Магний және темірге бай сыртқы магмалық тас

Кіріспе

Магний және темірге бай экструзивті магмалық тау жынысы.

Базальт (/UK/'/b//æ//s//ɔː//l//t//, // //əl//t/; /US//b//ə/'/s//ɔː//l//t//, /'/b//eɪ//s//ɔː//l//t/) – афаниттік (жұқа түйірлі) экструзивті магмалық тау жынысы, төмен тұтқырлықтағы, магний мен темірге бай (мафик лава) лаваның жылдам салқындауынан пайда болады және тасты планетаның немесе айдың бетінде немесе оған өте жақын жерде пайда болады. Жердегі барлық жанартаулық тау жыныстарының 90%-дан астамы базальттан тұрады. Жылдам салқындатылған, ұсақ түйіршікті базальт химиялық тұрғыдан баяу салқындатылған, ірі түйіршікті габброға тең келеді. Геологтар базальт лавасының жарылуын жылына шамамен 20 жанартаудан байқайды. Базальт Күн жүйесіндегі басқа планеталық денелерде де маңызды тау жынысы болып табылады. Мысалы, Венераның жазықтарының көп бөлігі, бетінің ~80%-ын құрайды, базальтты; Айдың мариялары – су тасқынынан пайда болған базальт лава ағындарының жазықтары; ал базальт Марс бетінде кең таралған тау жынысы. Балқыған базальт лавасының салыстырмалы түрде төмен силикат мөлшері (45% - 52%) болғандықтан, оның тұтқырлығы төмен, нәтижесінде лава ағындары тез қозғалып, салқындап, қатып қалмас бұрын үлкен аумақтарға таралуы мүмкін. Су тасқыны базальттары – жүздеген мың шаршы километрді қамтитын көптеген мұндай ағындардың қалың тізбегі және барлық жанартаулық құрылымдардың ішіндегі ең үлкені болып табылады. Жердегі базальттық магмалардың Жоғарғы мантиядан пайда болатыны есептеледі. Базальттардың химиялық құрамы Жердің ішкі процестері туралы мәліметтер береді.

Анықтама және сипаттамалары

Базальт негізінен кремний, темір, магний, калий, алюминий, титан және кальций оксидтерінен тұрады. Геологтар магмалық тау жыныстарын мүмкіндігінше минералдық құрамы бойынша жіктейді, мұнда кварцтың (кристалды кремний (SiO2)), сілтілік фельдспаттың, плагиоклаздың және фельдспатоидтың (QAPF) салыстырмалы көлемдік үлесі ерекше маңызды. Афанитті (жұқа түйіршікті) магмалық тау жынысы, егер оның QAPF фракциясы 10%-дан кем фельдспатоидтан және 20%-дан кем кварцтан тұрса, ал плагиоклаз оның фельдспат құрамының кем дегенде 65%-ын құраса, базальт ретінде жіктеледі. Бұл базальтты QAPF диаграммасының базальт/андезит өрісіне орналастырады. Базальт андезиттен кремний құрамының 52%-дан төмен болуымен ерекшеленеді. Көбінесе вулкандық тау жыныстарының минералдық құрамын анықтау қиын, себебі олардың түйіршіктері өте ұсақ, сондықтан геологтар тау жыныстарын химиялық құрамы бойынша жіктейді, мұнда сілтілі металл оксидтері мен кремний қышқылының жалпы мөлшері (TAS) ерекше маңызды. Базальт – 45%-тан 52%-ға дейін кремний және 5%-тан аспайтын сілтілі металл оксидтері бар жанартаулық тау жынысы. Бұл базальтты TAS диаграммасының B өрісіне орналастырады. Базальт әдетте қара сұрдан қара түсті болады, себебі оның құрамында аугит немесе басқа қара түсті пироксен минералдары көп, бірақ түс өзгерістерінің кең ауқымы болуы мүмкін. Кейбір базальттар жоғары плагиоклаз мөлшеріне байланысты ақшыл түсті болады, оларды кейде лейкобазальттар деп атайды. Ақшыл базальтты андезиттен ажырату қиын болуы мүмкін, бірақ далалық зерттеулерде қолданылатын ереже бойынша базальттың түс индексі 35 немесе одан жоғары болуы керек. Базальттың физикалық қасиеттері оның салыстырмалы түрде төмен кремний және жоғары темір мен магний құрамын көрсетеді. Базальттың орташа тығыздығы 2,9 г/см3, ал граниттің тығыздығы 2,7 г/см3. Базальтты магманың тұтқырлығы салыстырмалы түрде төмен, шамамен 104–105 сП, бірақ бұл судың тұтқырлығынан (шамамен 1 сП) әлдеқайда жоғары. Базальтты магманың тұтқырлығы кетчупке ұқсас. Базальт көбінесе порфиритті болып келеді, оның құрамында магма жер бетіне шығар алдында пайда болған ірі кристалдар (фенокристалдар) ұсақ түйіршікті матрицаға енген. Бұл фенокристалдар әдетте аугит, оливин немесе кальцийге бай плагиоклаз болып табылады, олардың балқып кристалдануға қабілетті минералдардың ең жоғары балқу температурасы бар және сондықтан алғашқы кристалдар болып түзіледі. Базальт көбінесе везикулалар (көпіршіктер) құрайды, олар магма бетке жақындағанда қысым төмендегенде еріген газдардың көпіршіктерінен пайда болады, ал лава жарылып, газдар шығар алмай тұрып қатып қалады. Везикулалар тау жынысы көлемінің маңызды бөлігін құраса, онда тау жынысы шлак деп аталады. Базальт термині кейде базальт құрамына сәйкес келетін беттік интрузиялық тау жыныстарына қолданылады, бірақ фанериттік (ірі түйіршікті) негізгі массасы бар осы құрамдағы тау жыныстары диабаз (немесе долерит) деп аталады, ал егер олардың түйіршіктері ірірек болса (2 мм-ден асатын кристалдар), габбро деп аталады. Осылайша, диабаз және габбро – базальттың гипабиссальдық және плутондық эквиваленттері.

