Dung nham (Lava)

Dung nham là đá nóng chảy, nóng đỏ, phun trào từ núi lửa hoặc các khe nứt trên bề mặt của một hành tinh trên cạn hoặc mặt trăng. Nó cũng là tên gọi của đá rắn tạo thành sau khi dung nham nguội đi và đông đặc lại.

Sự hình thành

Dung nham hình thành khi đá nóng chảy, được gọi là magma, từ lớp phủ của Trái Đất (hoặc một hành tinh khác) lên đến bề mặt. Magma được tạo ra bởi nhiệt độ và áp suất cực cao bên trong hành tinh. Sự khác biệt chính giữa magma và dung nham là magma nằm bên dưới bề mặt, trong khi dung nham là magma đã trồi lên bề mặt. Cụ thể hơn, magma hình thành ở lớp vỏ Trái Đất và lớp phủ trên, nơi nhiệt độ đủ cao để làm tan chảy một phần đá. Khi magma trồi lên bề mặt, áp suất giảm, cho phép các khí hòa tan (như nước, carbon dioxide và sulfur dioxide) thoát ra. Quá trình này tương tự như việc mở nắp chai nước có ga. Sự giải phóng khí này có thể khiến dung nham phun trào dữ dội hoặc chảy tràn ra ngoài một cách êm đềm hơn, tùy thuộc vào độ nhớt của dung nham và lượng khí hòa tan.

Thành phần

Dung nham chủ yếu bao gồm các nguyên tố silic và oxy, cùng với các nguyên tố khác như nhôm, sắt, magiê, canxi, natri, kali, titan, và mangan. Thành phần chính xác của dung nham khác nhau tùy thuộc vào nguồn magma và vị trí địa lý. Nó thường chứa các tinh thể lơ lửng, các mảnh đá chưa tan chảy và các khí hòa tan. Chính thành phần hóa học này, đặc biệt là hàm lượng silica ($SiO_2$), ảnh hưởng mạnh mẽ đến độ nhớt của dung nham và do đó, ảnh hưởng đến kiểu phun trào và hình dạng của dòng chảy dung nham.

Phân loại

Dung nham được phân loại dựa trên độ nhớt (độ đặc) của nó, được xác định bởi hàm lượng silica ($SiO_2$).

Dung nham felsic (axit): Có hàm lượng silica cao (trên 63%), rất nhớt, chảy chậm và thường tạo thành các vòm dung nham hoặc các dòng chảy ngắn, dày. Do độ nhớt cao, dung nham felsic thường giữ lại khí hòa tan, dẫn đến các vụ phun trào nổ mạnh.
Dung nham trung tính: Có hàm lượng silica trung bình (52-63%), độ nhớt trung bình. Kiểu phun trào và dòng chảy dung nham có thể thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố khác như hàm lượng khí và độ dốc.
Dung nham mafic (bazơ): Có hàm lượng silica thấp (45-52%), ít nhớt, chảy nhanh và có thể di chuyển xa. Ví dụ điển hình là dung nham basalt. Do độ nhớt thấp, khí hòa tan dễ dàng thoát ra, dẫn đến các vụ phun trào êm đềm hơn.
Dung nham siêu mafic (ultramafic): Có hàm lượng silica rất thấp (dưới 45%), cực kỳ ít nhớt, chảy rất nhanh và rất hiếm trên Trái Đất. Một ví dụ về dung nham siêu mafic là komatiite, được cho là phổ biến hơn trong thời kỳ đầu của Trái Đất.

Nhiệt độ

Nhiệt độ của dung nham khi phun trào dao động từ 700°C đến 1200°C, tùy thuộc vào thành phần của nó. Dung nham felsic có nhiệt độ thấp hơn dung nham mafic. Cụ thể, dung nham felsic thường phun trào ở nhiệt độ từ 650-800°C, trong khi dung nham mafic có thể đạt tới 1000-1200°C.

Các dạng địa hình do dung nham tạo thành

Khi dung nham nguội đi và đông đặc lại, nó có thể tạo ra nhiều dạng địa hình khác nhau, bao gồm:

Dòng chảy dung nham: Là những lớp dung nham đã đông cứng, có thể có bề mặt nhẵn (pahoehoe) hoặc gồ ghề, lởm chởm (ʻaʻā). Sự khác biệt này là do độ nhớt và tốc độ chảy của dung nham.
Vòm dung nham: Hình thành khi dung nham nhớt tích tụ xung quanh miệng phun. Vòm dung nham thường không ổn định và có thể sụp đổ, gây ra các dòng chảy pyroclastic nguy hiểm.
Ống dung nham: Là những đường hầm hình thành khi bề mặt của dòng chảy dung nham nguội đi và đông cứng lại, trong khi dung nham nóng chảy vẫn tiếp tục chảy bên dưới. Sau khi dung nham rút đi, những ống này có thể còn lại như các hang động rỗng.
Cột đá bazan: Hình thành khi dung nham nguội đi và co lại, tạo ra các vết nứt theo hình đa giác, thường là lục giác. Hiện tượng này được gọi là sự nứt nẻ cột.
Nón xỉ: Hình thành từ các mảnh vụn núi lửa được gọi là tephra, tích tụ xung quanh miệng phun. Nón xỉ thường dốc và có hình nón cụt.
Caldera: Là một hõm chảo lớn hình thành sau khi một vụ phun trào lớn làm sụp đổ phần đỉnh của núi lửa. Hoặc, caldera có thể hình thành do sự sụt lún dần dần của bề mặt khi một khoang magma lớn bên dưới bị rỗng.

