Đá macma/đá magma (Igneous rock/Magmatic rock)

Quá Trình Hình Thành

Đá macma được hình thành qua quá trình đông nguội và kết tinh của magma. Khi magma nguội đi, các khoáng vật bắt đầu kết tinh theo một trình tự nhất định, tuân theo chuỗi phản ứng Bowen. Tốc độ nguội đi ảnh hưởng đáng kể đến kích thước tinh thể của khoáng vật:

• Nguội chậm (bên dưới bề mặt): Cho phép các tinh thể phát triển lớn, tạo thành đá macma xâm nhập (plutonic) với cấu trúc hạt thô. Ví dụ: granit, gabbro, diorit.
• Nguội nhanh (trên bề mặt): Khiến các tinh thể không có đủ thời gian để phát triển lớn, tạo thành đá macma phun trào (volcanic/extrusive) với cấu trúc hạt mịn hoặc thủy tinh. Ví dụ: rhyolite, basalt, andesite.

Phân Loại

Đá macma được phân loại dựa trên:

• Thành phần khoáng vật: Bao gồm hàm lượng silica ($SiO_2$). Đá giàu silica ($SiO_2 > 65%$) được gọi là felsic (ví dụ: granit, rhyolite), đá nghèo silica ($SiO_2 < 52%$) được gọi là mafic (ví dụ: basalt, gabbro), và đá có hàm lượng silica trung gian được gọi là intermediate (ví dụ: andesite, diorit).
• Cấu trúc: Dựa trên kích thước, hình dạng và sự sắp xếp của các tinh thể khoáng vật. Các cấu trúc phổ biến bao gồm:
  • Hạt thô (phaneritic): Các tinh thể có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
  • Hạt mịn (aphanitic): Các tinh thể quá nhỏ để nhìn thấy bằng mắt thường.
  • Thủy tinh (glassy): Không có tinh thể nào hình thành, ví dụ như obsidian.
  • Porphyritic: Có các tinh thể lớn (phenocrysts) nằm trong nền hạt mịn.
• Kiến trúc: Mô tả hình dạng tổng thể của đá, ví dụ như kiến trúc khối, kiến trúc cột, kiến trúc lớp.

Một số loại đá macma phổ biến:

• Granit: Đá xâm nhập, felsic, hạt thô, màu sáng.
• Basalt: Đá phun trào, mafic, hạt mịn, màu tối.
• Rhyolite: Đá phun trào, felsic, hạt mịn, màu sáng.
• Gabbro: Đá xâm nhập, mafic, hạt thô, màu tối.
• Andesite: Đá phun trào, intermediate, hạt mịn, màu xám.
• Diorit: Đá xâm nhập, intermediate, hạt thô, màu xám.
• Obsidian: Đá phun trào, thủy tinh, màu đen.
• Pumice: Đá phun trào, chứa nhiều lỗ khí, nhẹ, màu sáng.

Ý Nghĩa Địa Chất

Đá macma đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành vỏ Trái Đất và cung cấp thông tin về lịch sử địa chất của hành tinh. Chúng cũng là nguồn gốc của nhiều loại khoáng sản quan trọng.

Ứng Dụng

Đá macma được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, làm vật liệu trang trí, và là nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác.

Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan về đá macma. Để tìm hiểu sâu hơn, bạn có thể tham khảo các tài liệu địa chất chuyên sâu hơn.

Chuỗi Phản Ứng Bowen (Bowen’s Reaction Series)

Chuỗi phản ứng Bowen mô tả thứ tự kết tinh của các khoáng vật từ magma khi nó nguội đi. Chuỗi này chia thành hai nhánh:

• Nhánh liên tục: Bắt đầu từ khoáng vật olivin giàu magie ($Mg_2SiO_4$) và giàu sắt ($Fe_2SiO_4$), sau đó dần dần thay thế bởi pyroxene, amphibole, và cuối cùng là biotite. Thành phần khoáng vật thay đổi liên tục dọc theo nhánh này.
• Nhánh không liên tục: Bắt đầu từ khoáng vật plagioclase giàu canxi ($CaAl_2Si_2O_8$), sau đó dần dần thay thế bởi plagioclase giàu natri ($NaAlSi_3O_8$). Sự thay thế này diễn ra theo từng giai đoạn riêng biệt.

Hai nhánh này hội tụ ở giai đoạn cuối, khi magma nguội đi và kết tinh thành khoáng vật orthoclase ($KAlSi_3O_8$), muscovite, và thạch anh ($SiO_2$).