Basalt is composed mostly of oxides of silicon, iron, magnesium, potassium, aluminum, titanium, and calcium. Geologists classify igneous rock by its mineral content whenever possible, with the relative volume percentages of quartz (crystalline silica (SiO2)), alkali feldspar, plagioclase, and feldspathoid (QAPF) being particularly important. An aphanitic (fine grained) igneous rock is classified as basalt when its QAPF fraction is composed of less than 10% feldspathoid and less than 20% quartz, with plagioclase making up at least 65% of its feldspar content. This places basalt in the basalt/andesite field of the QAPF diagram. Basalt is further distinguished from andesite by its silica content of under 52%. It is often not practical to determine the mineral composition of volcanic rocks, due to their very fine grain size, and geologists then classify the rocks chemically, with the total content of alkali metal oxides and silica (TAS) being particularly important. Basalt is then defined as volcanic rock with a content of 45% to 52% silica and not more than 5% alkali metal oxides. This places basalt in the B field of the TAS diagram. Basalt is usually dark grey to black in colour, due to its high content of augite or other dark coloured pyroxene minerals, but can exhibit a wide range of shading. Some basalts are quite light coloured due to a high content of plagioclase, and these are sometimes described as leucobasalts. Lighter basalt can be difficult to distinguish from andesite, but a common rule of thumb, used in field research, is that basalt has a color index of 35 or greater. The physical properties of basalt reflect its relatively low silica content and typically high iron and magnesium content. The average density of basalt is 2.9 g/cm3, compared with a typical density for granite of 2.7 g/cm3. The viscosity of basaltic magma is relatively low, around 104 to 105 cP, although this is still many orders of magnitude higher than water (which has a viscosity of about 1 cP). The viscosity of basaltic magma is similar to that of ketchup. Basalt is often porphyritic, containing larger crystals (phenocrysts) formed prior to the extrusion that brought the magma to the surface, embedded in a finer grained matrix. These phenocrysts usually are of augite, olivine, or a calcium rich plagioclase, which have the highest melting temperatures of the typical minerals that can crystallize from the melt and are therefore the first to form solid crystals. Basalt often contains vesicles, formed when dissolved gases bubble out of the magma as it decompresses during its approach to the surface, and the erupted lava then solidifies before the gases can escape. When vesicles make up a substantial fraction of the volume of the rock, the rock is described as scoria. The term basalt is at times applied to shallow intrusive rocks with a composition typical of basalt, but rocks of this composition with a phaneritic (coarser) groundmass are more properly referred to as diabase (also called dolerite) or, when more coarse grained (crystals over 2 mm across), as gabbro. Diabase and gabbro are thus the hypabyssal and plutonic equivalents of basalt.

Этимология

"Базальт" сөзі түпкілікті түрде кейінгі латын тіліндегі basaltes сөзінен шыққан, ол латын тіліндегі basanites ("өте қатты тас") сөзінің қате жазылуы болып табылады. Basanites сөзі ежелгі грек тіліндегі βασανίτης (basanites) сөзінен, ал ол βάσανος (basanos, "сынау тасы") сөзінен алынған. Лавадан пайда болған тау жыныстарының нақты құрамын сипаттайтын қазіргі петрологиялық термин "базальт" 1546 жылы Георгиус Агриколаның "De Natura Fossilium" атты еңбегінде қолданылғаннан бастау алады. Агрикола Мейсен епискобының Столпен қамалының астындағы жанартаулық қара тасқа "базальт" деген ат қойды, оны Плиний Үлкеннің 77 жылы жазған "Табиғи тарих" еңбегінде сипатталған "басанитен" тасымен бірдей деп есептеді.

