การแยกตัวและการวิวัฒนาการของหินหนืด

การแยกตัวของหินหนืด (magmatic differentiation) คือชุดของกระบวนการที่ทำให้หินหนืดซึ่งเดิมมีองค์ประกอบสม่ำเสมอเกิดความหลากหลายกลายเป็นหินอัคนีที่มีองค์ประกอบแตกต่างกันไป

Definition

กระบวนการต่าง ๆ โดยหลักคือการตกผลึกแบบลำดับส่วน การหลอมรวม และการผสมหินหนืด ซึ่งทำให้เกิดความหลากหลายทางองค์ประกอบจากหินหนืดต้นกำเนิด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกลไกที่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของหินหนืดในระหว่างการเย็นตัวและการเคลื่อนที่ขึ้นสู่ผิวโลก ได้แก่ การตกผลึกแบบลำดับส่วนและการตกตะกอนของผลึก การหลอมรวมหินข้างเคียง การผสมและการปะปนกันของหินหนืด การแยกตัวของของเหลวที่ไม่เข้ากัน และการใช้ธาตุร่องรอยและไอโซโทปเพื่อติดตามกระบวนการเหล่านี้ นอกจากนี้ยังอธิบายว่าหินหนืดบะซอลต์ดั้งเดิมมีการวิวัฒนาการไปสู่องค์ประกอบระดับกลางและซิลิกิกได้อย่างไร

Core questions

• การตกผลึกแบบลำดับส่วนขับเคลื่อนหินหนืดไปสู่องค์ประกอบซิลิกิกได้อย่างไร?
• การหลอมรวมและการผสมหินหนืดมีบทบาทอย่างไรในการแยกตัว?
• ธาตุร่องรอยและไอโซโทปช่วยแยกแยะกลไกการแยกตัวได้อย่างไร?
• เหตุใดหินอัคนีแทรกซอนแบบชั้นจึงบันทึกการสะสมตัวของผลึกไว้?

Key theories

การตกผลึกแบบลำดับส่วน (Fractional crystallization)

การกำจัดผลึกที่ก่อตัวขึ้นก่อนหน้าออกจากหินหนืดที่กำลังเย็นตัวลงอย่างต่อเนื่อง โดยการตกตะกอนหรือการแยกตัวของของเหลว ทำให้เหลือหินหนืดที่หลอมละลายซึ่งอุดมไปด้วยธาตุที่ไม่เข้ากันและซิลิกา ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของความหลากหลายของหินอัคนี

การหลอมรวมและการผสมหินหนืด (AFC)

หินหนืดสามารถวิวัฒนาการได้โดยการรวมหินข้างเคียงที่หลอมละลายหรือละลาย และโดยการผสมกับหินหนืดที่มีองค์ประกอบแตกต่างกัน แบบจำลองการหลอมรวม-การตกผลึกแบบลำดับส่วน (assimilation-fractional crystallization) สามารถอธิบายแนวโน้มทางเคมีและไอโซโทปที่การตกผลึกอย่างง่ายไม่สามารถทำได้

Clinical relevance

การแยกตัวของหินหนืดอธิบายความหลากหลายทางเคมีของแหล่งภูเขาไฟและหินอัคนีแทรกซอน ควบคุมความเข้มข้นของธาตุที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจในหินหนืดที่ก่อให้เกิดแร่ และมีความสำคัญต่อการสร้างประวัติการกำเนิดหินที่บันทึกไว้ในชุดหินอัคนีขึ้นมาใหม่

History

โบเวน (Bowen) ได้เสนอแนวคิดว่าการตกผลึกแบบลำดับส่วนเป็นกระบวนการหลักของการวิวัฒนาการของหินหนืดในช่วงทศวรรษ 1920; การศึกษาในภายหลังเกี่ยวกับหินอัคนีแทรกซอนแบบชั้น เช่น Skaergaard โดยวาเกอร์ (Wager) และบราวน์ (Brown) ได้บันทึกการสะสมตัวของผลึกโดยตรง ในขณะที่วิธีการใช้ธาตุร่องรอยและไอโซโทปในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ได้เผยให้เห็นถึงความสำคัญของการหลอมรวมและการผสม

Debates

ความสำคัญสัมพัทธ์ของการตกผลึกเทียบกับการหลอมรวมและการผสม

นักปิโตรวิทยาถกเถียงกันมานานว่าความหลากหลายของหินอัคนีส่วนใหญ่เกิดจากการตกผลึกแบบลำดับส่วนในระบบปิดตามที่โบเวนเสนอ หรือต้องอาศัยการหลอมรวมและการผสมหินหนืดในระบบเปิดอย่างมีนัยสำคัญ ข้อมูลไอโซโทปสมัยใหม่สนับสนุนมุมมองแบบผสมผสานที่แตกต่างกันไปตามสภาพแวดล้อม

Key figures

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

Seminal works

• bowen1928
• winter2013

Frequently asked questions

การตกผลึกแบบลำดับส่วนคืออะไร?

กระบวนการที่ผลึกซึ่งก่อตัวขึ้นในช่วงต้นของหินหนืดที่กำลังเย็นตัวลงถูกแยกออกจากของเหลวที่เหลืออยู่ ซึ่งจะเปลี่ยนองค์ประกอบของหินหนืดที่หลอมละลายที่เหลืออยู่ไปเรื่อย ๆ

หินหนืดชนิดเดียวสามารถผลิตได้ทั้งหินบะซอลต์และหินแกรนิตได้หรือไม่?

การตกผลึกแบบลำดับส่วนอย่างกว้างขวางของหินหนืดบะซอลต์ต้นกำเนิดสามารถให้หินหนืดที่หลอมละลายเหลืออยู่ที่มีปริมาตรน้อยของหินแกรนิตได้ แม้ว่าหินแกรนิตส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับการหลอมละลายและการหลอมรวมของเปลือกโลกด้วยก็ตาม