Vulkáni petrológia
A vulkáni petrológia a vulkáni kőzetek azonosításával, osztályozásával, eredetével, fejlődésével, kialakulási és kristályosodási folyamataival foglalkozik. A tanulmányozható kőzetek többsége a földkéregből származik, de néhány, például az eklogitok, a földköpenyből származnak. A vulkáni petrológia hatóköre igen nagy, mivel a vulkáni kőzetek alkotják a kontinentális és óceáni kéreg, valamint a világ hegységi öveinek nagy részét, amelyek kora a korai archeumtól a neogénig terjed, és ide tartoznak a magas szintű vulkáni extruzív kőzetek és a kéreg mélyén kialakult plutonikus kőzetek is. A vulkáni petrológiai kutatások szempontjából rendkívül fontos a geokémia, amely a vulkáni kőzetek, valamint a magmák, amelyekből keletkeztek, fő- és nyomelem-összetételével foglalkozik. A vulkáni petrológia körébe tartozó néhány fő probléma a következő: (1) a vulkáni testek formája és szerkezete, legyenek azok lávafolyások vagy gránitos intrúziók, valamint a környező kőzetekkel való kapcsolatuk (ezeket a problémákat a terepen vizsgálják); (2) a vulkáni kőzeteket alkotó ásványok kristályosodási története (ezt a petrográfiai polarizációs mikroszkóppal határozzák meg); (3) a kőzetek osztályozása a texturális jellemzők, a szemcseméret, valamint az alkotó ásványok gyakorisága és összetétele alapján; (4) az anyamagmák frakcionálása a magmatikus differenciálódás folyamata által, amely genetikailag rokon vulkáni termékek evolúciós sorozatát eredményezheti; (5) a magmák keletkezésének mechanizmusa az alsó kontinentális kéreg, a szubóceáni és szubkontinentális köpeny, valamint az óceáni litoszféra szubduktív lemezeinek részleges olvadása révén; (6) a jelenlegi óceáni kéreg kialakulásának története és összetétele az Integrált Óceáni Fúrási Program (IODP) adatai alapján meghatározva; (7) a vulkáni kőzetek fejlődése a földtörténeti idők folyamán; (8) a köpeny összetétele a kimberlitcsövekben a felszínre hozott eklogitok kőzetének és ásványi kémiájának vizsgálatából; (9) a nyomás- és hőmérsékleti viszonyok, amelyek mellett a különböző magmák kialakulnak, és amelyek mellett vulkáni termékeik kikristályosodnak (nagynyomású kísérleti petrológia alapján meghatározva).
A vulkáni petrológia alapvető műszere a petrográfiai polarizációs mikroszkóp, de a ma használt műszerek többsége a kőzet- és ásványkémia meghatározásához kapcsolódik. Ezek közé tartozik a röntgenfluoreszcens spektrométer, a neutronaktivációs elemzésre szolgáló berendezés, az indukcióval kapcsolt plazmaspektrométer, az elektronmikroszonda, az ionszonda és a tömegspektrométer. Ezek a műszerek nagymértékben számítógépesítettek és automatikusak, és gyorsan végeznek elemzéseket (lásd lentebb: Geokémia). A komplex nagynyomású kísérleti laboratóriumok szintén létfontosságú adatokat szolgáltatnak.
A kifinomult műszerek széles választékával a kőzettani petrológus számos alapvető kérdésre tud választ adni. Az óceánfenék tanulmányozását összekapcsolták az ophiolit-komplexumok vizsgálatával, amelyeket a szomszédos kontinentális peremekre tolódott óceánfenéki lemezekként értelmeznek. Az ophiolitok sokkal mélyebb szelvényt nyújtanak az óceánfenékről, mint amennyit a sekély fúrómagok és a meglévő óceánfenékből vett kotrási minták nyújtanak. Ezek a vizsgálatok kimutatták, hogy a legfelső vulkáni réteg tholeiites bazaltból vagy óceánközéphegységi bazaltból áll, amely az óceán közepén egy akkrétálódó hasadéknál vagy gerincen kristályosodott ki. A bazalt ásványkémiai ásványainak és az ilyen fázisok kísérleti petrológiájának kombinációja lehetővé teszi a kutatók számára, hogy kiszámítsák a magmakamrák mélységét és hőmérsékletét az óceánközépi-gerinc mentén. A mélység megközelíti a hat kilométert, a hőmérséklet pedig 1150 °C és 1279 °C között mozog. Egy ophiolit összes rétegének átfogó petrológiai vizsgálata lehetővé teszi a kapcsolódó magmakamra szerkezetének és fejlődésének meghatározását.
1974-ben B.W. Chappell és A.J.R. White a gránitos kőzetek két fő és különböző típusát fedezte fel – nevezetesen az I- és S-típusú granitoidokat. Az I-típusnak 0,706-nál kisebb a stroncium-87/strontium-86 aránya, és magnetitet, titanitot és allanitot tartalmaz, de muszkovitot nem. Ezek a kőzetek a szubdukciós zónák felett, szigetívekben és aktív (szubdukáló) kontinentális peremeken keletkeztek, és végső soron a köpeny és a szubdukált óceáni litoszféra részleges olvadásával jöttek létre. Ezzel szemben az S-típusú granitoidok stroncium-87/strontium-86 aránya nagyobb, mint 0,706, és muszkovitot, ilmenitet és monazitot tartalmaznak. Ezek a kőzetek az alsó kontinentális kéreg részleges olvadásával keletkeztek. A Himalájában találhatóak a miocén korszakban, mintegy 20 000 000 évvel ezelőtt keletkeztek, India Ázsiába való behatolásának eredményeként, ami megvastagította a kontinentális kérget, majd részleges olvadását okozta.
A Csendes-óceánt szegélyező szigetíveken és aktív kontinentális peremeken számos különböző vulkáni és plutonikus kőzet található, amelyek a kalc-alkalikus sorozathoz tartoznak. Ezek közé tartozik a bazalt; andezit; dácit; riolit; ignimbrit; diorit; gránit; peridotit; gabbro; és tonalit, trondhjemit és granodiorit (TTG). Jellemzően hatalmas batholitokban fordulnak elő, amelyek hossza elérheti a több ezer kilométert, és több mint 1000 különálló gránittestet tartalmazhatnak. Ezek a TTG kalc-alkalikus kőzetek a kontinentális kéreg növekedésének fő eszközei az egész földtörténeti idő folyamán. Sok kutatást szentelnek nekik, hogy meghatározzák az anyamagmák forrásvidékeit és a magmák kémiai fejlődését. Általánosan elfogadott az a nézet, hogy ezek a magmák nagyrészt egy süllyedt óceáni lemez és a felette lévő hidratált köpeny ék olvadásából származnak. Ezeknek a kőzeteknek a fejlődésére az egyik legnagyobb hatással a víz jelenléte van, amely eredetileg a szubdukált lemez dehidratációjából származik.