التمايز الناري

عندما ينصهر الصخر ليتحول إلى سائل، يُعرف هذا السائل بالصهارة الأولية . لم تخضع الصهارة الأولية لأي تمايز، وهي تمثل التركيب الأولي للصهارة. نادرًا ما تُشاهد الصهارة الأولية في الطبيعة. بعض أنواع الليكوسومات في الصخور المتحولة هي أمثلة على الصهارة الأولية. تُعد الصهارة الأولية المشتقة من الوشاح ذات أهمية خاصة، وتُعرف بالصهارة البدائية أو الصهارة الأولية . من خلال تحديد تركيب الصهارة الأولية لسلسلة صهارية، يُمكن نمذجة تركيب الصخر الذي تشكلت منه الصهارة، وهو أمر بالغ الأهمية نظرًا لقلة الأدلة المباشرة المتوفرة لدينا عن وشاح الأرض.

عندما يتعذر تحديد التركيب الأولي للصهارة، يكون من المفيد غالبًا محاولة تحديد الصهارة الأم. الصهارة الأم هي تركيب صهاري اشتُقّ منه النطاق الملحوظ للتركيب الكيميائي للصهارة من خلال عمليات التمايز الناري. ولا يشترط أن تكون صهارة أولية.

على سبيل المثال، يُفترض أن سلسلة من تدفقات الحمم البازلتية مرتبطة ببعضها البعض. ويُطلق على التركيب الذي يُمكن أن تُنتج منه هذه التدفقات بشكل معقول عن طريق التبلور الجزئي اسم الصهارة الأم . ولإثبات ذلك، تُصنع نماذج التبلور الجزئي لاختبار فرضية اشتراكها في صهارة أم مشتركة.

تُعرف عملية التبلور الجزئي وتراكم البلورات المتكونة أثناء تمايز الصهارة باسم الصخور التراكمية ، وهي أول ما يتبلور من الصهارة. يُعد تحديد ما إذا كانت الصخرة تراكمية أم لا أمرًا بالغ الأهمية لفهم إمكانية إعادة بنائها إلى صهارة أولية أو صهارة بدائية، كما أن تحديد ما إذا كانت الصهارة قد أفرزت معادن تراكمية لا يقل أهمية حتى بالنسبة للصخور التي لا تحتوي على بلورات ظاهرة .

التبلور الجزئي هو عملية إزالة وفصل الرواسب المعدنية من الصهارة، مما يغير تركيبها. وتُعد هذه العملية من أهم العمليات الجيوكيميائية والفيزيائية التي تحدث داخل قشرة الأرض ووشاحها .

يُعدّ التبلور الجزئي في مصهورات السيليكات (الصهارة) عمليةً بالغة التعقيد مقارنةً بالأنظمة الكيميائية في المختبر، وذلك لتأثرها بمجموعة واسعة من الظواهر. ومن أهم هذه الظواهر تركيب الصهارة ودرجة حرارتها وضغطها أثناء تبريدها.

يُعدّ تركيب الصهارة العامل الأساسي في تحديد نوع المعدن الذي يتبلور عند تبريد الصهارة إلى ما بعد درجة حرارة السيولة . فعلى سبيل المثال _، في الصهارة المافية والفوق مافية ، يحدد محتوى أكسيد المغنيسيوم وثاني أكسيد السيليكون ما إذا كان الأوليفين الفورستريتي أو البيروكسين الإينستاتيتي هو الذي يترسب.

قد تتبلور معادن مختلفة عند تكوّن صهارتين متشابهتين في التركيب ودرجة الحرارة تحت ضغطين مختلفين. ومن الأمثلة على ذلك التبلور الجزئي للجرانيت تحت ضغط ودرجة حرارة عاليين لإنتاج جرانيت أحادي الفلسبار ، وظروف الضغط والحرارة المنخفضة التي تنتج جرانيت ثنائي الفلسبار.

كما أن الضغط الجزئي للأطوار المتطايرة في مصهورات السيليكات له أهمية قصوى، خاصة في التبلور القريب من درجة الصلابة للجرانيت.

