岩浆

地球科学

yán jiāng

岩浆是地表之下呈熔融或部分熔融状态的岩石,含有溶解气体和悬浮晶体,喷出地表后就变成熔岩。

Visualization

Definition

岩浆是仍处于地下的熔融岩石,是一种由液态硅酸盐熔体、悬浮晶体以及水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等溶解气体组成的炽热混合物,一旦喷出地表便成为熔岩。当地幔或地壳岩石因压力降低、水分加入或温度升高而发生部分熔融时,就会形成岩浆,由于岩浆的密度低于周围岩石,它会上升并聚集在岩浆房中,其成分从流动性很强的玄武质到粘稠的流纹质不等。岩浆的粘度跨越多个数量级,玄武质岩浆约为 $10$ 至 $100\ \text{Pa}\cdot\text{s}$,流纹质岩浆则可超过 $10^8\ \text{Pa}\cdot\text{s}$,其粘度受二氧化硅聚合程度、温度、晶体含量和溶解水分的共同控制,而岩浆还会通过沿鲍文系列进行的分离结晶作用、同化围岩以及与其他岩浆混合等方式进一步演化。

Example

黄石公园之下一个巨大的岩浆囊,为公园中的间歇泉和温泉提供了热水来源,其中温度接近 $1{,}200^\circ C$ 的玄武质岩浆为夏威夷的火山提供物质,而温度较低、约为 $800^\circ C$ 的流纹质岩浆则位于黄石公园之下,花岗岩其实就是从未喷出地表、在地下缓慢冷却的岩浆。对黄石岩浆库(估计约含 $10{,}000\ \text{km}^3$ 流纹质岩浆)进行的地震成像显示,它大部分是晶体糊状物,熔体含量仅约 $5\%$ 至 $15\%$,远低于喷发所需的约 $50\%$,而金伯利岩岩浆则能从超过 $150\ \text{km}$ 深处快速上升,将钻石完好无损地带到地表。

Key Insight

岩浆和熔岩其实是同一种物质,区别仅在于它是位于地下还是已经喷出地表,而大多数岩浆其实从未喷发,只是在地下缓慢冷却,形成花岗岩等侵入岩,这也是花岗岩在古老山脉核心地带如此常见的原因。过去那种单一液态岩浆房的图景,也正逐渐被“糊状体模型”所取代,在这一模型中,大多数岩浆体实际上主要是富含晶体的固态骨架,熔体只存在于孔隙空间中,需要新一轮热脉冲重新激活之后才能发生喷发。