Bazalt
Bazalt jest bardzo pospolitą ciemno zabarwioną skałą wulkaniczną złożoną z wapiennego plagioklazu (zwykle labradorytu), klinopiroksenu (augitu) i rudy żelaza (tytaniferycznego magnetytu). Bazalt może również zawierać oliwin, kwarc, hornblendę, nefelin, ortopiroksen itp. Bazalt jest wulkanicznym odpowiednikiem gabro.
Bazalt jest skałą drobnoziarnistą i ciemno zabarwioną. Czarną barwę nadaje bazaltowi minerał z grupy piroksenów – augit. Szerokość próbki wynosi 12 cm.
Bazalt jest zwykle czarny lub ciemnoszary i stosunkowo bez cech. Składa się z ziaren mineralnych, które w większości nie są rozróżnialne gołym okiem. Bazalt może również zawierać szkło wulkaniczne. Bazalt może zawierać fenokryształy (większe kryształy w drobnoziarnistej masie) i pęcherzyki (otwory, które zostały wypełnione przez gazy wulkaniczne).
Czarną barwę nadają bazaltowi piroksen i magnetyt. Oba zawierają żelazo i to jest powód, dla którego są czarne. Tak więc to żelazo ponownie jest odpowiedzialne za zabarwienie bazaltu. Plagioklaz, objętościowo zazwyczaj najważniejszy składnik, ma przeważnie kolor jasnoszary.
Lawa bazaltowa płynąca na Hawajach (wulkan Kilauea, ujście Pu’u O’o).
Bazalt jest głównym typem skały, który występuje praktycznie w każdym środowisku tektonicznym. Bazalt jest wyraźnie najpowszechniej występującą skałą wulkaniczną na Ziemi, a skały bazaltowe (w tym gabro, diabaz i ich zmetamorfizowane odpowiedniki) są najpowszechniej występującymi skałami w skorupie ziemskiej2. Bazalt jest również powszechny na Księżycu i innych skalistych planetach Układu Słonecznego.
Co sprawia, że bazalt jest tak powszechny? Bazalt jest pierwotnym składnikiem skorupy ziemskiej, z którego rozwinęły się prawie wszystkie inne rodzaje skał. Bazalt powstaje, gdy skały płaszcza (perydotyt) zaczynają się topić. Skały topią się w sposób nieskoordynowany. Oznacza to, że topiący się materiał ma inny skład niż skały macierzyste. Oczywiście, może się to zdarzyć tylko wtedy, gdy skały topią się tylko częściowo, ale tak właśnie dzieje się w górnym płaszczu. W wyniku częściowego stopienia powstaje magma bazaltowa, która ma mniejszą gęstość i unosi się ku górze, tworząc nową skorupę oceaniczną w grzbietach śródoceanicznych lub wulkany i intruzje (groble, żwiry) w wielu innych systemach tektonicznych. Bazalt jest skałą macierzystą dla innych bardziej rozwiniętych skał wulkanicznych, takich jak dacyt, ryolit itp.
Kamyczki bazaltowe w pobliżu południowego cypla La Palmy powoli przekształcające się w czarny piasek typowy dla wulkanicznych wysp oceanicznych.
Próbka bazaltu zebrana w pobliżu Giant’s Causeway, Irlandia Północna. Szerokość próbki 8 cm.
Gabro jest gruboziarnistym (intruzywnym) odpowiednikiem bazaltu. Ta próbka gabro pochodzi z La Plamy. La Palma jest wyspą oceaniczną, ale niektóre jej części są wypiętrzone i znajdują się tam głębokie wąwozy, takie jak Caldera de Taburiente, które wcinają się głęboko we wnętrze wyspy i pozwalają na odsłonięcie skał intruzywnych, takich jak gabro. Szerokość próbki 10 cm.
Skały bazaltowe mogą przenosić ksenolity z płaszcza. Oto jasnozielony ksenolit dunitowy wewnątrz bazaltu z Hawajów. Szerokość próbki 8 cm.
Bazalt ma ścisłą definicję chemiczną. Jest ona zdefiniowana w schemacie TAS przedstawionym powyżej. Bazalt jest skałą iglastą, która zawiera więcej niż 45 i mniej niż 52% SiO2 oraz mniej niż pięć procent całkowitej zawartości zasad (K2O + Na2O)3.
Sąsiednie typy skał, takie jak bazaltowy andezyt, bazanit, pikryt (pikrobazalt), trachybazalt, a nawet bardziej odległe skały, takie jak fonotefryt czy andezyt, mogą mieć bardzo podobny wygląd i w wielu przypadkach mogą być łatwo pomylone z bazaltem.
