Upplýsingar um innrigerð jarðar er fundið með jarðskjálftabylgjum og loftsteinum.

Transcript

1 Storkuberg 1 Kafli 1 Upphaf jarðar er talið hafa verið fyrir um 4,6*10 9 árum þá sem aðsóp (accrection). Upplýsingar um innrigerð jarðar er fundið með jarðskjálftabylgjum og loftsteinum. Loftsteinum er skipt upp í þrennt: Bergsteinar meteorites Járnsteinar iron siderit Bergjárnsteinar stony iron Talið er að þetta eru brot úr hnöttum sem voru til áður: Solvus afblöndun (exsolution) Kondrít chondrule : eins og kúlur eða baunir, Akondrít er ekki með þessa strúktúra (myndir í bók) Þessar baunir eru hraðkældir kristallar, ólivín aðallega, og grunnmassinn er járnríkur. Þriðji flokkurinn af kondrítum eru kolakondrítar (carbonaceous chondrite) Í þeim er tjara, kolefni og vatni Þeir hafa ekki verið partur af gamalli plánetu. Menn telja að jörðin sé búin til að hluta úr þessum kondríta. Eina sem setur á móti þessari kenningu, er það að kolefnishlutfall jarðarinnar er of lítið, en það gæti verið vegna þess að lofthjúpur hafi myndast umhverfis frumjörðina, sem hafi verið kolefnis og vetnisríkur, sem síðar hafi sópast í burtu. Í upphafi var jörðin mun heitari, vegna ýmissa geislavirkna samsætra sem voru þá (Al, o.fl.) einnig það að kjarninn var þá að myndast. 1

2 Tímaskali jarðarinnar: Samsætumælingar gefa mikilvægar upplýsingar af misjöfnu tagi. T-tauri stig Þegar sól er búin að ná ákveðinni stærð, þá fellur hún saman og gefur frá sér feykilega sterkan sólvind, sem blæs öllu andrúmslofti af plánetunum í kring. 40 Ar/ 36 Ar 36 Ar er frumsamsæta, en 40 Ar myndast úr 40 K. Ar í andrúmsloftinu er næstum einungis 40 Ar, sem segir það að þetta andrúmsloft kom alfarið úr jörðinni. Þetta bendir til að sólvindur hefur skollið á jörðina! 86 Sr er frumsamsæta eins og 36 Ar. 87 Sr kemur frá 87 Rb. Hlutfall 87 Sr vex með tímanum (mynd og fl. í bók) Sr Sr Rb t ( e λ = + 1) Sr Sr Sr mælt 0 Rb er alkalímálmur, en Sr er jarðalkalímálmur. Við uppbræðslu, þá fer Rb miklu frekar út í bráð, heldur en Sr, Sr situr eftir í steindunum. Figure 1-4 : C = crust UM = upper mantle Landrekskenning Wegeners kom fram kom út grein með bergfræði Íslands og N-Atlantshafs. (Arthur Holms) Isostasy flotjafnvægi 1851 R. Bunsen fann út að á Íslandi væri hátt hlutfall rhýólíts. Hann kom með þá hugmynd að Ísland lægi á broti úr Grænlandsskorpunni, sem væri súr, og þess vegna kæmi súr og ísúr eldgos á Íslandi. Þessi hugmynd lifði til ársins Sr Talan 86 = 0,703 er við Ísland. Sr Þessi tala segir okkur að ísúra bergið er myndað úr basalti, svo þetta afsannar kenninguna um Grænlandsbrotið. 2

3 Fig. 1-4 c) : 143 Nd myndast úr 143 Sm. Skorpuefnið þróast hægar, því það er minna af Sm heldur en Nd. Elsta berg sem þekkt er: TTG = Trondhjemite tónlít granódíorít Figur 1-5 Það sem einkennir bergið, er að það er Na-ríkt (plagíóklas-granít), þar sem venjulegt granít er K-ríkt. Diapir strókur, stöpull Það sem er einnig sérstakt við þetta, er að jarðhitastigull er mun brattari, sem segir okkur það að á þessum tíma var mikil bráðnun á litlu dýpi í möttlinum. Kómatít er með útbasíska samsetningu, með mjög sérstakan strúktúr. Myndast við mjög háan hita og kristallast ofboðslega hratt. Hefur aðallega myndast á þessum tíma (f m.á.) [Innskot: granít myndast mestmegnis úr seti nú til dags.] 3

