当火山岩上升到地表时，它的成分是如何变化的?

Question

火山流体力学的示意图如下所示。

^{优雅地借用了下面引用的参考图1}

从图的标题:

在爆发性喷发期间，气泡壁在破碎表面发生灾难性破裂。释放的气体迅速膨胀，岩浆上升从带有悬浮气泡的粘性熔体转变为带有悬浮岩浆碎片的气体流。

我的假设是岩浆柱和上面的蒸汽之间的边界对矿物结晶形成火山岩至关重要。

• 根据岩石形成时岩浆柱与火山口之间的距离，火山岩的成分是否发生了剧烈的变化?
• (或者)岩石是在边界移动时频繁地融化和再结晶，只有在它们被喷射到空中之前才能达到它们的最终成分吗?
• 火山顶部的蒸汽/空气界面对岩石的形成有多重要?

我意识到这将根据岩浆本身的组成而改变，但我正在寻找一种“平均”岩石物种的行为，尽管具体的例子也很好。

参考:

Gonnermann, H.M.和Manga, M.(2007)。火山内部的流体力学。为基础。Rev. Fluid Mech, 39321 - 56。[PDF](DOI)．

Answer 1

根据岩石形成时岩浆柱与火山口之间的距离，火山岩的成分是否发生了剧烈的变化?

岩浆的金属成分不会发生剧烈变化。所谓金属，我指的是岩石的基本成分:主要是硅，但也有铁、钙、铝、镁等。我要补充的是，有一些过程可以影响金属成分(主要是矿物分馏)，但我认为，当你谈论火山喷发的最上面部分时，它的影响是次要的。

能够并且确实会改变的是挥发性成分。岩浆中的气体已耗尽。以一瓶可乐为例。当你打开它，CO₂泡沫。焦炭本身仍然是焦炭，但它的化学性质发生了一些变化(而且味道很差)，因为CO₂出去了。岩浆也可能改变氧化态。再加上挥发性脱气作用，可能最终会影响岩浆结晶的矿物。

(或者)岩石是在边界移动时频繁地融化和再结晶，只有在它们被喷射到空中之前才能达到它们的最终成分吗?

不。一旦岩石结晶，你将需要相当多的能量来再次融化它，而这是不太可能发生在一个向大气开放的系统中，因为热量可以自由地离开火山系统。