Geo-105 Petrologi

1. Geo-105 Petrologi Del 1: Magmatisk petrologi Foreleser:Kjell P Skjerlie Lærebok: Anthony Hall, Igneous Petrology Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

2. Dette kurset skal gi en innføring i magmatiske bergarter og magmatiske prosesser  Hva er magmatiske bergarter  Hvor dannes magmatiske bergarter  Hvordan opptrer magmatiske bergarter  Fysiske egenskaper til magma  Hva bestemmer sammensetningen til mafiske bergarter  Petrogenese til basalt  Petrogenese til granitt Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

3. Forelesning 1  Kort om Jordens oppbyggning og dannelse  Hva er magmatiske bergarter?  Hvor dannes det magmatiske bergarter i dag og hvorfor?  Hva er magma og hva kontrollerer magmas fysiske egenskaper? Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

4. Massefordeling *1024kg Atmosfære = 5,1*10-6 Hav = 0,0014 Skorpe = 0,026 Mantel = 4,043 Ytre kjerne = 1,835 Indre kjerne = 0,09675 Fakta om Jorden 34.6% Fe 29.5% O 15.2% Si 12.7% Mg 2.4% Ni 1.9% S 0.05% Ti Diameter:12,756.3 km Masse: 5,972*1024 kg Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

5. Hvordan ble Jorda til for 4,6 milliarder år siden? Interstellar gass sky satt i rotasjon Stjernene i galaksen vår beveger seg i forhold til hverandre og når de passerer tett ved gass skyer kan disse settes i rotasjon Skya blir omdannet til en skive fordi materialet faller raskere inn langs polene enn ved ekvator Prosessen danner sentral stjerne med planeter i bane Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

7. Jordens oppbygning Indre kjerne: fast Fe og Ni Ytre kjerne: flytende Fe og Ni Mantel: Dominert av ultramafiske bergarter Skorpen: Dominert av felsiske bergarter og basalt Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

8. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

9. Litosfære - astenosfære Litosfære - astenosfære Litosfærener den ytre stive delen av jordskorpen og den går ned til et dyp av ca 80 km. Litosfæren er som vi vet delt opp i litosfæreplater som passer sammen som et puslespill. Litosfæreplatene beveger seg i forhold til hverandre. De skyves på toppen av astenosfæren som er den øvre del av mantelen. Astenosfæren inneholder en liten mengde med smelte og er i plastisk tilstand.

10. Hvor mange sfærer har vi? Litosfæren Hydrosfæren Kryosfæren Biosfæren Atmosfæren Exosfæren

11. Hva er magmatiske bergarter? Magmatiske bergarter er krystalline bergarter eller glass som er dannet ved størkning, langsom eller rask, av et magma Et magma er en bergartssmelte som kan inne- holde krystaller og volatiler (H2O, CO2, CH4, N2) Et slikt magma dannes som vi senere skal se ved at andre allerede eksisterende bergarter smelter delvis opp (ANATEKSE) Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

12. Magmatiske bergarters sammen- setning kontrolleres av:  Hvilke bergarter som smelter opp  Grad av oppsmelting  Trykk- og temperatur-forhold under oppsmelting  Tilstedeværelse av volatiler under oppsmelting  Under oppstiging avtar trykk og temperatur Da vil magmaet krystallisere ut mineraler og magma sammensetningen vil endre seg Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

13. Hvor dannes det magmatiske bergarter i dag og hvorfor? Dagens vulkanisme viser at magmatiske bergarter dannes i dag. Vulkanismen skjer for det meste langs plategrensene Jordskorpen er delt inn i litosfæreplater som beveger seg i forhold til hverandre. Disse er av tre typer: DIVERGERENDE PLATEGRENSER TRANSFORME PLATEGRENSER KONVERGERENDE PLATEGRENSER = SUBDUKSJON Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

14. Jordskorpeplatene driver langsomt rundt trolig fordi det foregår strømninger i mantelen Disse strømmene trekker jordskorpeplatene med seg Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