4 Alkalíska bergröðin Á rekbeltum myndast lágalkalíbasalt. Munurinn á þóleiísku syrpunni og kalk-alkalísku syrpunni er Þóleiít 1. Þóleiít (rekhryggir + heitir reitir utan hryggja) 2. Kalk-alk (niðurstreymisbelti) 3. Alkalískt (hliðargosbelti) (Snæfellsnes og Vestmannaeyjar) 4. Há-alkalískt síðasta eldvirkni (sumt basalt á meginlöndum) (Lág-alk er 1 og 2 hér að ofan) þessar syrpur koma allar fram á Hawaii: Há-alk 4

5 Litið á Ísland: Rekbeltið er að ýta á tíuþúsundára gamalt berg, og þess vegna kemur fram alkalískt berg við Vestmannaeyjar : Þessi alkalíska syrpa kemur einnig fram á Snæfellsnesi, þar lá rekbeltið einu sinni. Háalkalíska finnst ekki á Íslandi. Skoða töflu 1 4 í bók: o Ísland er mjög stór partur af virkninni. Figure 1-7 og 1-8: o Samsetning innri gerð jarðar er vitað einungis með loftsteinum. o En jarðskjálftabylgjur segja mikið til um innrigerðina (hvað er fast og hvað er fljótandi) o Ál steindir í efri möttli: o Plagioklas (CaAl 2 Si 2 O 8 anorthit) o Spínill (MgAl 2 O 4 ) o Granat (Mg 3 Al 2 Si 3 O 12 - pýróp) o Mynd d) : 3 og 4 standa fyrir meginlöndin. o Low velocity zone er til marks um að efnin þar eru við bræðslumark (mynd 1-8) Peridot (franska orðið fyrir ólivín) Peridótít er mjög ólivínríkt berg og er aðalbergið í möttlinum. Fyrsta þríhyrningsmynd á bls. 31! Basalt : plag + cpx Eklógít : gnt + (NaAl + plag.) Basaltbráð myndast úr lersólíti (ein gerð af peridótiti) (hlutbráðnun) Súra bergið myndast svo úr basaltinu, sem fer svo niður í möttulinn (gengur í hringi mynd 1-8 (efri myndin)) 5

6 2. kafli Þrennskonar flokkun á storkubergi: 1. kemísk (TAS-mynd) frá glerjuðu til kristallaðs bergs 2. normatíf frá glerjuðu til kristallaðs bergs 3. módal fyrir kristallað berg ákvarða hlutföll ýmissa steinda. Figure 2 1 A = alkalífeldspat Feldspatarnir skiptast svona: Geta ekki myndast hérna á milli K og Ca Tölurnar í mynd 2-1 eru steindir sem má finna í töflunni 2-3 á næstu blaðsíðu þetta er flokkunarkerfi sem mótast af rúmmálsprósentu hinum ýmsu steinda. Skoða þessa mynd mjög vel! Figure 2-2 Websterite hefur einungis Opx og Cpx c) og d) anorthosites svæði á meginlöndunum myndað á kambríum, á einhverju ákveðnu skeiði. Þessi anrothosites svæði má finna einnig á hálendi tunglsins, sem talið að hafi myndast þegar tunglið hafði þykkt lag af seigfljótandi kviku eftir loftsteinaáras, og plag-feldspatar hafi flotið upp á yfirborð og myndað anorthosites svæði. 6

