Recep o mulțime de întrebări aici, la Erupții, dar una dintre temele cele mai frecvente este legată de proprietățile rocilor – și mai exact de ce se topesc acolo unde se topesc pentru a produce magmă? Există o mulțime de concepții greșite cu privire la interiorul Pământului, și anume că plăcile tectonice pe care le găzduim (atât cele de tip continental, cât și cele oceanice) sunt așezate pe o „mare de magmă” care alcătuiește mantaua. Așa cum am mai spus, mantaua Pământului, acel strat de roci silicatice care începe la ~10-70 km adâncime și coboară până la nucleul exterior la ~2900 km adâncime și care constituie un mare volum al planetei, nu este topită, ci mai degrabă un solid care se poate comporta plastic. Acest lucru înseamnă că poate curge și se poate convecta, care este unul dintre modurile în care geologii au teoretizat că mișcarea plăcilor este inițiată și susținută. Cu toate acestea, după cum știm, rocile se găsesc în întregime topite în interiorul Pământului, deci cum se poate ca o atât de mare parte a planetei să fie solidă, dar apoi unele părți să se topească și ele?
Această schiță ilustrează de ce se topesc rocile pe Pământ. Geoterma (linia continuă) ar sugera că rocile nu ar trebui să se topească, deoarece nu traversează niciodată solidus-ul mantalei uscate (punctul în care rocile din mantaua se topesc prin simpla lor încălzire). Adăugarea de apă mută solidus-ul la solidus-ul mantalei umede (linia punctată scurtă). Decomprimarea mantalei la temperatură constantă permite ca mantaua să traverseze solidus-ul pe măsură ce mantaua se ridică (linie continuă groasă). A se vedea textul pentru mai multe detalii. Imagine: Erik Klemetti
Începe cu întrebarea „cum se topește o rocă”? Cel mai simplu mod care v-ar putea trece prin cap este „creșteți temperatura!”. Este ceea ce se întâmplă cu gheața – este apă solidă care se topește atunci când temperatura depășește 0ºC/32F. Cu toate acestea, când vine vorba de roci, ne confruntăm cu o problemă. De fapt, Pământul nu este suficient de fierbinte pentru a topi rocile mantalei, care sunt sursa bazaltului de pe crestele din mijlocul oceanelor, din punctele fierbinți și din zonele de subducție. Dacă presupunem că mantaua care se topește este formată din peridotită*, solidus-ul (punctul în care roca începe să se topească) este de ~2000ºC la 2o0 km adâncime (în mantaua superioară). Acum, modelele pentru gradientul geotermic (cât de cald devine cu adâncimea; a se vedea mai sus) pe Pământ, pe măsură ce se coboară prin crustă în mantaua superioară, stabilesc temperatura la 200 km undeva între 1300-1800ºC, cu mult sub punctul de topire a peridotitei. Deci, dacă este mai rece pe măsură ce urcați, de ce se topește această peridotită pentru a forma bazalt?
Ei bine, aici trebuie să nu vă mai gândiți la cum să încălziți roca până la topire, ci mai degrabă la cum să schimbați punctul de topire al rocii (solidus). Gândiți-vă la analogia noastră cu gheața. În timpul iernii, există o mulțime de momente în care ați dori să scăpați de acea
Schiță care ilustrează topirea într-o zonă de subducție. Apa din placa descendentă este eliberată în adâncime pe măsură ce se încălzește, determinând topirea parțială a mantalei de deasupra plăcii, formând bazalt. Imagine: Erik Klemetti
Gheață, dar temperatura ambientală este sub temperatura aerului. Așadar, ce trebuie să faceți? O soluție este de a face ca acea gheață să se topească la o temperatură mai scăzută prin întreruperea legăturii dintre moleculele de H2O – oprind astfel formarea de gheață rigidă. Sărurile sunt o modalitate excelentă de a întrerupe acest lucru, așa că aruncați niște NaCl sau KCl pe gheață și aceasta se va topi la o temperatură mai mică de 0ºC. Pentru o rocă, apa se comportă ca o sare a acesteia. Adăugați apă într-o peridotită de manta și aceasta se va topi la o temperatură mai scăzută, deoarece legăturile din mineralele care alcătuiesc roca vor fi perturbate de molecula de apă (o numim „modificator de rețea”). Într-o zonă de subducție (cum ar fi Cascadele sau Anzii), unde o placă oceanică alunecă sub o altă placă, placa care coboară își eliberează apa pe măsură ce se încălzește. Acea apă se ridică apoi în mantaua de deasupra ei, determinând topirea la o temperatură mai scăzută și, bam! Se produce bazalt în procesul numit topire prin flux.
Schiță care ilustrează topirea prin decompresiune la creasta medio-oceanică. Mantaua caldă și fertilă se ridică, se topește parțial pentru a forma bazalt, apoi se îndepărtează lateral de creastă pe măsură ce se răcește. Imagine: Erik Klemetti
Așteptați! Cel mai mare sistem vulcanic de pe Pământ este sistemul de dorsale medio-oceanice, unde nu există subducție care să aducă apă în mantaua pentru a ajuta la topire. Acum, de ce se obține bazalt acolo? De data aceasta trebuie să folosim o altă metodă pentru a topi acea peridotită – trebuie să o decomprimăm la temperatură constantă. Acest lucru se numește ascensiune adiabatică. Mantaua este în convecție, aducând mantaua fierbinte de la adâncime spre suprafață și, pe măsură ce face acest lucru, materialul mantalei rămâne fierbinte, mai fierbinte decât rocile din jur. Punctul de topire (solidus) al peridotitei se modifică în funcție de presiune, astfel încât punctul de topire de 2000ºC la 200 km este de numai ~1400ºC la 50 km. Așadar, dacă mențineți materialul mantalei la cald și îl decomprimați, veți obține topirea pentru a forma bazalt! Așadar, sub dorsalele medio-oceanice (și în punctele fierbinți, cum ar fi Hawaii), mantaua este în creștere, determinând topirea prin decompresie.
Să recapitulăm: În condiții normale, rocile mantalei precum peridotita nu ar trebui să se topească în mantaua superioară a Pământului – este pur și simplu prea rece. Cu toate acestea, prin adăugarea de apă se poate scădea punctul de topire al rocii. Alternativ, prin decomprimarea rocii, o puteți aduce la o presiune la care punctul de topire este mai scăzut. În ambele cazuri, se va forma magma bazaltică și, având în vedere că este mai caldă și mai puțin densă decât roca înconjurătoare, aceasta se va percola spre suprafață … iar o parte din ea va erupe!
*Mantaua nu este cu siguranță omogenă, dar pentru scopurile noastre, suntem interesați de ceea ce numim „mantaua fertilă” – adică mantaua care nu a cunoscut topirea înainte și care poate produce lichid bazaltic.