Glødstenspetrologi

Glødstenspetrologi beskæftiger sig med identifikation, klassifikation, oprindelse, udvikling og processer for dannelse og krystallisering af magmatiske bjergarter. De fleste af de bjergarter, der kan studeres, stammer fra jordskorpen, men nogle få, som f.eks. eklogitter, stammer fra kappen. Omfanget af den magmatiske petrologi er meget stort, fordi magmatiske bjergarter udgør størstedelen af den kontinentale og oceaniske skorpe og af verdens bjergbælter, som varierer i alder fra tidlig arkæikum til neogen, og de omfatter også de højtliggende vulkanske extrusive bjergarter og de plutoniske bjergarter, der er dannet dybt inde i jordskorpen. Geokemien er af største betydning for den magmatiske petrologiske forskning, idet den beskæftiger sig med hoved- og sporstofsammensætningen af magmatiske bjergarter og af de magmaer, de er opstået af. Nogle af de vigtigste problemer inden for den magmatiske petrologi er følgende: (1) form og struktur af magmatiske legemer, hvad enten der er tale om lavastrømme eller granitintrusioner, og deres forhold til de omkringliggende bjergarter (disse problemer undersøges i marken); (2) krystalliseringshistorien for de mineraler, der indgår i magmatiske bjergarter (dette bestemmes med det petrografiske polarisationsmikroskop); (3) klassifikation af bjergarter baseret på teksturelle træk, kornstørrelse og mængden og sammensætningen af de bestanddelene mineraler; (4) fraktionering af modermagmaer ved magmatisk differentieringsproces, som kan give anledning til en evolutionær sekvens af genetisk beslægtede magmatiske produkter; (5) mekanismen for dannelse af magmaer ved delvis smeltning af den nedre kontinentale skorpe, den suboceaniske og subkontinentale kappe og subducerende plader af oceanisk lithosfære; (6) dannelseshistorien og sammensætningen af den nuværende oceaniske skorpe bestemt på grundlag af data fra det integrerede havboringsprogram (IODP); (7) udviklingen af magmatiske bjergarter gennem geologisk tid; (8) sammensætningen af kappen ud fra undersøgelser af bjergarter og mineralkemi i eklogitter, der er bragt op til overfladen i kimberlitrør; (9) de tryk- og temperaturforhold, under hvilke forskellige magmaer dannes, og under hvilke deres magmaprodukter krystalliserer (bestemt ud fra eksperimentel højtrykspetrologi).

Det grundlæggende instrument inden for magmatisk petrologi er det petrografiske polarisationsmikroskop, men størstedelen af de instrumenter, der anvendes i dag, har at gøre med bestemmelse af bjergarternes og mineralernes kemi. Disse omfatter røntgenfluorescensspektrometeret, udstyr til neutronaktiveringsanalyse, induktionskoblet plasmaspektrometer, elektronmikrosonde, ionprobe og massespektrometer. Disse instrumenter er i høj grad computerstyrede og automatiske og producerer hurtigt analyser (se nedenfor Geokemi). Komplekse eksperimentelle højtrykslaboratorier leverer også vigtige data.

Med et stort udvalg af sofistikerede instrumenter til rådighed er den magmatiske petrolog i stand til at besvare mange grundlæggende spørgsmål. Undersøgelser af havbunden er blevet kombineret med undersøgelser af ophiolitkomplekser, som fortolkes som plader af havbund, der er blevet skubbet op på tilstødende kontinentalrande. En ophiolit giver et meget dybere snit gennem havbunden end det, der er tilgængeligt fra lavvandede borekerner og opmudrede prøver fra den eksisterende havbund. Disse undersøgelser har vist, at det øverste vulkanske lag består af tholeiitisk basalt eller basalt fra den mellemoceaniske ryg, der er krystalliseret ved en tiltagende rift eller ryg midt i et ocean. En kombination af basaltmineralernes mineralkemi og eksperimentel petrologi af sådanne faser gør det muligt for forskerne at beregne dybden og temperaturen af magmakamrene langs den midt-oceaniske ryg. Dybden er tæt på seks kilometer, og temperaturen varierer fra 1 150 °C til 1 279 °C. En omfattende petrologisk undersøgelse af alle lagene i en ophiolit gør det muligt at bestemme strukturen og udviklingen af det tilhørende magmakammer.

I 1974 opdagede B.W. Chappell og A.J.R. White to store og forskellige typer af granitiske bjergarter – nemlig I- og S-type granitoider. I-typen har strontium-87/strontium-86-forholdet lavere end 0,706 og indeholder magnetit, titanit og allanit, men ingen muscovit. Disse bjergarter er dannet over subduktionszoner i øbuer og aktive (subducerende) kontinentalrande og blev i sidste ende dannet ved delvis smeltning af kappe og subduceret oceanisk lithosfære. Granitoider af S-typen har derimod et strontium-87/strontium-86-forhold på mere end 0,706 og indeholder muscovit, ilmenit og monazit. Disse bjergarter blev dannet ved delvis smeltning af den nedre kontinentale skorpe. De, der findes i Himalaya, blev dannet i løbet af den miocæne epoke for ca. 20.000.000 år siden som følge af Indiens indtrængen i Asien, hvilket fortykkede den kontinentale skorpe og derefter forårsagede dens delvise afsmeltning.

I de øbuer og aktive kontinentalrande, der omkranser Stillehavet, findes der mange forskellige vulkanske og plutoniske bjergarter, der tilhører den kalko-alkaliske serie. Disse omfatter basalt; andesit; dacit; rhyolit; ignimbrit; diorit; granit; peridotit; gabbro; og tonalit, trondhjemit og granodiorit (TTG). De forekommer typisk i store batholitter, som kan være flere tusinde kilometer lange og indeholde mere end 1.000 separate granitlegemer. Disse TTG-kalkalkaline bjergarter udgør den vigtigste kilde til vækst af den kontinentale skorpe gennem hele den geologiske tid. Der forskes meget i dem i et forsøg på at finde frem til de oprindelige magmas kildeområder og magmaernes kemiske udvikling. Der er almindelig enighed om, at disse magmaer i vid udstrækning stammer fra smeltning af en subduceret oceanisk plade og den overliggende hydrerede kappekile. En af de vigtigste påvirkninger af udviklingen af disse bjergarter er tilstedeværelsen af vand, som oprindeligt stammer fra dehydrering af den subducerede plade.