7 Reikul efni (blaðsíða 35) Skipta miklu máli í sambandi við hegðun og eiginleika bráða. Þau sem eru mikilvægust eru: Vatn CO 2 Í surtseyjargosinu tókst að safna eldfjallagufum, og vatn var um 86% gufunnar, 12% CO 2, CO, H 2, Ar, CH 4... Í hraunum er lítið af þessum efnum, því þau afgasast. Í djúpbergi er meira af þessu, því þar verður ekki afgösun. Vatn og CO 2 hegða sér ólíkt í kviku : X = 0,33 P H2O H2O X er mólhlutfall Mynd 2-7 Kísilrík bráð er ólseig, vegna tilkomu þessa nets. Vatn brýtur upp netið, sem veldur því að seigjan minnkar. En þess má geta að vatn getur valdið fleiru, t.d. sprengigosum og margt fleira. 7

8 Eitt mól af H 2 O er 18 ml Sem gufa, er eitt mól 22,4 L Rúmmálsaukningin er svo mikil, þ.a.l. veldur hún þessu roki! Figure 2-5 (bls. 36) Mismunandi tilraunir á leysni vatns í þremur mism. bráðum. Leysnin minnkar við aukið hitastig (b) Hitastig ýmissar kviku er hún kemur á yfirborðið: Basalthraun er um Rhýolít er við 950 Granít við ca. 700 Hawaiit úr eldfjalli var ca Sem sagt frá En kvika undir Íslandi er um Basaltið er þannig að ef það er brætt, er um 100 munur frá því fyrsta bráð myndast, þar til það er allt bráðið, en þegar það rennur í náttúrunni eru yfirleitt einhverjir kristallar í því. Seigja (Viscosity) Seigja bráða er misjöfn: T solidus er hitinn storknunar síðustu bráðar : 8

9 Varmi berst um efni með 1. leiðni (conduction) 2. geislun (radiasion) 3. efnisflutningi (conversion) Varmamyndun í jörðinni er meiri en svo, að hún geti losnað með leiðni og geislun, og þess vegna kemur fram hreyfing á jarðskorpunni (conversion) Segja er gefin í einingunni η (eta) eða poise Figure 2-10 Meginlandsmöttull η er ca poise Íslandsmöttull poise Þetta er fengið með risi Skandinavíu og Íslands eftir ísöldina! Þóleiít við 1200 er með 10 2,5 poise Vatn er með mjög lágt (nálægt 0) Hekluhraunin (svipað og andesít á mynd a)) er 10 7 poise Á mynd c) sést hvað vatn hefur mikil áhrif á seigju bergs. Mynd d) sýnir að segja minnkar við aukinn þrýsting. Eðlisþyngd mynd 2-11 mikilvæg Endilega að gera dæmi á bls

10 3. kafli (9. sept. 2005) Skoðum T / P graf vatns : Í þrípunktinum (invariant) gildir : F = C P = Þar sem 1 stendur fyrir einum efnisþætti (H 2 O) Á únivariant línunni gildir : F = C P = Og á svæðínu X gildir : F = C P = Ef bætt er í þetta öðrum efnisþætti (B) : Línur verða að flötum og svæði verða að rúmmáli. 10

11 Tökum nú þrýstinginn úr og skoðum kerfið A B T : Á línunni þar sem punkturinn X stendur á, eru tveir fasar í jafnvægi það er bráð og kristallinn A. Neðan við láréttu línuna solidus er kerfið alstorkið. Bætum nú þriðja punktinum (C) inn í kerfið og fáum : (mynd bls. 88 í bók og í ljósritinu efnakerfi bls. 6) Nú skoðum við botninn nánar : Í græna punktinum er 1 = , F = 1 og P = 3 sem stendur fyrir A x, B x, L q Í punktinum E hins vegar er 0 = , F = 0 og P = 4 ; A x, B x, C x, L E. Rauðar punktalínur á mynd b eru jafnhitalínur. 11

