Đá macma (Igneous Rock)

Sự hình thành

Đá macma được hình thành qua một chuỗi các quá trình phức tạp, có thể tóm tắt như sau:

• Nóng chảy một phần: Đá trong vỏ Trái Đất hoặc lớp phủ trên cùng bị nóng chảy một phần do nhiệt độ và áp suất cao. Sự nóng chảy này không hoàn toàn, mà chỉ một phần của đá bị nóng chảy tạo thành magma. Nhiệt độ nóng chảy của đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thành phần khoáng vật, áp suất và sự có mặt của nước.
• Kết tinh: Khi magma nguội đi, các khoáng vật bắt đầu kết tinh. Quá trình này có thể xảy ra bên dưới bề mặt Trái Đất (tạo thành đá macma xâm nhập, còn gọi là đá plutonic), hoặc trên bề mặt Trái Đất (tạo thành đá macma phun trào, còn gọi là đá núi lửa). Thứ tự kết tinh của các khoáng vật tuân theo chuỗi phản ứng Bowen.
• Đông đặc: Magma hoặc dung nham nguội đi hoàn toàn và đông đặc lại thành đá rắn. Tốc độ nguội đi ảnh hưởng đến kích thước tinh thể của đá. Đá macma xâm nhập nguội chậm bên dưới bề mặt nên có các tinh thể lớn nhìn thấy được bằng mắt thường. Đá macma phun trào nguội nhanh trên bề mặt nên có tinh thể rất nhỏ hoặc thậm chí là thủy tinh (vô định hình).

Phân loại

Đá macma được phân loại dựa trên hai tiêu chí chính:

• Thành phần khoáng vật: Phân loại này dựa trên hàm lượng silica (SiO₂) và các khoáng vật khác có trong đá.
  • Đá felsic (axit): Giàu silica (SiO₂ > 65%), thường có màu sáng do chứa nhiều thạch anh và feldspar. Ví dụ: granit và rhyolit.
  • Đá trung tính: Hàm lượng silica trung bình (52-65% SiO₂). Ví dụ: diorit và andesit.
  • Đá mafic (bazơ): Nghèo silica (SiO₂ < 52%), thường có màu tối, giàu sắt và magie. Ví dụ: gabro và basalt.
  • Đá siêu mafic: Rất nghèo silica (SiO₂ < 45%), giàu olivin và pyroxen. Ví dụ: peridotit.
• Kiến trúc: Dựa vào kích thước, hình dạng và sự sắp xếp của các tinh thể khoáng vật. Kiến trúc phản ánh tốc độ nguội đi của magma/dung nham.
  • Kiến trúc hạt thô (phaneritic): Magma nguội chậm bên dưới bề mặt, cho phép các tinh thể phát triển lớn và có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Đặc trưng của đá xâm nhập.
  • Kiến trúc hạt mịn (aphanitic): Dung nham nguội nhanh trên bề mặt, tạo ra các tinh thể nhỏ không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Đặc trưng của đá phun trào.
  • Kiến trúc thủy tinh (glassy): Dung nham nguội cực nhanh, không cho phép các tinh thể hình thành, tạo nên cấu trúc vô định hình. Ví dụ: obsidian.
  • Kiến trúc porphyr: Bao gồm các tinh thể lớn (phenocrysts) nằm trong một nền hạt mịn. Cho thấy quá trình nguội đi gồm hai giai đoạn: chậm rồi nhanh.
  • Kiến trúc lỗ hổng (vesicular): Chứa các lỗ hổng do khí thoát ra khi dung nham nguội đi. Ví dụ: đá bọt (pumice).

Một số ví dụ về đá macma

Dưới đây là một số ví dụ về đá macma phổ biến, được phân loại theo thành phần và kiến trúc:

• Granit: Đá xâm nhập, felsic, hạt thô.
• Rhyolit: Đá phun trào, felsic, hạt mịn.
• Diorit: Đá xâm nhập, trung tính, hạt thô.
• Andesit: Đá phun trào, trung tính, hạt mịn.
• Gabro: Đá xâm nhập, mafic, hạt thô.
• Basalt: Đá phun trào, mafic, hạt mịn.
• Obsidian: Đá phun trào, thủy tinh.
• Đá bọt (Pumice): Đá phun trào, lỗ hổng.

Ý nghĩa địa chất

Đá macma cung cấp thông tin quan trọng về lịch sử địa chất của Trái Đất, bao gồm thành phần của lớp phủ, quá trình kiến tạo mảng và hoạt động núi lửa. Chúng cũng là nguồn tài nguyên khoáng sản quan trọng, cung cấp vật liệu xây dựng, kim loại quý và đá quý.

Các quá trình hình thành magma

Sự nóng chảy một phần của đá có thể xảy ra do một số yếu tố chính:

• Giảm áp suất: Khi áp suất giảm, điểm nóng chảy của đá cũng giảm. Điều này xảy ra ở các ranh giới mảng phân kỳ, nơi các mảng kiến tạo tách rời nhau và magma từ lớp phủ dâng lên lấp đầy khoảng trống.
• Tăng nhiệt độ: Sự xâm nhập của magma nóng hơn từ lớp phủ có thể làm nóng chảy đá xung quanh. Quá trình này thường xảy ra ở các vùng có hoạt động núi lửa.
• Thêm nước: Nước làm giảm điểm nóng chảy của đá. Điều này thường xảy ra ở các ranh giới mảng hội tụ, nơi một mảng kiến tạo chìm xuống dưới mảng khác, mang theo nước vào lớp phủ.

