỉ có thể xác định bằng cách soi kính thạch học (đá được mài thành các mẫu mỏng và được soi dưới kính hiển vi có hai ni-côn) và sự phân loại bằng mắt thường chỉ là gần đúng.

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 trầm tích núi lửa (cũng còn gọi là đá vụn núi lửa, tuf) và có thể rơi gần đó, tạo thành một phần của núi lửa hay bị mang đi xa nhờ gió.

Các tinh thể chứa trong đá lửa ban tinh mịn được gọi là pocfia. Kiến trúc pocfia phát triển khi một số tinh thể phát triển lớn đến kích thước đáng kể trước khi phần chủ yếu của macma đông đặc lại thành khối vật liệu đồng nhất hạt mịn.

Xâm nhập nông
Khái niệm xâm nhập nông hiện nay vẫn còn một số tranh cãi nhưng đa số các quan điểm cho rằng nó được kết tinh bên dưới mặt đất đến độ sâu 1,5&nbsp;km.
Bối cảnh địa chất

Đá nham thạch có thể chia thành hai loại: đá nham thạch xâm nhập (đá siêu nhiệt đới và siêu sâu) hoặc đá nham thạch ngoại vi (đá núi lửa).
Đá xâm nhập

Đá núi lửa xâm nhập chiếm đa số trong các loại đá núi lửa và được hình thành từ magma nguội và đông cứng bên trong vỏ của một hành tinh. Các cơ thể đá núi lửa xâm nhập được biết đến là "xâm nhập" và được bao quanh bởi đá tồn tại trước đó (gọi là "đá nền"). Đá nền là một chất cách nhiệt tốt, vì vậy magma nguội chậm, và đá núi lửa xâm nhập có cấu trúc thô (phaneritic). Các hạt khoáng trong các loại đá như vậy thường có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Các xâm nhập có thể được phân loại theo hình dạng và kích thước của cơ thể xâm nhập và mối quan hệ của nó đối với bedding của đá nền mà nó xâm nhập vào. Các cơ thể xâm nhập điển hình là các batholith, stock, laccolith, sill và dike. Các loại đá xâm nhập thông thường là granite, gabbro hoặc diorite.
Các phần trung tâm của các dãy núi lớn chủ yếu bao gồm các loại đá núi lửa xâm nhập. Khi bị phơi bày bởi quá trình xói mòn, những phần trung tâm này (gọi là batholith) có thể chiếm diện tích lớn trên bề mặt Trái Đất.
Các loại đá núi lửa xâm nhập hình thành ở sâu bên trong vỏ đất được gọi là đá plutonic (hoặc abyssal) và thường có cấu trúc thô. Các loại đá núi lửa xâm nhập hình thành gần mặt đất được gọi là subvolcanic hoặc hypabyssal và thường có cấu trúc mịn hơn, thường giống đá núi lửa. Đá hypabyssal ít phổ biến hơn đá plutonic hoặc đá núi lửa và thường hình thành các loại dike, sill, laccolith, lopolith hoặc phacolith.

Trầm tích

]]
Đá núi lửa trầm tích, còn được gọi là đá núi lửa, được hình thành từ quá trình nguội của dung nham nóng chảy trên bề mặt Trái Đất. Dung nham, được đưa lên mặt đất thông qua các khe nứt hoặc phun trào núi lửa, nguội cứng nhanh chóng. Do đó, những loại đá như vậy có cấu trúc mịn (aphanitic) hoặc thậm chí kính. Basalt là loại đá núi lửa trầm tích phổ biến nhất và hình thành các dòng dung nham, tấm dung nham và cao nguyên dung nham. Một số loại basalt nguội cứng thành các cột đa giác dài. Giant's Causeway ở Antrim, Bắc Ireland là một ví dụ.
Dung nham nóng chảy, thường chứa các tinh thể treo và khí tan, được gọi là dung nham. Nó trỗi lên vì có khối lượng riêng nhỏ hơn so với đá từ đó nó được chiết xuất ra. Khi dung nham đạt đến mặt đất, nó được gọi là lava. Sự phun trào của núi lửa ra không khí được gọi là trên mặt đất, trong khi sự phun trào dưới lòng biển được gọi là dưới nước. Black smokers và mid-ocean ridge basalt là những ví dụ về hoạt động núi lửa dưới nước.
Thể tích đá trầm tích phun trào hàng năm bởi núi lửa biến đổi theo vị trí của biển động địa. Đá trầm tích được sản xuất theo tỷ lệ sau đây:
ranh giới phân kỳ: 73%
ranh giới hội tụ (vùng subduction): 15%
điểm nóng: 12%.