Tác động

Dung nham có thể gây ra những tác động đáng kể đến môi trường và con người. Nó có thể phá hủy nhà cửa, cơ sở hạ tầng và thảm thực vật. Khí thải từ núi lửa, bao gồm cả khí sulfur dioxide ($SO_2$), có thể gây ô nhiễm không khí và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Ngoài ra, các dòng chảy pyroclastic, một hỗn hợp khí nóng và các mảnh vụn núi lửa, có thể di chuyển với tốc độ cao và cực kỳ nguy hiểm. Tuy nhiên, dung nham cũng có thể tạo ra đất đai màu mỡ và cung cấp năng lượng địa nhiệt. Đá núi lửa bị phong hóa theo thời gian, giải phóng các chất dinh dưỡng quan trọng vào đất, làm cho nó trở nên lý tưởng cho nông nghiệp.

Nghiên cứu dung nham

Việc nghiên cứu dung nham giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các quá trình địa chất bên trong Trái Đất và các hành tinh khác. Nó cũng cung cấp thông tin quan trọng về lịch sử phun trào của núi lửa và giúp dự đoán các vụ phun trào trong tương lai. Bằng cách phân tích thành phần, độ nhớt và tốc độ chảy của dung nham, các nhà khoa học có thể đánh giá các mối nguy hiểm tiềm ẩn liên quan đến hoạt động của núi lửa và phát triển các chiến lược giảm thiểu hiệu quả.

Tóm tắt về Dung nham

Dung nham là đá nóng chảy phun trào từ núi lửa, đóng vai trò quan trọng trong việc định hình bề mặt Trái Đất và các thiên thể khác. Nó được hình thành từ magma, là đá nóng chảy nằm bên dưới bề mặt Trái Đất. Sự khác biệt chính giữa magma và dung nham là vị trí của chúng: magma nằm bên dưới bề mặt, còn dung nham nằm trên bề mặt. Thành phần của dung nham chủ yếu là silic và oxy, cùng với các nguyên tố khác, ảnh hưởng đến độ nhớt và kiểu phun trào của nó.

Độ nhớt của dung nham, một đặc tính quan trọng, được quyết định bởi hàm lượng silica ($SiO_2$). Dung nham felsic giàu silica rất nhớt và chảy chậm, trong khi dung nham mafic nghèo silica thì ít nhớt và chảy nhanh. Sự phân loại dung nham dựa trên độ nhớt giúp dự đoán hành vi của nó trong quá trình phun trào. Dung nham felsic thường liên quan đến các vụ phun trào nổ, trong khi dung nham mafic thường phun trào êm đềm hơn.

Nhiệt độ của dung nham khi phun trào có thể đạt tới 1200°C. Khi dung nham nguội đi và đông đặc lại, nó tạo ra nhiều dạng địa hình đa dạng như dòng chảy dung nham, vòm dung nham, ống dung nham, và cột đá bazan. Việc nghiên cứu dung nham cung cấp những hiểu biết quý giá về các quá trình địa chất và lịch sử của Trái Đất. Nó cũng giúp dự đoán các vụ phun trào núi lửa trong tương lai, góp phần giảm thiểu rủi ro thiên tai. Tóm lại, dung nham là một hiện tượng tự nhiên mạnh mẽ, vừa mang tính hủy diệt vừa mang tính kiến tạo, định hình hành tinh của chúng ta theo những cách đáng kinh ngạc.

Tài liệu tham khảo:

Press, F., & Siever, R. (1998). Understanding Earth. W. H. Freeman.
Grotzinger, J., & Jordan, T. H. (2014). Understanding Earth. W. H. Freeman.
Parfitt, E. A., & Wilson, L. (2008). Fundamentals of Physical Volcanology. Blackwell Publishing.

Câu hỏi và Giải đáp

Tại sao dung nham felsic lại có xu hướng tạo ra các vụ phun trào nổ hơn dung nham mafic?

Trả lời: Dung nham felsic có hàm lượng silica cao, khiến nó nhớt hơn dung nham mafic. Độ nhớt cao này cản trở sự thoát ra của các khí hòa tan trong magma. Khi magma felsic lên đến bề mặt, áp suất giảm đột ngột, khiến các khí hòa tan giãn nở nhanh chóng và gây ra các vụ nổ. Ngược lại, dung nham mafic ít nhớt cho phép khí thoát ra dễ dàng hơn, dẫn đến các vụ phun trào êm đềm hơn.