يمكن تعريف الاستيعاب بشكل عام بأنه عملية تتجانس فيها كتلة من الصهارة كليًا أو جزئيًا مع مواد مشتقة من الصخور المحيطة بجسم الصهارة. ^{[ 1 ]} يُعد الاستيعاب آلية شائعة لتفسير عملية تحول الصهارة فوق المافية والمافية إلى صخور فلسية أثناء صعودها عبر القشرة الأرضية: حيث يؤدي تداخل صهارة أولية ساخنة في قشرة أرضية فلسية أكثر برودة إلى انصهار القشرة واختلاطها بالصهارة الناتجة. ^{[ 2 ]} وهذا بدوره يُغير تركيب الصهارة الأولية. كما يمكن استيعاب الصخور المضيفة المافية الموجودة مسبقًا بواسطة صهارة أولية شديدة الحرارة. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

من المتوقع حدوث تأثيرات لعملية الاستيعاب على التركيب الكيميائي وتطور كتل الصهارة، وقد ثبت ذلك بوضوح في العديد من المواقع. في أوائل القرن العشرين، دار نقاش حاد حول الأهمية النسبية لهذه العملية في تمايز الصخور النارية. ^{[ 5 ] [ 6 ]} ومع ذلك، أظهرت أبحاث أحدث أن للاستيعاب دورًا أساسيًا في تغيير التركيب العنصري والنظائري للصهارة، ^{[ 7 ]} وفي تكوين بعض رواسب الخامات ذات الأهمية الاقتصادية، ^{[ 8 ]} وفي التسبب في الثورات البركانية. ^{[ 9 ]}

عندما يبرد الصهير على طول خط انحداره، تقتصر النتائج على تكوين كتلة صلبة متجانسة من الصخور النارية المتداخلة، ذات تركيب معدني وتركيب موحدين، أو كتلة متراكمة متمايزة جزئيًا ذات طبقات ومناطق تركيبية وما إلى ذلك. هذا السلوك قابل للتنبؤ به إلى حد كبير ويسهل إثباته من خلال الدراسات الجيوكيميائية. في مثل هذه الحالات، تُشكل حجرة الصهارة تقريبًا دقيقًا لسلسلة تفاعلات بوين المثالية . مع ذلك، فإن معظم الأنظمة الصهارية عبارة عن أحداث متعددة المراحل، مع عدة نبضات من النشاط الصهاري. في هذه الحالة، ينقطع خط انحدار الصهير بحقن دفعة جديدة من الصهارة الساخنة غير المتمايزة. يمكن أن يتسبب هذا في تبلور جزئي شديد بسبب ثلاثة تأثيرات رئيسية:

• توفر الحرارة الإضافية طاقة إضافية تسمح بحمل حراري أكثر قوة، وتسمح بإعادة امتصاص الأطوار المعدنية الموجودة مرة أخرى في المصهور، ويمكن أن تتسبب في بدء ترسب شكل ذي درجة حرارة أعلى من المعدن أو معادن أخرى ذات درجة حرارة أعلى
• يُغيّر تدفق الصهارة الجديدة تركيب الصهارة المنصهرة، مُغيّراً بذلك التركيب الكيميائي للأطوار المترسبة. فعلى سبيل المثال، يتماشى البلاجيوكلاز مع خط انحدار الصهارة السائلة بتكوينه الأنورثيت الأولي ، الذي يُؤدي إزالته إلى تغيير التركيب المعدني المتوازن إلى أوليغوكلاز أو ألبايت . وقد يُؤدي تجديد الصهارة إلى عكس هذا الاتجاه، بحيث يترسب المزيد من الأنورثيت فوق طبقات الألبايت المتراكمة.
• تعمل الصهارة الطازجة على زعزعة استقرار المعادن التي تترسب على شكل سلسلة من المحاليل الصلبة أو على شكل يوتكتيكي ؛ ويمكن أن يؤدي التغيير في التركيب ودرجة الحرارة إلى تبلور سريع للغاية لبعض الأطوار المعدنية التي تمر بمرحلة تبلور يوتكتيكي.

إن عملية اختلاط الصهارة هي العملية التي تلتقي فيها ماغماتان، وتختلطان، وتشكلان صهارة ذات تركيبة تقع بين تركيبتي الماغما الأصليتين.

