Petrologie vyvřelých hornin

Petrologie vyvřelých hornin se zabývá identifikací, klasifikací, původem, vývojem a procesy vzniku a krystalizace vyvřelých hornin. Většina hornin, které lze studovat, pochází ze zemské kůry, ale některé, například eklogity, pocházejí z pláště. Rozsah vyvřelé petrologie je velmi rozsáhlý, protože vyvřelé horniny tvoří většinu kontinentální a oceánské kůry a horských pásem světa, jejichž stáří se pohybuje od raného archaického až po neogén, a zahrnují také vysokohorské vulkanické extruzivní horniny a plutonické horniny, které vznikly hluboko v zemské kůře. Největší význam pro petrologický výzkum vyvřelých hornin má geochemie, která se zabývá složením hlavních a stopových prvků vyvřelých hornin i magmat, z nichž vznikly. Mezi hlavní problémy v rámci vyvřelé petrologie patří: (1) tvar a struktura vyvřelých těles, ať už jde o lávové proudy nebo granitové intruze, a jejich vztahy k okolním horninám (tyto problémy se studují v terénu); (2) historie krystalizace minerálů, které tvoří vyvřelé horniny (ta se zjišťuje pomocí petrografického polarizačního mikroskopu); (3) klasifikace hornin na základě texturních vlastností, velikosti zrn a množství a složení složkových minerálů; (4) frakcionace mateřských magmat procesem magmatické diferenciace, která může dát vzniknout vývojové posloupnosti geneticky příbuzných vyvřelých produktů; (5) mechanismus vzniku magmat částečným tavením spodní kontinentální kůry, suboceánského a subkontinentálního pláště a subdukčních desek oceánské litosféry; (6) historie vzniku a složení současné oceánské kůry určené na základě údajů z Integrovaného programu oceánských vrtů (IODP); (7) vývoj vyvřelých hornin v průběhu geologického času; (8) složení pláště na základě studia hornin a minerálního chemismu eklogitů vynášených na povrch v kimberlitových rourách; (9) tlakové a teplotní podmínky, při nichž vznikají různá magmata a při nichž krystalizují jejich vyvřelé produkty (stanovené na základě vysokotlaké experimentální petrologie).

Základním přístrojem vyvřelinové petrologie je petrografický polarizační mikroskop, ale většina dnes používaných přístrojů má co do činění s určováním chemismu hornin a minerálů. Patří k nim rentgenový fluorescenční spektrometr, zařízení pro neutronovou aktivační analýzu, spektrometr s indukčně vázaným plazmatem, elektronová mikrosonda, iontová sonda a hmotnostní spektrometr. Tyto přístroje jsou vysoce počítačové a automatické a poskytují rychlé analýzy (viz níže Geochemie). Důležité údaje poskytují také komplexní vysokotlaké experimentální laboratoře.

Díky rozsáhlé škále sofistikovaných přístrojů, které jsou k dispozici, je vyvřelý petrolog schopen odpovědět na mnoho základních otázek. Studium oceánského dna bylo spojeno se zkoumáním ophiolitových komplexů, které jsou interpretovány jako desky oceánského dna, které byly vrženy na přilehlé kontinentální okraje. Ofiolit poskytuje mnohem hlubší řez oceánským dnem, než jaký je dostupný z mělkých vrtných jader a bagrovaných vzorků z dochovaného oceánského dna. Tyto studie ukázaly, že nejsvrchnější vulkanickou vrstvu tvoří tholeiitický čedič nebo čedič středooceánského hřbetu, který vykrystalizoval na akrečním riftu nebo hřbetu uprostřed oceánu. Kombinace minerálního chemismu čedičových minerálů a experimentální petrologie těchto fází umožňuje badatelům vypočítat hloubku a teplotu magmatických komor podél středooceánského hřbetu. Hloubky se blíží šesti kilometrům a teploty se pohybují od 1 150 °C do 1 279 °C. Komplexní petrologický výzkum všech vrstev v ophiolitu umožňuje určit strukturu a vývoj příslušné magmatické komory.

V roce 1974 objevili B. W. Chappell a A. J. R. White dva hlavní a odlišné typy granitoidních hornin – a to granitoidy typu I a S.

. I-typ má poměr stroncia-87/stroncia-86 nižší než 0,706 a obsahuje magnetit, titanit a alanit, ale žádný muskovit. Tyto horniny vznikly nad subdukčními zónami v ostrovních obloucích a na aktivních (subdukujících) kontinentálních okrajích a nakonec vznikly částečným tavením pláště a subdukované oceánské litosféry. Naopak granitoidy typu S mají poměr stroncia-87/stroncia-86 vyšší než 0,706 a obsahují muskovit, ilmenit a monazit. Tyto horniny vznikly částečným roztavením spodní kontinentální kůry. Ty, které se nacházejí v Himálaji, vznikly během miocénní epochy asi před 20 000 000 lety v důsledku pronikání Indie do Asie, což způsobilo zesílení kontinentální kůry a následně její částečné roztavení.

V ostrovních obloucích a aktivních kontinentálních okrajích, které lemují Tichý oceán, se nachází mnoho různých vulkanických a plutonických hornin patřících do kalc-alkalické série. Patří mezi ně čedič; andezit; dacit; ryolit; ignimbrit; diorit; granit; peridotit; gabro a tonalit, trondhjemit a granodiorit (TTG). Vyskytují se obvykle v rozsáhlých batolitech, které mohou dosahovat délky několika tisíc kilometrů a obsahují více než 1 000 samostatných granitových těles. Tyto kalc-alkalické horniny TTG představují hlavní způsob růstu kontinentální kůry po celou geologickou dobu. Je jim věnováno mnoho výzkumů ve snaze určit zdrojové oblasti jejich mateřských magmat a chemický vývoj magmat. Obecně se soudí, že tato magmata vznikla převážně tavením subdukované oceánské desky a nad ní ležícího hydratovaného plášťového klínu. Jedním z hlavních vlivů na vývoj těchto hornin je přítomnost vody, která původně pocházela z dehydratace subdukované desky

.