Түрлері

Жер бетіндегі базальттың көп бөлігі мантияның декомпрессиялық балқуы арқылы қалыптасады. Жоғарғы мантиядағы жоғары қысым (үстіндегі тау жыныстарының салмағынан туындайтын) мантия тау жыныстарының балқу температурасын көтереді, сондықтан жоғарғы мантияның көбісі қатты күйде болады. Дегенмен, мантия тау жынысы пластикалық (қатты тау жынысы жоғары кернеуде баяу деформацияланады). Тектоникалық күштер ыстық мантия тау жынысын жоғары қарай жылжытқанда, көтеріліп бара жатқан тау жынысына қысымның төмендеуі оның балқу температурасын төмендетіп, ішінара балқуына себеп болуы мүмкін. Осыдан базальттық магма пайда болады. Декомпрессиялық балқу әртүрлі тектоникалық орталарда жүзеге асуы мүмкін. Оларға континенттік жарылыс аймақтары, мұхит орталық жоталары, ыстық нүктелер және артқы доға алаптары жатады. Базальт сондай-ақ субдукция аймақтарында да түзіледі, онда мантия тау жынысы төмен түсетін плитаның үстінен мантия клиніне көтеріледі. Бұл ортада балқу температурасын төмендету су буы және плитадан шығарылатын басқа ұшқыш заттар арқылы күшейтіледі. Әрбір осындай орта ерекше сипаттамалары бар базальтты тудырады. Толеиттік базальт темірге бай, ал сілті металдары мен алюминийге кедей. Бұл санатқа мұхит түбінің көптеген базальттары, көптеген ірі мұхит аралдары және Колумбия өзені платосы сияқты континенттік су тасқыны базальттары кіреді. Титанға бай және титанға кедей базальттар. Базальт тау жыныстары кейде титан (Ti) мазмұнына қарай титанға бай және титанға кедей түрлеріне жіктеледі. Титанға бай және титанға кедей базальттар Парана және Этендека тұзақтарында, сондай-ақ Эмейшан тұзақтарында бөлінеді. Орта мұхит жотасы базальты (MORB) – мұхит жоталарында ғана жарылатын толеиттік базальт, және оның құрамында үйлесімсіз элементтер өте аз. Барлық MORB-тар химиялық тұрғыдан ұқсас болғанымен, геологтар олардың үйлесімсіз элементтерге қатысты қаншалықты азайғанын анықтайды. Олардың мұхит орталық жоталары бойында жақын жерде кездесуі мантияның біртекті еместігінің куәсі ретінде қарастырылады. E MORB, байытылған MORB, үйлесімсіз элементтерге қатысты салыстырмалы түрде азайылмаған. E MORB бұрын мұхит орталық жоталарындағы, мысалы Исландиядағы, ыстық нүктелерге тән деп есептелген, бірақ қазір мұхит орталық жоталарының көптеген жерлерінде кездесетіні белгілі. N MORB, қалыпты MORB, үйлесімсіз элементтердің орташа мөлшерінде. D MORB, азайтылған MORB, үйлесімсіз элементтерге қатысты өте азайылған. Сілтілік базальт сілті металдарына бай. Ол кремнийге қанықпаған және құрамында фельдшпатоидтар, сілтілік фельдшпаты, флогопит және кайрсутит болуы мүмкін. Сілтілік базальттардағы аугит титанға бай аугит, ал төмен кальцийлі пироксендер кездеспейді. Олар континенттік жарылыстар мен ыстық нүкте вулканизмінің ерекшелігі болып табылады. Жоғары алюминийлі базальт 17%-дан астам алюминий (Al2O3) қамтиды және құрамы толеиттік базальт пен сілтілік базальт арасында орналасқан. Оның алюминийге бай құрамы плагиоклаздың фенокристалы жоқ тау жыныстарына негізделген. Бұл тау жыныстары сілтілік магма сериясының кремнийге кедей бөлігін білдіреді және субдукция аймақтарының үстіндегі жанартаулық доғаларға тән. Бонинит – базальттың магнийге бай түрі, ол көбінесе артқы доға алаптарында жарылады, төмен титан мазмұнымен және із элементтерінің құрамымен ерекшеленеді. Мұхит аралдарының базальттары толеиттер мен сілтілік базальттарды қамтиды, толеиттер аралдың бастапқы жанартаулық тарихында басым болады. Бұл базальттар үйлесімсіз элементтердің жоғары концентрациясымен сипатталады. Бұл олардың мантиялық тау жынысы бұрын аз магма тудырғанын көрсетеді (азайылмаған).

On Earth, most basalt forms by decompression melting of the mantle. The high pressure in the upper mantle (due to the weight of the overlying rock) raises the melting point of mantle rock, so that almost all of the upper mantle is solid. However, mantle rock is ductile (the solid rock slowly deforms under high stress). When tectonic forces cause hot mantle rock to creep upwards, the decrease of the pressure on the ascending rock can cause its melting point to drop enough for the rock to partially melt. This produces basaltic magma. Decompression melting can occur in a variety of tectonic settings. These include continental rift zones, at mid ocean ridges, above hotspots, and in back arc basins. Basalt is also produced in subduction zones, where mantle rock rises into a mantle wedge above the descending slab. Decompression melting in this setting is enhanced by further lowering of the melting point by water vapor and other volatiles released from the slab. Each such setting produces basalt with distinctive characteristics. Tholeiitic basalt is relatively rich in iron and poor in alkali metals and aluminium. Included in this category are most basalts of the ocean floor, most large oceanic islands, and continental flood basalts such as the Columbia River Plateau. High and low titanium basalt. Basalt rocks are in some cases classified after their titanium (Ti) content in High Ti and Low Ti varieties. High Ti and Low Ti basalt has been distinguished in the Paraná and Etendeka traps and the Emeishan Traps. Mid ocean ridge basalt (MORB) is a tholeiitic basalt commonly erupted only at ocean ridges and is characteristically low in incompatible elements. Although all MORBs are chemically similar, geologists recognize that they vary significantly in how depleted they are in incompatible elements. Their presence in close proximity along mid ocean ridges is interpreted as evidence for mantle inhomogeneity. E MORB, enriched MORB, is relatively undepleted in incompatible elements. E MORB was once thought to be typical of hot spots along mid ocean ridges, such as Iceland, but is now known to be present in many locations along mid ocean ridges. N MORB, normal MORB, is average in its content of incompatible elements. D MORB, depleted MORB, is highly depleted in incompatible elements. Alkali basalt is relatively rich in alkali metals. It is silica undersaturated and may contain feldspathoids, alkali feldspar, phlogopite, and kaersutite. Augite in alkali basalts is titanium enriched augite, and low calcium pyroxenes are never present. They are characteristic of continental rifting and hotspot volcanism. High alumina basalt has greater than 17% alumina (Al2O3) and is intermediate in composition between tholeiitic basalt and alkali basalt. Its relatively alumina rich composition is based on rocks without phenocrysts of plagioclase. These represent the low silica end of the calc alkaline magma series and are characteristic of volcanic arcs above subduction zones. Boninite is a high magnesium form of basalt that is erupted generally in back arc basins, distinguished by its low titanium content and trace element composition. Ocean island basalts include both tholeiites and alkali basalts, with tholeiite predominating early in the eruptive history of the island. These basalts are characterized by elevated concentrations of incompatible elements. This suggests that their source mantle rock has produced little magma in the past (it is undepleted).