Hành vi của dung nham phụ thuộc vào độ nhớt của nó, được xác định bởi nhiệt độ, thành phần và hàm lượng tinh thể. Dung nham nhiệt độ cao, phần lớn có thành phần basalt, hoạt động giống như dầu đặc và khi nó làm lạnh, giống như đường mật. Các dòng basalt dài, mỏng với bề mặt pahoehoe là phổ biến. Dung nham thành phần trung gian, như andesit, thường tạo ra các đống tro của tro bụi núi lửa, tuff và dung nham, và có thể có độ nhớt giống như mật đường đặc, lạnh hoặc thậm chí cao su khi phun trào. Dung nham felsic, như rhyolite, thường được phun trào ở nhiệt độ thấp và có độ nhớt lên đến 10,000 lần so với basalt. Các núi lửa với dung nham rhyolite thường phun trào mạnh mẽ, và dòng dung nham rhyolite thường giới hạn và có biên độ dốc vì dung nham quá nhớt.

Dung nham felsic và trung gian thường phun trào mạnh mẽ, với những vụ nổ do việc giải phóng khí hòa tan - thường là hơi nước, nhưng cũng có khí carbon dioxide. Vật liệu núi lửa phun trào mạnh mẽ được gọi là tephra và bao gồm tuff, agglomerate và ignimbrite. Bụi núi lửa mịn cũng được phun trào và tạo ra các tầng đặt tuff, có thể thường xuyên che phủ các khu vực rộng lớn.

Bởi vì đá núi lửa chủ yếu có kích thước nhỏ hoặc thủy tinh, việc phân biệt giữa các loại đá núi lửa ngoại vi khác nhau khó khăn hơn so với các loại đá núi lửa nội vi khác nhau. Nói chung, các thành phần khoáng vật của đá núi lửa ngoại vi kích thước nhỏ chỉ có thể được xác định bằng cách kiểm tra các mẫu mỏng của đá dưới kính hiển vi, vì vậy chỉ có thể thực hiện phân loại gần đúng ở nơi khảo sát. Mặc dù việc phân loại theo thành phần khoáng vật được ưu tiên bởi IUGS, nhưng điều này thường không thực tế, và việc phân loại hóa học thay vào đó được thực hiện bằng cách sử dụng phân loại TAS.

Phân loại
Việc phân loại đá magma 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 vật của đá. Fenspat, thạch anh, olivin, pyroxen, amphibol và mica là các khoáng vật quan trọng trong sự hình thành đá magma và sự có mặt của chúng là cơ sở để phân loại các loại đá này. Các khoáng vật khác có mặt trong đá không điển hình được gọi là khoáng chất phụ.

Trong phân loại đơn giản hóa, các dạng đá magma được chia trên 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 vật chứa sắt hay magnesi.

Kích thước tinh thể
Theo kích thước tinh thể, đá magma có thể phân loại thành pecmatit (hạt rất lớn), hiển tinh (chỉ có hạt lớn hay phanerit), ban tinh (một số hạt lớn trên nền là các hạt nhỏ hay pocfia), vi tinh (chỉ có hạt nhỏ hay aphanit), thủy tinh (không có hạt).
Đá có kiến trúc hiển tinh chứa các khoáng vật với tinh thể nhìn thấy bằng mắt thường và thường đặc trưng cho 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 vật riêng rẽ thông thường không nhìn thấy được bằng mắt thường và chúng được gọi là kiến trúc vi tinh.
Kiến trúc ban tinh là trạng thái trung gian giữa hai loại trên: khối đá có kiến trúc vi tinh, nhưng trên nền vi tinh này có thể quan sát được một số tinh thể.
Nếu macma nóng chảy bị làm nguội quá nhanh không cho quá trình kết tinh diễn ra thì sản phẩm tạo ra là có kiến trúc thủy tinh như thủy tinh núi lửa hay Obsidian đôi khi còn được gọi là đá vỏ chai.

Hình dạng tinh thể
Hình dạng tinh thể cũng là yếu tố quan trọng trong kiến trúc đá magma. Các tinh thể có thể là tự hình, bán tự hình và tha hình:
Tự hình (Euhedral), nếu hình dạng tinh thể được bảo toàn hay tinh thể có các mặt kết tinh rõ ràng.
Bán tự hình (Subeuhedral), nếu chỉ một phần được bảo toàn.
Tha hình (Anhedral), nếu tinh thể không thể hiện rõ ràng hướng kết tinh có thể nhận biết được.

