Il problema della cameraModifica
La fonte ultima del magma è la fusione parziale della roccia nel mantello superiore e nella crosta inferiore. Questo produce un magma che è meno denso della sua roccia di origine. Per esempio, un magma granitico, che è ricco di silice, ha una densità di 2,4 Mg/m3, molto meno dei 2,8 Mg/m3 della roccia metamorfica di alto grado. Questo dà al magma un’enorme galleggiabilità, così che la risalita del magma è inevitabile una volta che si è accumulato abbastanza magma. Tuttavia, la questione di come esattamente grandi quantità di magma siano in grado di spingere da parte la roccia di campagna per farsi spazio (il problema della camera) è ancora oggetto di ricerca.
La composizione del magma e della roccia di campagna e le sollecitazioni che colpiscono la roccia di campagna influenzano fortemente i tipi di intrusioni che hanno luogo. Per esempio, dove la crosta è in fase di estensione, il magma può facilmente risalire nelle fratture tensionali della crosta superiore per formare i dicchi. Dove la crosta è sotto compressione, il magma a bassa profondità tenderà invece a formare dei laccoliti, con il magma che penetra nei letti meno competenti, come i letti di scisto. I dicchi ad anello e i fogli di cono si formano solo a bassa profondità, dove un tappo di roccia sovrastante può essere sollevato o abbassato. Gli immensi volumi di magma coinvolti nei batholith possono forzare la loro strada verso l’alto solo quando il magma è altamente silicico e galleggiante, ed è probabile che lo facciano come diapiri nella duttile crosta profonda e attraverso una varietà di altri meccanismi nella fragile crosta superiore.
Intrusioni multiple e compositeModifica
Le intrusioni ignee possono formarsi da un singolo evento magmatico o da diversi eventi incrementali. Evidenze recenti suggeriscono che la formazione incrementale è più comune per le grandi intrusioni. Per esempio, il Palisades Sill non è mai stato un singolo corpo di magma spesso 300 metri, ma si è formato da iniezioni multiple di magma. Un corpo intrusivo è descritto come multiplo quando si forma da ripetute iniezioni di magma di composizione simile, e come composito quando è formato da ripetute iniezioni di magma di composizione diversa. Un dike composito può includere rocce diverse come il granophyre e il diabase.
Mentre c’è spesso poca evidenza visiva di iniezioni multiple sul campo, c’è un’evidenza geochimica. La zonazione dello zircone fornisce una prova importante per determinare se un singolo evento magmatico o una serie di iniezioni sono stati i metodi di spostamento.
Le grandi intrusioni felsiche si formano probabilmente dalla fusione della crosta inferiore che è stata riscaldata da un’intrusione di magma mafico dal mantello superiore. Le diverse densità dei magmi felsici e mafici limitano la miscelazione, in modo che il magma siliceo galleggi sul magma mafico. Tale miscelazione limitata che ha luogo ha come risultato le piccole inclusioni di roccia mafica che si trovano comunemente nei graniti e nelle granodioriti.
CoolingEdit
Un’intrusione di magma perde calore alla roccia di campagna circostante per conduzione termica. Vicino al contatto di materiale caldo con materiale freddo, se il materiale caldo è inizialmente uniforme in temperatura, il profilo di temperatura attraverso il contatto è dato dalla relazione
T / T 0 = 1 2 + 1 2 erf ( x 2 k t ) {displaystyle T/T_{0}={frac {1}{2}}+{frac {1}{2}} {operatorname {erf} ({frac {x}{2{sqrt {kt}}}})}
dove T 0 {displaystyle T_{0}
è la temperatura iniziale del materiale caldo, k è la diffusività termica (tipicamente vicina a 10-6 m2 s-1 per la maggior parte dei materiali geologici), x è la distanza dal contatto e t è il tempo trascorso dall’intrusione. Questa formula suggerisce che il magma vicino al contatto sarà rapidamente raffreddato mentre la roccia di campagna vicino al contatto è rapidamente riscaldata, mentre il materiale più lontano dal contatto sarà molto più lento a raffreddarsi o riscaldarsi. Così un margine raffreddato si trova spesso sul lato dell’intrusione del contatto, mentre un’aureola di contatto si trova sul lato della roccia rustica. Il margine raffreddato è a grana molto più fine rispetto alla maggior parte dell’intrusione e può essere di composizione diversa, riflettendo la composizione iniziale dell’intrusione prima che la cristallizzazione frazionata, l’assimilazione della roccia rustica o ulteriori iniezioni magmatiche modificassero la composizione del resto dell’intrusione. Le isoterme (superfici di temperatura costante) si propagano a partire dal margine secondo una legge della radice quadrata, così che se il metro più esterno del magma impiega dieci anni per raffreddarsi a una data temperatura, il metro successivo verso l’interno impiegherà 40 anni, il successivo impiegherà 90 anni, e così via.
Questa è un’idealizzazione, e processi come la convezione del magma (dove il magma raffreddato vicino al contatto affonda sul fondo della camera magmatica e il magma più caldo prende il suo posto) possono alterare il processo di raffreddamento, riducendo lo spessore dei margini raffreddati mentre affrettano il raffreddamento dell’intrusione nel suo complesso. Tuttavia, è chiaro che i picchi sottili si raffreddano molto più velocemente delle intrusioni più grandi, il che spiega perché le piccole intrusioni vicino alla superficie (dove la roccia di campagna è inizialmente fredda) sono spesso a grana fine come la roccia vulcanica.
Le caratteristiche strutturali del contatto tra l’intrusione e la roccia di campagna danno indizi sulle condizioni in cui l’intrusione ha avuto luogo. Le intrusioni catazonali hanno una spessa aureola che degrada nel corpo intrusivo senza margini netti, indicando una considerevole reazione chimica tra l’intrusione e la roccia di campagna, e spesso hanno ampie zone di migmatite. Le foliazioni nell’intrusione e nella roccia di campagna circostante sono approssimativamente parallele, con indicazioni di estrema deformazione nella roccia di campagna. Tali intrusioni sono interpretate come prese a grande profondità. Le intrusioni mesozonali hanno un grado molto più basso di metamorfismo nelle loro aureole di contatto, e il contatto tra la roccia rustica e l’intrusione è chiaramente distinguibile. Le migmatiti sono rare e la deformazione della roccia rustica è moderata. Tali intrusioni sono interpretate come presenti a media profondità. Le intrusioni epizonali sono discordanti con la roccia rustica e hanno contatti netti con margini freddi, con solo un metamorfismo limitato in un’aureola di contatto, e spesso contengono frammenti xenolitici di roccia contry che suggeriscono una fratturazione fragile. Tali intrusioni sono interpretate come se avvenissero a bassa profondità, e sono comunemente associate a rocce vulcaniche e strutture di collasso.
CumuliModifica
Un’intrusione non cristallizza tutti i minerali in una volta sola; piuttosto, c’è una sequenza di cristallizzazione che si riflette nella serie di reazione di Bowen. I cristalli formati all’inizio del raffreddamento sono generalmente più densi del magma rimanente e possono depositarsi sul fondo di un grande corpo intrusivo. Questo forma uno strato cumulativo con struttura e composizione distintive. Tali strati cumulati possono contenere preziosi depositi di cromite. Il vasto complesso igneo di Bushveld in Sudafrica include strati cumulati di un tipo di roccia rara, la cromitite, composta al 90% da cromite,