Петрология

Базальттың минералогиясы кальцийлі плагиоклаз фельдспары мен пироксеннің басымдығымен сипатталады. Оливин де маңызды құрамдас бөлік болуы мүмкін. Салыстырмалы түрде аз мөлшерде кездесетін қосымша минералдарға магнит, ульвоспинель және илменит сияқты темір оксидтері мен темір-титан оксидтері жатады. Мұндай оксид минералдардың болуынан базальт суыған кезде күшті магниттік қасиеттерге ие болады, ал палеомагниттік зерттеулер базальтты кеңінен пайдаланады. Толеиттік базальтта пироксен (аугит және ортопироксен немесе голубит) және кальцийге бай плагиоклаз – кең таралған фенокрист минералдары. Оливин де фенокристал болуы мүмкін, және болған жағдайда, оның шеттері голубитпен қапталған болуы мүмкін. Жер массасында интерстициалды кварц немесе тридимит немесе кристобалит кездеседі. Оливин толеиттік базальтта аугит пен ортопироксен немесе голубитпен қатар мол оливинге ие, бірақ оливиннің шеттері пироксенмен қапталған болуы мүмкін және жер массасында кездеспеуі мүмкін. Сілкілі базальттарда әдетте ортопироксен жоқ, бірақ оливин бар минералды жиынтықтар болады. Фельдспар фенокристалдары әдетте лабрадорит пен андезин құрамында болады. Аугит толеиттік базальттағы аугитке қарағанда титанға бай. Жер массасында сілкілі фельдспар, леуцит, нефелин, содалит, флогопит микасы және апатит сияқты минералдар кездесуі мүмкін. Базальттың жоғары балқу және қатаю температуралары бар – Жер бетіндегі мәндер 1200 °C-қа жуық немесе одан жоғары (балқу) және 1000 °C-қа жуық немесе одан төмен (қатаю); бұл мәндер басқа кең таралған магмалық жыныстардан жоғары. Толеиттік базальттардың көпшілігі мантияның ішінде шамамен 50–100 км тереңдікте қалыптасады. Көптеген сілкілі базальттар одан да тереңде, шамамен 150–200 км тереңдікте пайда болуы мүмкін. Жоғары алюминийлі базальттың пайда болуы әлі де даулы, оның бастапқы балқыма екені немесе басқа базальт түрлерінен фракциялау арқылы алынғаны туралы пікірталас жалғасуда.