15. Mantelkonveksjon Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

16. Midt-Atlantiske rygg Jan Mayen Andes Fillippinene Hawaii Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

17. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

18. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

19. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

20. Hvorfor er Jorden geologisk aktiv? Jorden er fortsatt aktiv fordi den ennå har betydelig indre varmeproduksjon.  Varmen slipper ut via konveksjon, varmestrøm og prosesser som vulkaner, jordskjelv og deformsjon etc. Merk at mindre legemer som Merkur, Månen og Mars er tilnærmet geologisk døde fordi gjenværende varmeproduksjonen er meget liten. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

21. Via disse prosessene mister planeten stadig energi, men ny varme produseres ved radioaktiv nedbrytning av isotoper med lang halveringstid. Planeten kommer derfor til å være geologisk aktiv i milliarder av år. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

22. Hvorfor dannes det magma? Under visse forhold i skorpen og mantelen, som forårsakes av geologiske prosesser vil bergarter smelte delvis opp og danne bergartssmelter. Disse smeltene inneholder normalt krystaller og vola- tiler og kalles for MAGMA. Magma som dannes kan ha svært variabel sammensetning og svært forskjellige fysiske Egenskaper. Vi skal lære hvorfor det er slik. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

23. Hva er et magma og hva bestemmer dets egenskaper? Bergartssmelte med krystaller og oppløste gasser. Temperatur: normalt 800-1400°C. Viktigste egenskap er viskositet. Viskositet = motstand mot strømning (seighet). Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

24. Materiale Viskositet (Pa*s) Luft (romtemperatur) 1.9 x 10-5 Vann (romtemperatur) 1 x 10-3 Olivenolje (romtemperatur) 10-1 Motor olje (romtemperatur) 1 Sirup (romtemperatur) 8 Pahoehoe lava 102 - 103 Aa lava 103 - 104 Andesitt lava 106 - 107 Rhyolitt lava 1011 - 1012 Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

25. Pahoehoe, lav viskositet aa, høyere viskositet dacitt/rhyolitt, svært høy viskositet United States Geological Survey (USGS) Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

26. Viskositet til en væske kan bestemmes i laboratoriet ved å måle hvor fort en kule faller gjennom væsken viskositet (n) = (2*(dvæske-dkule)*g*r2)/fallhastighet d: tetthet g: tyngdekraftens akselerasjon r: kulas radius Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

27. Molekylær beskrivelse av magma Si og O danner SiO4 tetrahedere som danner kjeder med lengde som avhenger av mengde Si og H2O. Al inngår i kjedene, mens andre kationer (Fe, Mg, Ca, Na, K, P, Ti, Mn) sitter løst rundt omkring og sørger for ladningsbalanse. Nettverksbyggere, Si og Al Nettverksmodifiserere, andre kationer Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

28. Magma kan ha svært forskjellig viskositet og dette influerer kraftig på hvordan vulkaner oppfører seg. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

29. Lav viskositet Høy viskositet Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

30. Disse faktorene øker viskositeten: Lavere temperatur Høyere innhold av SiO2 Lavere konsentrasjon av H2O Mengde krystaller Mengde gassbobler Høyere trykk Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

31. H2O har en dramatisk effekt på magma viskositeten Bryter opp Si-Al kjedene Dipolnaturen til H2O molekylet forklarer dette Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

32. Magma dannes inne i jorden, hvordan kommer det ut på overflaten som LAVA? Når stoffer smelter avtar tettheten (bortsett fra H2O). En smelte vil derfor ha oppdrift. Slik vil det være når magma dannes ved oppsmelting. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

33. Magma vil ha oppdrift inntil det treffer bergarter med samme tetthet eller treffer på barrierer. I ekstensjonsfelter der det dannes sprekker opp til overflaten er det lett for magma å nå helt opp til overflaten. Her drives magmamigrasjonen av oppdrift og trykkavlastning. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

34. Her i Krafla når basaltlava lett opp til overflaten på grunn av ekstensjon Mats Wibe Lund, Icelandic Photo Geo105, Kjell P Skjerlie 2002

36. Dersom magma hindres i å nå overflaten danner det volumer av forskjellige former inne i skorpen. Da vil magmaet krystallisere og danne PLUTONSKE BERGARTER. Dette er tema i tredje forelesning. Geo105, Kjell P Skjerlie 2002