Kiến Trúc của Đá Macma

Ngoài cấu trúc, kiến trúc của đá macma cũng cung cấp thông tin quan trọng về môi trường hình thành của chúng. Một số kiến trúc phổ biến bao gồm:

• Kiến trúc khối (Massive): Đá đồng nhất, không có cấu trúc lớp hoặc phân foli.
• Kiến trúc cột (Columnar): Đá nứt thành các cột đa giác, thường là do sự co rút khi nguội đi. Ví dụ: Gành Đá Đĩa ở Việt Nam.
• Kiến trúc lớp (Flow banding): Các lớp có thành phần khoáng vật hoặc kích thước hạt khác nhau, thường thấy ở đá phun trào.
• Kiến trúc hạnh nhân (Amygdaloidal): Các lỗ khí trong đá được lấp đầy bởi các khoáng vật thứ sinh, thường là zeolit hoặc canxit.

Sự Liên Quan Giữa Đá Macma và Kiến Tạo Mảng

Sự hình thành đá macma có liên quan mật thiết đến hoạt động kiến tạo mảng. Hầu hết đá macma được hình thành tại các ranh giới mảng, bao gồm:

• Ranh giới phân kỳ: Magma dâng lên từ lớp mantle và tạo thành đá macma mafic, ví dụ như basalt ở sống núi giữa đại dương.
• Ranh giới hội tụ: Sự va chạm giữa các mảng kiến tạo tạo ra nhiệt và áp suất, làm tan chảy đá và hình thành magma. Ở ranh giới hội tụ giữa mảng đại dương và mảng lục địa, đá macma intermediate và felsic thường được hình thành.
• Điểm nóng (Hotspot): Magma dâng lên từ sâu bên trong lớp mantle, tạo thành các núi lửa độc lập với ranh giới mảng.

• Earth Science (Tarbuck & Lutgens)
• Understanding Earth (Grotzinger & Jordan)
• Essentials of Geology (Marshak)
• Petrology: Igneous, Sedimentary, and Metamorphic (Klein & Philpotts)

Câu hỏi và Giải đáp

Ngoài silica ($SiO_2$), còn những nguyên tố nào khác đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thành phần khoáng vật của đá macma?

Trả lời: Ngoài silica, các nguyên tố khác như nhôm (Al), sắt (Fe), magie (Mg), canxi (Ca), natri (Na) và kali (K) cũng đóng vai trò quan trọng. Tỷ lệ của các nguyên tố này ảnh hưởng đến loại khoáng vật được hình thành trong quá trình kết tinh của magma. Ví dụ, đá mafic giàu Fe và Mg sẽ chứa nhiều olivin và pyroxene, trong khi đá felsic giàu Na và K sẽ chứa nhiều feldspar và thạch anh.

Làm thế nào để phân biệt đá phun trào và đá xâm nhập chỉ bằng quan sát bằng mắt thường?

Trả lời: Sự khác biệt chính nằm ở kích thước tinh thể. Đá xâm nhập, nguội chậm bên dưới bề mặt, có các tinh thể lớn có thể nhìn thấy bằng mắt thường (cấu trúc hạt thô). Trong khi đó, đá phun trào, nguội nhanh trên bề mặt, có tinh thể rất nhỏ khó nhìn thấy (cấu trúc hạt mịn) hoặc thậm chí không có tinh thể (cấu trúc thủy tinh).

Kiến tạo mảng ảnh hưởng như thế nào đến sự phân bố của các loại đá macma khác nhau trên Trái Đất?

Trả lời: Các ranh giới mảng là nơi diễn ra hoạt động magma mạnh mẽ. Tại ranh giới phân kỳ, magma mafic từ lớp mantle dâng lên tạo thành đá basalt. Tại ranh giới hội tụ, sự tan chảy một phần của vỏ lục địa tạo ra magma felsic và intermediate. Do đó, sự phân bố của các loại đá macma khác nhau phản ánh các quá trình kiến tạo mảng đang diễn ra.

Chuỗi phản ứng Bowen có ý nghĩa gì trong việc hiểu về sự tiến hóa của magma?

Trả lời: Chuỗi phản ứng Bowen mô tả thứ tự kết tinh của các khoáng vật từ magma khi nó nguội đi. Điều này cho thấy thành phần của magma thay đổi theo thời gian khi các khoáng vật kết tinh và tách ra khỏi magma. Ví dụ, magma ban đầu có thể là mafic, nhưng khi các khoáng vật mafic kết tinh và lắng xuống, phần magma còn lại sẽ giàu silica hơn và trở nên felsic hơn.

Ngoài ứng dụng trong xây dựng, đá macma còn được sử dụng trong lĩnh vực nào khác?

Trả lời: Đá macma được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác, bao gồm: sản xuất vật liệu chịu lửa (ví dụ: peridotit), làm đồ trang sức (ví dụ: kim cương, granat), điêu khắc (ví dụ: granite, marble), và là nguồn nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp (ví dụ: sản xuất xi măng từ đá vôi, một loại đá macma giàu canxi).