Геохимия

Көптеген жалпы магмалық жыныстарға қарағанда базальттардың құрамы MgO және CaO-ға бай, ал SiO2 және сілтілік оксидтер, яғни Na2O + K2O-ға төмен, бұл олардың TAS классификациясына сәйкес келеді. Базальтта пикробазальтқа қарағанда кремнийдің мөлшері көп, көптеген базаниттер мен тефриттерге қарағанда да көп, бірақ базальттық андезиттен азырақ. Базальттың сілтілік оксидтерінің жалпы мөлшері трахибазальтқа және көптеген базаниттер мен тефриттерге қарағанда төмен. Базальттың құрамы әдетте 45–52 салмақтық% SiO2, 2–5 салмақтық% жалпы сілтілер, 0,5–2,0 салмақтық% TiO2, 5–14 салмақтық% FeO және 14 салмақтық% немесе одан да көп Al2O3 құрайды. CaO мөлшері көбінесе 10 салмақтық% шамасында, ал MgO мөлшері көбінесе 5–12 салмақтық% аралығында болады. Жоғары алюминийлі базальттардың алюминий құрамы 17–19 салмақтық% Al2O3, ал бониниттердің магний (MgO) құрамы 15%-ға дейін жетеді. Сирек кездесетін, фельдспатоидқа бай мафикалық жыныстар, сілтілі базальттарға ұқсас, 12% немесе одан да көп Na2O + K2O құрамын қамтуы мүмкін. Лантанидтер немесе сирек жер элементтерінің (REE) мөлшері, балқыған кезде минералдың кристалдану тарихын түсіндіруге көмектесетін пайдалы диагностикалық құрал болып табылады. Атап айтқанда, еуропийдің басқа REE-ге қарағандағы салыстырмалы мөлшері көбінесе айтарлықтай жоғары немесе төмен болады, бұл еуропий аномалиясы деп аталады. Бұл Eu2+ иондарының плагиоклаздық фельдшпатта Ca2+ иондарын алмастыра алуына байланысты туындайды, ал қалған лантаноидтардың барлығы тек 3+ катиондар түзеді. Орта мұхиттық қырқа базальттары (MORB) және олардың интрузивті эквиваленттері – габбролар, орта мұхиттық қырқаларда қалыптасқан ерекше магмалық жыныстар болып табылады. Олар толеиттік базальттар, жалпы сілтіліктері және үйлеспейтін микроэлементтері өте төмен, сондай-ақ мантия немесе хондрит мәндеріне нормаланған салыстырмалы түрде тегіс REE үлгілеріне ие. Керісінше, сілтілі базальттарда жеңіл REE-ге қатысты байытылған және REE мен басқа да үйлеспейтін элементтердің жоғары мөлшері бар нормаланған үлгілер кездеседі. MORB базальты плиталар тектоникасын түсінудің кілті саналатындықтан, оның құрамы кеңінен зерттелді. MORB құрамы басқа орталарда жарылған базальттардың орташа құрамынан ерекшеленсе де, олар біркелкі емес. Мысалы, құрамы Атлант мұхитының орталық бөлігіндегі орналасуына байланысты өзгереді, сонымен қатар құрамдар әртүрлі мұхит алаптарында әртүрлі диапазонды анықтайды. Орта мұхиттық қырқа базальттары қалыпты (NMORB) және үйлеспейтін элементтерге сәл байытылған (EMORB) сияқты түрлеріне бөлінеді. Базальттардағы стронций, неодим, қорғасын, гафний және осмий сияқты элементтердің изотоптық қатынастары Жер мантиясының эволюциясын зерттеу үшін кеңінен зерттелді. 3He/4He сияқты асыл газдардың изотоптық қатынастары да маңызды құндылыққа ие: мысалы, базальттар үшін қатынастар 6-10 аралығында орта мұхиттық қырқа толеиттік базальты үшін (атмосфералық мәндерге нормаланған), бірақ 15–24 және одан да көп мұхиттық арал базальттары үшін, олар мантиялық қалыңдықтардан пайда болған деп есептеледі. Базальтты магманы құрайтын жартылай балқыған тау жыныстарының бастапқы құрамында перидотит және пироксенит болуы мүмкін.

Relative to most common igneous rocks, basalt compositions are rich in MgO and CaO and low in SiO2 and the alkali oxides, i. e., Na2O + K2O, consistent with their TAS classification. Basalt contains more silica than picrobasalt and most basanites and tephrites but less than basaltic andesite. Basalt has a lower total content of alkali oxides than trachybasalt and most basanites and tephrites. Basalt generally has a composition of 45–52 wt% SiO2, 2–5 wt% total alkalis, 0.5–2.0 wt% TiO2, 5–14 wt% FeO and 14 wt% or more Al2O3. Contents of CaO are commonly near 10 wt%, those of MgO commonly in the range 5 to 12 wt%. High alumina basalts have aluminium contents of 17–19 wt% Al2O3; boninites have magnesium (MgO) contents of up to 15 percent. Rare feldspathoid rich mafic rocks, akin to alkali basalts, may have Na2O + K2O contents of 12% or more. The abundances of the lanthanide or rare earth elements (REE) can be a useful diagnostic tool to help explain the history of mineral crystallisation as the melt cooled. In particular, the relative abundance of europium compared to the other REE is often markedly higher or lower, and called the europium anomaly. It arises because Eu2+ can substitute for Ca2+ in plagioclase feldspar, unlike any of the other lanthanides, which tend to only form 3+ cations. Mid ocean ridge basalts (MORB) and their intrusive equivalents, gabbros, are the characteristic igneous rocks formed at mid ocean ridges. They are tholeiitic basalts particularly low in total alkalis and in incompatible trace elements, and they have relatively flat REE patterns normalized to mantle or chondrite values. In contrast, alkali basalts have normalized patterns highly enriched in the light REE, and with greater abundances of the REE and of other incompatible elements. Because MORB basalt is considered a key to understanding plate tectonics, its compositions have been much studied. Although MORB compositions are distinctive relative to average compositions of basalts erupted in other environments, they are not uniform. For instance, compositions change with position along the Mid Atlantic Ridge, and the compositions also define different ranges in different ocean basins. Mid ocean ridge basalts have been subdivided into varieties such as normal (NMORB) and those slightly more enriched in incompatible elements (EMORB). Isotope ratios of elements such as strontium, neodymium, lead, hafnium, and osmium in basalts have been much studied to learn about the evolution of the Earth's mantle. Isotopic ratios of noble gases, such as 3He/4He, are also of great value: for instance, ratios for basalts range from 6 to 10 for mid ocean ridge tholeiitic basalt (normalized to atmospheric values), but to 15–24 and more for ocean island basalts thought to be derived from mantle plumes. Source rocks for the partial melts that produce basaltic magma probably include both peridotite and pyroxenite.