12 Ef skoðaður er grænipunkturinn hér að ofan betur : Q situr í nokkurskonar dal. Hins vegar situr punkturinn P á hallandi fleti kristalsins A. P hefur 2 = , þar sem F = 2 = divariant (tvær breytur, T og samsetning) og P = 2 = L P + A X Dæmi um svona phase diagram : Myndin lýsir ástandi kerfis við tiltækið T. Samsetning bráðar breytist sem fall af T. X Y : bráð kólnar Y E : A kristallast E : A og B kristallast saman í hlutfalli E. Ef við hættum í græna punktinum c á myndinni, þá er hlutfall kristallsins A línan a-c og hlutfall bráðar er línan c-b. Ef við endum í Z, endum við með ca. 25% B og 75% A. 12

13 Ef farið er öfugt (sem sagt upp kerfið), þá byrjum við með kristalla sem hitaðir eru meira og meira : Annað dæmi : Þetta kerfi segir hvernig hægt er að mynda súrt berg úr basískri bráð. (Bls 80 í bók) 1 : Bráðin X 2 : Fo x byrjar að myndast 3 : Hitastigið 3 saman stendur af bráð og Fo x 4 : 0 = (þar sem P = 3 er Fo, En og L R ). 5 : Bráð búin og eftir eru kristallarnir Fo og En með samsetningu X. Við kólnun fer bráðin C niður línuna að R, og þar gerist hvarfið Fo + L = En Þetta á sér stað þar til L klárast, hvarfið stoppar og eftir er Fo = En. (jafnvægiskristöllun) Ef fosterít kristallar eru þyngri en kvikan og sökkva, þá ganga engin hvörf í R. Þá gengur bráðin úr R í E. 13

14 Önnur mikilvæg kerfi Na Ca Plagíóklas kerfi m x er meðalsamsetning kristalla. Ysta brún síðasta kristals er mun A ríkari en upprunalega bráðin : Tilhneigingin er sú að Ca (steind B) flakki út og steind B inn, til myndunar jafnvægis. Ef kristall verður beltaður (myndin hér til hliðar), þá getur sú beltun haldist mjög lengi. Ólivín er mynnislaus steind, það missir beltunina fljótlega vegna lausra Mg-Fe steinda. 14

15 Í lágbræðslupunktskerfi enda allar bráðir í lágbræðslupunktinum (E). En í minimum kerfi er það ekki : Annað dæmi : Færsla kerfisins er upp og niður rauða lóðrétta strikið. A ss er blandkristall A. Solvus gerir kristallana afblandaða (exolution) Allt er kristallað undir solidus. a : allt fljótandi b : b x byrjað að myndast c : öll bráð búin d : afblöndun kristalla e : (afblöndun vex) Ef við aukum vatnsþrýsting kemur fram mynd eins og á mynd 3-15 b). 15

16 Figure 3-16 Við T 3 kemur hvarfið L 1 = L 2 + A x Við T 4 kemur hvarfið L E = A x + B x Þetta kerfið kæti t.d. verið með L 1 = súlfíð, þá myndast súlfíð dropar í bráðinni (virkar svipað eins og vatn og olía) 16

17 4. kafli Vefta, textur, innrigerð Figure 4-19 Plagíóklas byrjar að myndast (mest af Plag-kímum líka) Við aukna seigju minnkar kristöllunarhraði og fjöldi kristlakíma eykst. Figure 4-20 a) Við mjög hraða kólnun kemur fram sérstakt mynstur: b) Hár hiti snögg kólnun ólivín og pyroxen mynda langa kristalla (eins og strá) c) Kólnunarsprungur Plagíóklas myndar langa kristalla Figure 4-21 Dæmi um 4 mismunandi hraða kælinga a) Stóru kristallarnir á myndinni mynduðust í upphafi (kristalmyndun í hámarki), en grunnmassinn myndaðist seinna á ferlinum (þá er komin meiri seigja meira kím) Þegar berg er dílað, þá er það til marks um það að bráðin hafi ekki verið yfirhituð. Einhverjir kristallar voru í jafnvægi við bráð. b) Intergranular (kornóttur) plagíóklas myndar eins konar kristalgrind með kornóttan massa á milli kristallanna. c) Ófistískur (ophis = ormur) pyroxen myndast á eftir plagíóklasi og vex utan um plag. d) Poikilitic mynstur Mynstrin eru háð samsetningu bergsins, sbr. Mynd Sveins Jakobssonar. Flæðimynstur Figure 4-23 a) litlu kristallarnir sveipast í kring um þá stóru b) trakitískt berg 17