يعد خلط الصهارة عملية شائعة في حجرات الصهارة البركانية، وهي حجرات ذات نظام مفتوح حيث تدخل الصهارة إلى الحجرة، ^{[ 10 ]} وتخضع لشكل من أشكال الاستيعاب والتبلور الجزئي واستخراج الصهارة الجزئي (عن طريق ثوران الحمم البركانية)، ويتم تجديدها.

يحدث اختلاط الصهارة أيضًا في أعماق القشرة الأرضية ، ويُعدّ أحد الآليات الرئيسية لتكوين الصخور المتوسطة مثل المونزونيت والأنديزيت . هنا، وبسبب انتقال الحرارة وزيادة تدفق المواد المتطايرة من مناطق الاندساس ، تنصهر القشرة السيليسية لتكوين صهارة فلسية (ذات تركيب جرانيتي أساسًا). تُعرف هذه الصهارة الجرانيتية باسم الصهارة السفلية . تصعد الصهارة البازلتية الأولية المتكونة في الوشاح أسفل القشرة وتختلط مع صهارة الصهارة السفلية، لتكون النتيجة صخورًا ذات تركيب وسيط بين البازلت والريوليت .

تحتوي جميع الصهارة النارية على غازات مذابة ( الماء ، حمض الكربونيك ، كبريتيد الهيدروجين ، الكلور، الفلور، حمض البوريك ، إلخ). يُعد الماء الغاز الرئيسي بينها، وكان يُعتقد سابقًا أنه يتسرب من سطح الأرض إلى الصخور الساخنة في الأسفل، ولكن يُسلّم الآن بأنه جزء لا يتجزأ من الصهارة. يمكن تفسير العديد من خصائص بنية الصخور البلوتونية، مقارنةً بالحمم البركانية، بشكل معقول من خلال عمل هذه الغازات، التي لم تتمكن من التسرب أثناء تبريد الكتل العميقة ببطء، بينما انطلقت بسرعة من التدفقات السطحية. لم تُحاكى الصخور البلوتونية أو المتداخلة الحمضية في التجارب المخبرية، وكانت المحاولات الناجحة الوحيدة للحصول على معادنها صناعيًا هي تلك التي وُضعت فيها تدابير خاصة لاحتجاز الغازات "المعدنية" في البواتق أو الأنابيب المغلقة المستخدمة. لا تدخل هذه الغازات عادةً في تركيب المعادن المكونة للصخور، لأن معظمها خالٍ من الماء وحمض الكربونيك، وما إلى ذلك. لذا، مع استمرار عملية التبلور، يجب أن يحتوي المصهور المتبقي على نسبة متزايدة باستمرار من المكونات المتطايرة. من الممكن أن يكون الجزء غير المتبلور من الصهارة في المراحل النهائية أقرب إلى محلول من المواد المعدنية في بخار شديد التسخين منه إلى انصهار ناري جاف. الكوارتز ، على سبيل المثال، هو آخر المعادن التي تتشكل في الجرانيت. وهو يحمل الكثير من خصائص الكوارتز الذي نعرف أنه ترسب من محلول مائي في العروق ، وما إلى ذلك. وهو في الوقت نفسه أقل المعادن شيوعًا في الصخور قابليةً للانصهار. يُظهر تكوينه المتأخر أنه في هذه الحالة نشأ في درجات حرارة منخفضة نسبيًا، ويشير بوضوح إلى الأهمية الخاصة لغازات الصهارة في تحديد تسلسل التبلور. ^{[ 6 ]}

عندما تقترب عملية التصلب من الاكتمال، لا تستطيع الغازات البقاء محصورة داخل الصخور، فتتسرب عبر الشقوق نحو السطح. وتُعدّ هذه الغازات عوامل قوية في مهاجمة معادن الصخور التي تمر بها، ومن أمثلة ذلك تكوّن الكاولين في الجرانيت، وتكوّن التورمالين وتكوين الجريزن ، وترسب عروق الكوارتز، ومجموعة التغيرات المعروفة باسم البروبيليتة. تُعتبر هذه العمليات "الهوائية" ذات أهمية بالغة في نشأة العديد من رواسب الخامات ، فهي جزء لا يتجزأ من تاريخ الصهارة نفسها، وتشكل المراحل النهائية للتسلسل البركاني. ^{[ 6 ]}