Морфологиясы мен пішіні

Базальттың пішіні, құрылымы және текстурасы оның қалай және қайда пайда болғанын көрсетеді – мысалы, теңізге, жарылысты күйіндегі шлак атылуында немесе ақырын еңіп өтетін пахоехое лава ағыны түрінде, Гавайидегі базальт атылуының классикалық көрінісі ретінде.

Ауа асты жарылыстары

Ашық ауада (яғни, жер бетінде) шығатын базальт үш түрлі лава немесе жанартау шөгінділерін құрайды: шөгінді; күл немесе күлдір (бречча); және лава ағындары. Жер бетіндегі лава ағындары мен күлдір конустарының үстіңгі бөлігіндегі базальт көбінесе көп мөлшерде газды болып келеді, бұл тау жынысына жеңіл, "көбікті" текстура береді. Базальт күлі көбінесе қызыл түсті болады, себебі пироксен сияқты темірге бай минералдардың тотығу нәтижесінде пайда болған темірмен боялған. Гавайиде қалың, тұтқыр базальт лавасының блокты күлдір және бречча ағындары жиі кездеседі. Пахоехое – бұл өте ағын, ыстық базальт түрі, ол балқыған лаваның жұқа қабаттарын құрайды, олар ойыстарды толтырады және кейде лава көлдерін жасайды. Лава түтіктері пахоехое ағындарының әдеттегі ерекшелігі болып табылады. Базальт туфы немесе пирокластикалық тау жыныстары базальт лава ағындарына қарағанда сирек кездеседі. Әдетте, базальт жарылысты лава ағындарын жасау үшін жеткілікті қысымды тудыру үшін тым ыстық және ағын болады, бірақ кейде бұл лаваның жанартау түтігінде тұтқындалуы және жанартау газдарының жиналуы арқасында болады. Гавайидегі Мауна-Лоа жанартауы және Жаңа Зеландиядағы Таравера тауы 19 ғасырда осылай атқан, соның ішінде 1886 жылғы Таравераның күшті жарылысы да болды. Маар жанартаулары – базальттың жарылысты атқылауынан пайда болған шағын базальт туфтарының типік мысалы. Олар базальт пен қабық тау жынысының аралас бреччасынан тұратын қабатты және жанартаудан алыс жерде базальт туфының желпуіштерін құрайды. Амигдалоидты құрылым қалдық көпіршіктерде жиі кездеседі, ал зеолиттердің, кварцтың немесе кальциттің әдемі кристалданған түрлері көбінесе табылады.

Базальтты бағаналар

Қалың лава ағыны салқындағанда жиырылу тігіздері немесе жарықтар пайда болады. Егер ағын салыстырмалы түрде жылдам салқындаса, айтарлықтай жиырылу күштері туындайды. Ағын тік бағытта жарықсыз қысқаруы мүмкін, бірақ көлденең бағыттағы қысқаруды жарықтар пайда болмайынша қабылдауы қиын; дамыған кең жарықтар желісі бағаналардың қалыптасуына әкеледі. Бұл құрылымдар көлденең қимасы бойынша көбінесе алтыбұрышты болады, бірақ үштен он екіге дейін немесе одан да көп қабырғалары бар көпбұрыштарды да кездестіруге болады. Бағаналардың мөлшері салқындау жылдамдығына шамалы байланысты; өте жылдам салқындау өте кішкентай (1 см-ден кішкентай диаметрлі) бағаналардың пайда болуына себеп болуы мүмкін, ал баяу салқындау ірі бағаналардың пайда болуына ықпал етеді.

Су асты жарылыстары

Су астындағы базальттық жарылыстардың сипаты көбінесе су тереңдігімен анықталады, себебі қысымның артуы газ тәрізді заттардың шығарылуын шектейді және құю типті жарылыстарға алып келеді. Базальттық магмамен байланысты жарылыс қызметі , тереңдіктен бастап басылады деп есептеледі. Осы тереңдіктен жоғары, су астындағы жарылыстар көбінесе жарылыстық болып келеді, базальт ағындары емес, пирокластикалық тау жыныстарын құрайды. Бұл жарылыстар Суртсей типті жарылыстар деп аталады, олардың қасиеттері – көп мөлшерде бу мен газдың бөлінуі және үлкен көлемдегі пемзаның пайда болуы.

Базальтты төсеніш

Базальт су астында жарылғанда немесе теңізге аққанда, сумен жанасуы беткі қабатын салқындатып, лава ерекше жастық тәрізді пішінге ие болады. Ыстық лава осы жастықтың ішінде жарылып, келесі жастықты қалыптастырады. Бұл "жастық" текстурасы су астындағы базальт ағындарында жиі кездеседі және ежелгі тау жыныстарында табылғанда су астындағы жарылыс ортасын анықтауға көмектеседі. Жастықтар әдетте шыны қабықшасы бар ұсақ дәнды ядродан тұрады және радиалды жарылымдарға ие. Жеке жастықтың мөлшері 10 см-ден бірнеше метрге дейін өзгереді. Пахоэхоэ лавасы теңізге құйылғанда көбінесе жастық базальттарын құрайды. Бірақ, аа лавасы мұхитқа енгенде, ол жағалау конусын құрайды – бұл блокты аа лавасы суға енгенде және жиналған будың әсерінен жарылғанда түзілетін туфті ұсақ бөлшектердің кішкентай конус тәрізді жиынтығы. Атлант мұхитындағы Суртси аралы – 1963 жылы мұхит бетін бұзған базальтты вулкан. Суртсидің жарылысының бастапқы кезеңі өте күшті болды, себебі магма өте сұйық болғандықтан, тау жынысы қайнап тұрған будың күшімен жарылып, туф пен күл конусын құрады. Кейіннен бұл қалыпты пахоэхоэ типті мінез-құлқына көшті. Жанартау шынысы болуы мүмкін, әсіресе лава ағындарының жылдам салқындалған беттеріндегі қабықтар түрінде, және көбінесе (бірақ міндетті емес) су астындағы жарылыстармен байланысты. Жастық базальттары кейбір мұз астындағы вулкандық жарылыстардың нәтижесінде де пайда болады.