Kết cấu của đá macma

Ngoài kiến trúc, kết cấu cũng là một đặc điểm quan trọng của đá macma. Kết cấu đề cập đến hình dạng tổng thể của đá, bao gồm các đặc điểm như sự phân lớp, các khe nứt và sự sắp xếp của các khối đá lớn. Ví dụ:

• Kết cấu khối: Đá macma xâm nhập lớn thường có kết cấu khối, không có phân lớp rõ ràng. Các khối đá có thể có kích thước rất lớn.
• Kết cấu dòng chảy: Dung nham nguội đi nhanh chóng có thể thể hiện kết cấu dòng chảy, phản ánh sự chuyển động của dung nham trước khi đông cứng.
• Kết cấu hạnh nhân: Các lỗ hổng trong đá núi lửa sau đó được lấp đầy bởi các khoáng vật thứ sinh, tạo ra kết cấu hạnh nhân. Các khoáng vật thứ sinh này thường là thạch anh, canxit, hoặc zeolit.

Phân bố của đá macma

Đá macma được tìm thấy ở nhiều môi trường địa chất khác nhau, bao gồm:

• Ranh giới mảng phân kỳ: Nơi magma dâng lên từ lớp phủ và tạo thành đáy đại dương mới. Đây là nơi hình thành phần lớn đá macma trên Trái Đất.
• Ranh giới mảng hội tụ: Nơi một mảng chìm xuống dưới mảng khác, tạo ra magma và núi lửa. Đá macma hình thành ở đây thường có thành phần trung tính đến felsic.
• Điểm nóng: Nơi magma dâng lên từ sâu bên trong lớp phủ, tạo ra các chuỗi đảo núi lửa. Ví dụ điển hình là quần đảo Hawaii.

Ứng dụng của đá macma

Đá macma có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, bao gồm:

• Vật liệu xây dựng: Granit, basalt và các loại đá macma khác được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà cửa, cầu đường và các công trình khác. Đá macma có độ bền cao và khả năng chống chịu thời tiết tốt.
• Đồ trang trí: Một số loại đá macma, như granit và đá hoa cương, được sử dụng làm vật liệu trang trí trong nhà và ngoài trời. Chúng có vẻ đẹp tự nhiên và đa dạng về màu sắc, hoa văn.
• Nguyên liệu công nghiệp: Đá macma được sử dụng trong sản xuất xi măng, thủy tinh và các sản phẩm công nghiệp khác. Ví dụ, đá bọt được sử dụng làm chất mài mòn và chất cách nhiệt.

• Essentials of Geology by Frederick K. Lutgens and Edward J. Tarbuck
• Earth Science by Tarbuck and Lutgens
• Understanding Earth by Frank Press and Raymond Siever

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt giữa đá macma xâm nhập và đá macma phun trào là gì, và điều này ảnh hưởng như thế nào đến kiến trúc của chúng?

Trả lời: Đá macma xâm nhập hình thành khi magma nguội đi chậm bên dưới bề mặt Trái Đất, cho phép các tinh thể phát triển lớn, tạo nên kiến trúc hạt thô (phaneritic). Ngược lại, đá macma phun trào hình thành khi dung nham nguội đi nhanh chóng trên bề mặt, dẫn đến kiến trúc hạt mịn (aphanitic) hoặc thậm chí kiến trúc thủy tinh nếu nguội đi cực nhanh.

Làm thế nào để thành phần khoáng vật ảnh hưởng đến màu sắc của đá macma?

Trả lời: Hàm lượng silica (SiO$ _2 $) ảnh hưởng mạnh đến màu sắc của đá macma. Đá felsic, giàu silica, thường có màu sáng (trắng, hồng, xám nhạt). Đá mafic, nghèo silica và giàu sắt magie, thường có màu tối (đen, nâu sẫm, xanh lục sẫm).

Ngoài kiến tạo mảng và điểm nóng, còn quá trình địa chất nào khác có thể dẫn đến sự hình thành đá macma?

Trả lời: Sự nóng chảy do va chạm thiên thạch cũng có thể tạo ra đá macma. Năng lượng khổng lồ được giải phóng trong quá trình va chạm làm nóng chảy đá ở khu vực va chạm, tạo thành một loại đá macma đặc biệt gọi là tektite.

Phân tích kiến trúc porphyr cho chúng ta biết gì về lịch sử nguội đi của đá macma?

Trả lời: Kiến trúc porphyr, với các tinh thể lớn (phenocryst) nằm trong nền hạt mịn, cho thấy quá trình nguội đi hai giai đoạn. Đầu tiên, magma nguội đi chậm bên dưới bề mặt, cho phép các tinh thể lớn hình thành. Sau đó, magma còn lại phun trào lên bề mặt và nguội đi nhanh chóng, tạo nên nền hạt mịn.

Tại sao việc nghiên cứu đá macma lại quan trọng đối với việc hiểu về Trái Đất?

Trả lời: Đá macma cung cấp manh mối về thành phần của lớp phủ và các quá trình diễn ra bên trong Trái Đất. Chúng giúp chúng ta tái hiện lại lịch sử kiến tạo mảng, hoạt động núi lửa và sự tiến hóa của vỏ Trái Đất qua hàng tỷ năm. Ngoài ra, việc nghiên cứu đá macma cũng rất quan trọng trong việc tìm kiếm và khai thác các tài nguyên khoáng sản.