18 5. kafli Figure 5-1 Fengin úr hrauntjörn frá Hawaii : sýnir áhrif kristalla á bráð. Kólnandi bráð: 1. Kristalþáttun (Cristal fract.) Aðskilnaður vökva og kristalla, t.d. vegna eðlisþyngdarmunar. Þungir kristallar sökkva (járn-magnesíum steindir), léttir fljóta (plagíóklas og feldspatar) 2. Filter pressing Þetta ferli er eins og að kreista svamp Í kvikuhólfi finnast ofarlega súrar linsur, sem er gott dæmi um filter pressing 3. Flæðidiffrun (Flow segregation) Þegar kvika rennur um gang (sprungu) er hraðinn mestur í miðjunni (sökum núnings og árekstra steinda við veggi). Því leita kristallar í bráðinni inn að miðjunni og ferðast eftir ganginum þar. 18

19 Bráðnandi berg: 4. Hlutbráðnun (Partial melting) Kvika bráðnar að hluta Hér er um að ræða jafnvægisbráðnun! Figure 5-4 : F = C P + 1 (fastur P) 0 = = invariant 5. Fractional melting Bráð sem myndast fer jafn óðum Hér er um að ræða ójafnvægi! 4 (í jöfnu) = A x + B x + C x + L E (fyrsta bráð er L E ) Svo verður B uppurið og kerfið verður únvariant Í punktinum (b) klárast C og A heldur áfram að bráðna að X. Í möttlinum getur bergið aðeins innihaldið um 0,5 1% bráð, ef hún verður umfram það bráðin stígur upp til yfirborðs. 6. Zone melting Ef fast efni (málmstafur) er dreginn í gegnum ofn (bræðslumarki nánast náð) þá safnast óhreinindi saman í bráðinni. Notað mikið við hreinsun málma í iðnaði Þetta er talið geta gerst í möttli. Aðskilnaður bráða: 7. Boundary layer fractionation Figure

20 8. Immiscibility (óblandanleiki) ATH! Skoða vel L 1 og L 2 eru óblandanlegir Þekkt úr þremur náttúrlegum kerfum: i. Súlfíð bráð (sest í dropum) ii. Háalkalísk bráð (rík í CO 2 ) getur klofnað í 1. alkalíska og kísilríka bráð 2. karbónatít bráð undarleg berg sem tengist alkalískum svæðum. Úr eldgosi í Úganda (Oldolingo) kom hraun eingöngu úr NaCO 3 (natríumkarbónat). Það er einfaldlega að leysast upp núna. iii. Mjög járnrík þóleiít bráð, getur klofnað í 1. kísilríka bráð 2. járnríka, Si-snauða, basíska bráð 9. Soret effect Virkni efnisþátta er hitastigsháð. ( f(t) ) Þá getur komið aðskilnaður: SiO 2 sandurinn leysist upp í ákveðnum hita, ferðast yfir að kvarskíminu sem er í minni hita, og þá fellur kísillinn niður á kvarskímið, sem vex. 20

21 Blöndun í vökva: 10. Meltun (Assimilation) Bráð tekur í sig kristalla / berg úr umhverfinu og leysir það upp að einhverju leiti Figure 5-7: Áhrif meltunnar verður á efnasamsetningu Þetta á sér mjög oft stað í náttúrunni. 11. Kvikublöndun (blöndun bráða) Mikilvæg dæmi frá Íslandi hér: i. Öræfajökull : Blöndun basískrar og súrrar kviku: ii. Katla : Á því svæði finnst mikið basalt og töluvert súrt. 21

22 iii. Torfajökull : Blöndun í sprungu við Torfajökul (græna línan) : Vatnaöldur (1477) og Veiðivötn (872) liggja við sprunguna 22