Жер

Базальт – Жер бетіндегі ең көп таралған жанартау жынысы, планетадағы барлық жанартау жыныстарының 90%-дан астамын құрайды. Мұхиттық тектоникалық плиталардың қабық бөліктері негізінен базальттен тұрады, ол мұхиттық жоталардың астындағы мантияның көтерілуінен пайда болады. Базальт Гавайи, Фарер және Реюньон аралдары сияқты көптеген мұхиттық аралдардағы басты жанартаулық жыныс болып табылады. Геологтар базальт лавасының жарылуын жылына шамамен 20 жанартаудан байқайды. Базальт – ірі магмалық провинциялардың ең типік жынысы. Олар құрлықтағы ең көп көлемді базальттарды қамтиды. Континенттік су тасқыны базальттарының мысалдары: Үндістандағы Декан тұзақтары, Канаданың Британдық Колумбиясындағы Чилкотин тобы, Бразилиядағы Парана тұзақтары, Ресейдегі Сібір тұзақтары, Оңтүстік Африкадағы Кару су тасқыны базальты провинциясы және Вашингтон мен Орегон штатындағы Колумбия өзенінің жазығы. Базальт Израиль мен Сирияның Шығыс Галилея, Голан және Башан аймақтарында да кең таралған. Базальт жанартаулық доғалардың маңында, әсіресе жұқа қабықтағыларда жиі кездеседі. Ежелгі прекамбрий базальттары көбінесе бүктелу және итермелеу белдеулерінде ғана табылады және көбінесе күшті метаморфозға ұшырайды. Олар «жасыл тас белдеулері» деп аталады, себебі базальттың төмен дәрежелі метаморфизмі хлорит, актинолит, эпидот және басқа жасыл минералдарды құрайды.

Күн жүйесіндегі басқа денелер

Жер қыртысының үлкен бөлігін құрастырумен қатар, базальт Күн жүйесінің басқа да бөліктерінде де кездеседі. Базальт көбінесе Иода (Юпитердің үшінші ең ірі серігі) жанартаудан атылып шығады, сондай-ақ Ай, Марс, Венера және Веста астероидінде де пайда болған.

Ай

Жердің айдағы қараңғы аймақтары, айлық мариялар, су тасқынынан пайда болған базальттық лава ағындарынан тұратын жазықтар. Бұл тау жыныстары американдық "Аполлон" және орыс роботтық "Луна" бағдарламалары арқылы алынған, сондай-ақ ай метеориттерінің арасында кездеседі. Ай базальттары Жердегі әріптестерінен негізінен темірдің жоғары мөлшерімен ерекшеленеді, ол әдетте шамамен 17-22 салмақтық % FeO құрайды. Олар сонымен қатар титан концентрациясының кең диапазонына ие (илменит минералында кездеседі), 1 салмақтық %-дан азырақ TiO2-дан шамамен 13 салмақтық %-ға дейін. Дәстүрлі түрде ай базальттары титан мөлшеріне сәйкес жіктеледі, топтары жоғары титанды, төмен титанды және өте төмен титанды деп аталады. Дегенмен, "Клементин" миссиясынан алынған титанның жаһандық геохимиялық карталары айлық марияларда титан концентрациясының үздіксіздігі бар екенін және ең жоғары концентрациялар ең сирек кездесетінін көрсетеді. Ай базальттары ерекше текстуралар мен минералогияны көрсетеді, әсіресе соққы метаморфизмін, Жердегі базальттарға тән тотығудың болмауын және толық сусыздануды. Ай базальттарының көп бөлігі шамамен 3 және 3,5 миллиард жыл бұрын пайда болған, бірақ ең көне үлгілердің жасы 4,2 миллиард жылды құрайды, ал кратерлерді санау әдісімен анықталған ең жас ағындардың жасы шамамен 1,2 миллиард жыл бұрын пайда болған деп есептеледі.

Венера

1972 жылдан 1985 жылға дейін бес "Венера" және екі "ВЕГА" қондырғыштары Венера бетіне сәтті қонды және рентгендік флуоресценция және гамма-сәулелік талдау арқылы геохимиялық өлшеулер жүргізді. Алған нәтижелер қондыру орындарындағы тау жыныстары базальт екенін көрсетті, оның ішінде толеиттік және жоғары сілтілі базальттар да бар. Қондырғыштар базальттық лава ағындарынан тұратын жазықтарға қонған деп есептеледі. Бұл Венера бетінің шамамен 80% құрайды. Кейбір аймақтарда тозбаған базальтқа сәйкес келетін жоғары шағылысу байқалады, бұл соңғы 2,5 миллион жылда базальттық вулканизм болғанын көрсетеді.