Theo cấu tạo
Cấu tạo lỗ hổng là đá có các khoảng trống sinh ra bởi khí bị chiếm giữ trong quá trình nguội đi.
Cấu tạo dòng chảy được hình thành khi mácma chảy tràn trên bề mặt và đông nguội với các tốc độ khác nhau.
Tuf bao gồm các đá vụn có trước hoặc bom núi lửa bị đẩy ra khi núi lửa phun trào gồm một số loại như: tufit, tufogen.
Thành phần khoáng vật - hóa học
Các dạng đá magma có thể phân chia nhỏ theo các thông số hóa học/ khoáng vật tạo đá theo hai hướng chính:

Hóa học: - Tổng hàm lượng kiềm - silica (biểu đồ TAS) cho phân loại đá magma được sử dụng khi không có các dữ liệu về quá trình hình thành hay thành phần khoáng vật:
Các đá magma acid chứa hàm lượng silica cao, lớn hơn 63% SiO2 (ví dụ rhyolit và dacit)
Các đá magma trung tính chứa 52 - 63% SiO2 (ví dụ andesit)
Các đá magma mafic chứa ít silica (45 - 52%) và thông thường chứa nhiều sắt - magnesi (ví dụ đá bazan)
Các đá magma siêu mafic chứa ít hơn 45% silica. (ví dụ picrit và komatiit)
Các đá magma kiềm với 5 - 15% chất kiềm (K2O + Na2O) (ví dụ phonolit và trachyt)
:ghi chú: Thuật ngữ acid-base được sử dụng rộng rãi hơn trong các tài liệu địa chất cũ. Thay vào đó, người ta sử dụng các thuật ngữ felsic, mafic, siêu mafic...

Khoáng vật: Hàm lượng khoáng vật của Fe và Si hay mafic:
Đá felsic, chủ yếu chứa thạch anh, fenspat kiềm và/hoặc khoáng vật chứa fenspat: các khoáng vật của Fe và Si; các dạng đá này (ví dụ granit) thông thường có máu sáng và có tỷ trọng thấp.
Đá mafic, chủ yếu chứa các khoáng vật mafic: pyroxen, olivin và plagiocla calci; 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.

Để có sự phân loại chi tiết hơn, xem Biểu đồ QAPF.

Nguyên gốc từ

Từ igneous (đá nham thạch) có nghĩa là được tạo thành từ lửa. và bắt nguồn từ Latin gốc igni-, có nghĩa là lửa, và -eous có nghĩa là được tạo thành từ.
Từ volcanic rock (đá núi lửa) bắt nguồn từ Latin gốc Vulcan, thần lửa của Người La Mã, và -ic, có nghĩa là có một số đặc điểm của.
Từ plutonic (đá nham thạch sâu), một tên khác cho đá nham thạch xâm nhập, bắt nguồn từ Latin gốc Pluto, thần Hades của Người La Mã, và -ic,

Phân loại khoáng vật của một loại đá nham thạch xâm nhập bắt đầu bằng việc xác định xem đá có phải là siêu magiê, carbonatite hay lamprophyre không. Đá siêu magiê chứa hơn 90% các khoáng vật giàu sắt và magiê như hornblende, pyroxene hoặc olivine, và những loại đá này có hệ thống phân loại riêng của chúng. Tương tự, các loại đá chứa hơn 50% khoáng vật cacbonat được phân loại là carbonatites, trong khi lamprophyres là loại đá siêu kali hiếm. Cả hai loại đá này đều được phân loại tiếp theo dựa trên hóa thạch khoáng chi tiết.

Trong đa số các trường hợp, đá có thành phần khoáng vật điển hình hơn, với sự hiện diện đáng kể của quartz, feldspar hoặc feldspathoid. Phân loại dựa trên tỷ lệ phần trăm của quartz, feldspar kiềm, plagioclase và feldspathoid so với tổng tỷ lệ của đá được tạo thành từ những khoáng vật này, bỏ qua tất cả các khoáng vật khác. Tỷ lệ này đặt đá ở một vị trí trên QAPF diagram, thường xác định ngay loại đá. Trong một số trường hợp, như trường diorite-gabbro-anorthite, các tiêu chí khoáng vật phụ bổ sung phải được áp dụng để xác định phân loại cuối cùng.

Khi có thể xác định được thành phần khoáng vật của một loại đá núi lửa, nó được phân loại bằng cùng quy trình, nhưng với một biểu đồ QAPF được điều chỉnh mà các lĩnh vực tương ứng với các loại đá núi lửa.

Phân loại hóa học và địa dư

Khi việc phân loại một loại đá núi lửa dựa trên khoáng vật trở nên không thực tế, đá phải được phân loại theo phương pháp hóa học.