Komatiite, một loại dung nham siêu mafic, rất hiếm trên Trái Đất ngày nay. Tại sao vậy?

Trả lời: Komatiite đòi hỏi nhiệt độ cực cao để hình thành, cao hơn nhiều so với nhiệt độ của lớp phủ Trái Đất hiện nay. Người ta cho rằng komatiite phổ biến hơn trong thời kỳ đầu của Trái Đất, khi hành tinh còn nóng hơn nhiều. Sự nguội dần của Trái Đất theo thời gian đã khiến việc hình thành komatiite trở nên hiếm hoi.

Quá trình hình thành cột đá bazan diễn ra như thế nào?

Trả lời: Cột đá bazan hình thành khi dòng chảy dung nham bazan nguội đi và co lại. Sự co rút này tạo ra ứng suất bên trong khối dung nham, dẫn đến sự hình thành các vết nứt. Các vết nứt này lan truyền theo hình đa giác, thường là lục giác, tạo thành các cột đá bazan đặc trưng.

Ngoài $SiO_2$, còn yếu tố nào khác ảnh hưởng đến độ nhớt của dung nham?

Trả lời: Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đáng kể đến độ nhớt của dung nham. Ở nhiệt độ cao hơn, dung nham ít nhớt hơn, và ngược lại. Ngoài ra, hàm lượng nước hòa tan trong magma cũng có thể ảnh hưởng đến độ nhớt. Nước hòa tan có thể làm giảm độ nhớt của magma.

Việc nghiên cứu dung nham cung cấp những thông tin gì về cấu trúc bên trong của Trái Đất?

Trả lời: Thành phần của dung nham phản ánh thành phần của magma nguồn, cung cấp manh mối về thành phần của lớp phủ Trái Đất. Nghiên cứu các đồng vị phóng xạ trong dung nham cũng giúp xác định tuổi của đá và hiểu rõ hơn về lịch sử địa chất của Trái Đất. Việc phân tích các xenolit, là các mảnh đá từ lớp phủ được mang lên bề mặt bởi magma, cũng cung cấp thông tin trực tiếp về thành phần và cấu trúc của lớp phủ.

Một số điều thú vị về Dung nham

Dung nham có thể nổi trên mặt nước: Một số loại dung nham, đặc biệt là dung nham có nhiều bọt khí, có mật độ đủ thấp để nổi trên mặt nước. Hiện tượng này đã được quan sát thấy ở Hawaii, nơi dung nham chảy ra biển tạo thành “đồng bằng dung nham” mới.
“Nữ thần Pele tóc”: Khi gió mạnh thổi qua các đài phun dung nham, nó có thể kéo dài các sợi dung nham nóng chảy thành những sợi thủy tinh mỏng manh, vàng óng, được gọi là “tóc của nữ thần Pele” (Pele’s hair) theo tên nữ thần núi lửa Hawaii.
Dung nham xanh: Có một ngọn núi lửa ở Indonesia tên là Kawah Ijen, phun trào dung nham có ánh sáng màu xanh lam. Màu xanh không phải do bản thân dung nham, mà là do sự đốt cháy của khí sulfuric ($H_2S$) với nhiệt độ cao, tạo ra ngọn lửa màu xanh lam rực rỡ.
Dung nham có thể di chuyển rất nhanh: Mặc dù hầu hết dung nham di chuyển khá chậm, một số loại dung nham, đặc biệt là dung nham mafic ít nhớt, có thể di chuyển với tốc độ đáng kinh ngạc, lên tới 60 km/h trên các sườn dốc.
Ống dung nham dài nhất thế giới: Nằm trên đảo Hawaii, ống dung nham Kazumura dài hơn 65 km và là ống dung nham dài nhất được biết đến trên thế giới.
Âm thanh của dung nham: Dung nham khi chảy tạo ra nhiều âm thanh khác nhau, từ tiếng rít và tiếng nổ đến tiếng ầm ầm như sấm sét, tùy thuộc vào loại dung nham và tốc độ di chuyển của nó.
Dung nham giúp tạo ra đất đai màu mỡ: Sau khi dung nham nguội đi và phong hóa, nó tạo ra đất đai giàu dinh dưỡng, rất lý tưởng cho nông nghiệp. Đây là lý do tại sao nhiều khu vực núi lửa có đất đai màu mỡ.
“Đá sống”: Pahoehoe, một loại dung nham bazan, đôi khi có bề mặt nhẵn, nhấp nhô, trông giống như những cuộn vải hoặc dây thừng. Khi nó chảy, bề mặt của nó có thể nhăn lại và thay đổi hình dạng, tạo ra ấn tượng rằng nó đang “sống”.
Dung nham có thể bảo tồn dấu vết: Dòng chảy dung nham đôi khi có thể bảo tồn dấu chân của người và động vật, cung cấp những hiểu biết quý giá về quá khứ.