Марс

Базальт – планета бетінен алынған деректер мен марстық метеориттер арқылы анықталған Марс бетінде кең таралған тау жынысы.

Веста

Хаббл ғарыш телескопының Веста суреттерін талдау, бұл астероидтің базальтты қабығы бар екенін және осы қабықтан пайда болған сынықты реголитпен жабылғанын көрсетеді. Жердегі телескоптардан алынған мәліметтер мен "Таң" миссиясының нәтижелері Вестаның базальттық сипаттағы HED метеориттерінің бастауы екенін көрсетеді. Веста – Басты астероид белдеуінің базальттық астероидтарының негізгі көзі.

Io

Лава ағындары Иодағы маңызды жанартаулық ландшафтты құрайды. "Вояджер" аппараты түсірген суреттерді талдау нәтижесінде ғалымдар бұл ағындардың негізінен еріген күкірттің әртүрлі қосылыстарынан тұратынына сенімді болды. Алайда, кейіннен Жердегі инфрақызыл зерттеулер және "Галилео" ғарыш кемесінен алынған өлшемдер бұл ағындардың мафикалық және ультрамафикалық құрамы бар базальттық лавадан тұратындығын көрсетті. Бұл қорытынды Ионың "ыстық нүктелерінің" – яғни жылулық сәулелену орындарының – температурасын өлшеуге негізделген, ол кем дегенде 1300 К, ал кейбіреулері 1600 К температураны көрсетеді. 2000 К-қа жуық жанасу температураларын болжаған алғашқы бағалаулар кейіннен дұрыс емес жылулық модельдер қолданылғандықтан артық бағаланғаны дәлелденді. Базальттың көпшілігінде калийдің төмен мөлшері болғандықтан, үгілу процесі базальтты калийге бай саз емес, кальцийге бай сазға (монтмориллионит) айналдырады. Одан әрі үгілу, әсіресе тропиктік климатта, монтмориллионитті каолинитке немесе гиббситке айналдырады. Бұл латерит деп аталатын ерекше тропикалық топырақты құрайды. Соңғы үгілу өнімі – алюминийдің негізгі кені боксит. Химиялық үгілу сондай-ақ кальций, натрий және магний сияқты суға оңай еритін катиондарды босатады, бұл базальттық аймақтарға қышқылдануға қарсы күшті буферлік қабілеттілік береді. Базальттардан бөлінетін кальций атмосферадағы CO2-ні байланыстырып, CaCO3 құрайды, осылайша CO2-ні тұтқындауға мүмкіндік береді.

Метаморфизм

Күшті қызу немесе жоғары қысым базальтты метаморфтық жыныстарға түрлендіреді. Метаморфизмнің температурасы мен қысымына қарай, олар көксланец, амфиболит немесе эклогит болуы мүмкін. Базальттар метаморфтық аймақтарда маңызды тау жыныстары болып табылады, себебі олар аймаққа әсер еткен метаморфизм жағдайлары туралы құнды мәліметтер бере алады. Метаморфталған базальттар түрлі гидротермалдық кендердің, соның ішінде алтын, мыс және вулканогендік массивті сульфидтердің кен орындары үшін маңызды жайлар болып табылады.

Базальтты тау жыныстарындағы тіршілік

Су астындағы вулкандық базальттардың жалпы коррозиялық белгілері, базальтты тау жыныстары мен теңіз суы арасындағы химиялық алмасуда микробтық белсенділіктің маңызды рөл атқаратынын көрсетеді. Базальтты тау жыныстарындағы тотыққан темірдің (Fe(II)) және марганецтің (Mn(II)) көп мөлшері бактериялар үшін потенциалды энергия көзі болып табылады. Темір сульфиді беттерінен культивацияланған кейбір Fe(II) тотықтырғыш бактериялар базальтты тау жыныстарын Fe(II) көзі ретінде пайдаланып өсе алады. Fe және Mn тотықтырғыш бактериялар Камаэхуаканалао теңіз тауының (бұрынғы Лойхи) әбден тозығы жеткен су асты базальттарынан культивацияланды. Бактериялардың базальтты шынының (демек, мұхит қабығының) және теңіз суының химиялық құрамын өзгертуге тигізетін әсері, осы өзара әрекеттесулердің гидротермальдық қайнарлардың өмірдің пайда болуына қатыстылығын көрсетеді.

Қолданылуы

Базальт құрылыс саласында қолданылады (мысалы, құрылыс блоктары түрінде немесе негіз салуда), сондай-ақ тас төсеуге (бағаналы базальттан) және мүсіндер жасауға пайдаланылады. Базальтты қыздыру және экструзиялау арқылы тас жүн алынады, ол тамаша жылу оқшаулағыш ретінде қолданылуы мүмкін. Базальттың көміртегін сіңіру, адамның өнеркәсіптік қызметінен пайда болған көмірқышқыл газын атмосферадан кетірудің бір жолы ретінде зерттелді. Әлемдік мұхиттарға шашыраңқы су асты базальт кен орындарының артықшылығы, судың атмосфераға CO2 қайта шығуына кедергі келтіруі болып табылады.