マグマの分化と進化

マグマの分化とは、初期には均質であったマグマが、多様な組成の火成岩へと分化していく一連の過程を指します。

Definition

親マグマから組成の多様性を生み出すプロセスであり、主に分別結晶作用、同化作用、およびマグマ混合作用が含まれます。

Scope

このトピックでは、冷却および上昇中にマグマ組成を変化させるメカニズム、すなわち分別結晶作用と結晶沈降、側方岩の同化作用、マグマの混合と混和、液体の非混和性、およびこれらのプロセスを追跡するための微量元素と同位体の利用について扱います。また、原始的な玄武岩質マグマがどのようにして中間的および珪長質の組成へと進化するのかを説明します。

Core questions

• 分別結晶作用はどのようにしてマグマを珪長質組成へと駆動するのでしょうか？
• 同化作用とマグマ混合作用は分化においてどのような役割を果たすのでしょうか？
• 微量元素と同位体はどのようにして分化メカニズムを区別するのでしょうか？
• 層状貫入岩体はなぜ結晶集積を記録するのでしょうか？

Key theories

分別結晶作用

冷却中のマグマから早期に形成された結晶が、沈降または液体分離によって段階的に除去されることで、残りの溶融体は不適合元素とシリカに富むようになり、火成岩の多様性の主要な原因となります。

同化作用とマグマ混合作用 (AFC)

マグマは、溶融または溶解した側方岩を取り込んだり、組成の異なるマグマと混合したりすることによっても進化します。同化作用と分別結晶作用を組み合わせたモデルは、単純な結晶作用だけでは説明できない化学的および同位体的な傾向を説明します。

Clinical relevance

分化作用は、火山地域や貫入岩体の化学的多様性を説明し、経済的に重要な元素を鉱石形成マグマに濃縮させることを制御します。また、火成岩系列に記録された岩石成因史を再構築するために不可欠です。

History

ボーエンは1920年代に分別結晶作用をマグマ進化の主要なプロセスとして提唱しました。その後、ウェーガーとブラウンによるスカエルガードなどの層状貫入岩体の研究は結晶の集積を直接的に記録し、20世紀後半の微量元素および同位体分析法は同化作用と混合作用の重要性を明らかにしました。

Debates

結晶作用と同化作用・混合作用の相対的重要性

火成岩の多様性が、ボーエンが主張したような閉鎖系での分別結晶作用から主に生じるのか、それとも開放系での有意な同化作用とマグマ混合作用を必要とするのかについて、岩石学者たちは長年議論してきました。現代の同位体データは、設定によって異なる複合的な見解を支持しています。

Key figures

• Norman L. Bowen
• Lawrence Wager
• John D. Winter

Seminal works

• bowen1928
• winter2013

Frequently asked questions

分別結晶作用とは何ですか？

冷却中のマグマにおいて、早期に形成された結晶が残りの液体から分離され、残存する溶融体の組成を段階的に変化させるプロセスです。

単一のマグマから玄武岩と花崗岩の両方が生成されることはありますか？

玄武岩質の親マグマが広範囲に分別結晶作用を受けると、少量の花崗岩質残存溶融体が生じることがあります。ただし、ほとんどの花崗岩は地殻の溶融と同化作用も伴います。