Có rất ít khoáng vật quan trọng trong quá trình hình thành của các loại đá nham thạch thông thường, bởi vì magma từ đó các khoáng vật kết tinh là giàu các nguyên tố nhất định: silic, oxi, nhôm, natri, kali, calci, sắt và magiê. Đây là những nguyên tố kết hợp để tạo thành các khoáng chất silicat, chiếm hơn chín mươi phần trăm tổng số các loại đá nham thạch. Hóa học của các loại đá nham thạch được biểu hiện khác nhau cho các nguyên tố chính và phụ, cũng như cho các nguyên tố vi phân. Nồng độ các nguyên tố chính và phụ thường được biểu thị theo phần trăm trọng lượng ôxi (ví dụ: 51% SiO2 và 1,50% TiO2). Sự hiện diện của các nguyên tố vi phân thường được biểu thị theo phần triệu theo trọng lượng (ví dụ: 420 ppm Ni và 5,1 ppm Sm). Thuật ngữ "nguyên tố vi phân" thường được sử dụng cho các nguyên tố hiện diện trong hầu hết các loại đá ở nồng độ ít hơn khoảng 100 ppm, nhưng một số nguyên tố vi phân có thể hiện diện trong một số loại đá ở nồng độ vượt quá 1.000 ppm. Sự đa dạng về thành phần của đá đã được xác định bằng một lượng dữ liệu phân tích lớn - hơn 230.000 phân tích đá có thể được truy cập trên web thông qua một trang web do Cơ quan Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ tài trợ (xem liên kết ngoài đến EarthChem).

Thành phần quan trọng nhất đó là silica, SiO2, dù xuất hiện dưới dạng quartz hoặc kết hợp với các oxit khác như feldspar hoặc các khoáng vật khác. Cả đá nham thạch xâm nhập và đá nham thạch núi lửa được nhóm lại theo thành phần silica tổng hợp thành các danh mục rộng.

Đá Felsic có nồng độ silica cao nhất và chủ yếu bao gồm các khoáng chất felsic quartz và feldspar. Những loại đá này (granit, rhyolite) thường có màu sáng và mật độ tương đối thấp.
Đá Intermediate có nồng độ silica vừa phải và chủ yếu bao gồm feldspar. Những loại đá này (diorite, andesite) thường có màu sẫm hơn so với đá felsic và mật độ hơi cao hơn.
Đá Mafic có nồng độ silica tương đối thấp và chủ yếu bao gồm các khoáng chất pyroxene, olivine và plagioclase calci. Những loại đá này (basalt, gabbro) thường có màu đen và mật độ cao hơn so với đá felsic.
Đá Ultramafic có nồng độ silica rất thấp, với hơn 90% khoáng chất mafic (komatiite, dunite).
Bảng phân loại này được tóm tắt trong bảng sau:

Tỷ lệ oxit kim loại kiềm (Na2O cộng K2O) chiếm vị trí quan trọng thứ hai sau silica đối với việc phân loại hóa học đá núi lửa. Tỷ lệ silica và oxit kim loại kiềm được sử dụng để đặt đá núi lửa trên biểu đồ TAS diagram, đủ để phân loại ngay lập tức hầu hết các loại đá núi lửa. Các loại đá trong một số lĩnh vực, như lĩnh vực trachyandesite, được phân loại tiếp theo tỷ lệ của kali và natri (vì vậy trachyandesites chứa kali là latites và trachyandesites chứa natri là benmoreites). Một số lĩnh vực mafic hơn được chia thành các phân vùng hoặc xác định bằng normative mineralogy, trong đó thành phần khoáng chất ảo tưởng được tính toán dựa trên thành phần hóa học của đá. Ví dụ, basanite được phân biệt với tephrite bằng việc có nồng độ olivine ảo tưởng cao.

Các điều chỉnh khác cho phân loại cơ bản TAS bao gồm:

Đá siêu kali - đá chứa tỉ lệ mol K2O/Na2O > 3.
Đá siêu kiềm - đá chứa tỉ lệ mol (K2O + Na2O)/Al2O3 > 1.
Đá siêu nhôm - đá chứa tỉ lệ mol (K2O + Na2O + CaO)/Al2O3
Image:Basalt breccia.jpg|Basalt breccia
Image:Basalt in albitite.jpg|Basalt in albitite
Image:Plagioclase_porphyry.jpg|Diabase
Image:Diorite.jpg|Diorite
Image:Ignimbrite.jpg|Ignimbrite
Image:Kimberlite.jpg|Kimberlite
Image:Kimberlite2.jpg|Kimberlite
Image:Olivine basalt.jpg|Olivine basalt
Image:Olivine basalt2.jpg|Olivine basalt
Image:Olivin Zahnstein.jpg|Olivin Zahnstein

Xem thêm
Đá bọt
Danh sách khoáng vật
Danh sách các loại đá
Danh sách các tỉnh đá macma lớn

Tham khảo

Le Maitre, L.E., ed., (2002) Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms Tái bản lần 2, Cambridge.

Liên kết ngoài

Đá lửa tại trang của USGS