Bazalt jest szeroko rozpowszechniony w wielu reżimach tektonicznych, ale istnieją niewielkie różnice w składzie chemicznym, które pozwalają na bardziej precyzyjną klasyfikację. MORB jest akronimem od „mid-ocean ridge basalt” i OIB od „oceanic island basalt”. MORB jest wynikiem częściowego stopienia górnego płaszcza, który jest już wielokrotnie poddawany recyklingowi, podczas gdy OIB pochodzi przynajmniej częściowo z głębszych części płaszcza (głębokie pióropusze płaszcza, które zasilają gorące miejsca, takie jak Hawaje czy Wyspy Kanaryjskie) i dlatego jest mniej zubożony w niezgodne pierwiastki chemiczne.
Andesyt jest podobny do bazaltu, ale zawiera więcej krzemionki i jest ogólnie jaśniejszy w kolorze. Białe kryształy są fenokryształami plagioklazu, ale zawierają mniej Ca i więcej Na niż plagioklazy w bazalcie. Andesyt jest bardzo częstym produktem wulkanizmu strefy subdukcji. Santorini, Grecja. Szerokość próbki 7 cm.
Skład
Średni skład chemiczny bazaltu określony na podstawie 3594 analiz chemicznych skał bazaltowych2 (liczby to procenty masowe, przeliczone bezlotnie do 100%):
SiO2 – 49,97
TiO2 – 1,87
Al2O3 – 15,99
Fe2O3 – 3.85
FeO – 7,24
MnO – 0,20
MgO – 6,84
CaO – 9,62
Na2O – 2,96
K2O – 1,12
P2O5 – 0,35
Minerałami, w których występują te pierwiastki chemiczne (skład chemiczny skał iglastych tradycyjnie wyraża się w tlenkach) są augit, plagioklaz i tytaniferyczny magnetyt. Minerały te są trudne do pokazania, ponieważ są zbyt małe, aby można je było zobaczyć w typowym bazalcie, ale niektóre skały bazaltowe są porfirowate (wiele skał porfirowatych można zobaczyć tutaj: porfiry) i ładnie pokazują niektóre z tych minerałów (niestety nie magnetyt).
Porfiryt bazaltowy z Isle of Mull, Szkocja z wieloma fenokryształami plagioklazu. Skała ma 8 cm długości. 
Porfirytowa skała bazaltowa z Teneryfy. Fenokryształy to plagioklazy (białe) i augit (czarne). Szerokość próbki 14 cm.
Kryształy magnetytu są zawsze mikroskopijne w bazalcie, ale czasami tworzą czarne pasy w jasnym piasku. Tutaj znajdują się ciężkie minerały (głównie magnetyt) jako pozostałość po wietrzeniu skał bazaltowych. White Park Bay, Irlandia Północna.
Skała bazaltowa (najprawdopodobniej bazanit) z Caldera de Taburiente, La Palma. Czarny to augit piroksenowy, pomarańczowy to oliwin, a dokładniej to co z niego zostało. Pomarańczowe plamy to dawne kryształy oliwinu, które teraz składają się z mieszaniny krzemianów i tlenków żelaza, która znana jest jako iddingsit. Oliwin jest minerałem powszechnie występującym w wielu skałach bazaltowych. Szerokość widoku 10 cm.
Kolejny bazalt (chemicznie prawdopodobnie pikrobazalt) z dużą ilością oliwinu (świeży oliwin jest jasnozielony, ale z wiekiem staje się coraz bardziej żółty). Oahu, Hawai’i. Szerokość próbki 6 cm.
Bazalt w terenie
Bazalt szubieniczny tworzy przepływy lawy lub pola piroklastyczne i stożki. Dwa główne typy przepływów lawy bazaltowej to lawa aa i lawa pahoehoe.
Lawa aa ma szorstką, rubbly nieregularną skorupę, podczas gdy pahoehoe jest gładka. Skorupa lawy typu aa jest połamana na kawałki, podczas gdy pahoehoe zachowuje swoją ciągłość. Oba typy przepływu lawy są masywne pod skorupą i to masywne wnętrze może być kolumnowe. Kolumny oddzielone są od siebie wąskimi szczelinami, które powstają w wyniku kurczenia się stygnącej magmy bazaltowej. Pęknięcia zaczynają się tworzyć na powierzchni i rozprzestrzeniają się głębiej w miarę stygnięcia lawy. Bazalt podmorski zwykle tworzy poduszki. Bazalt poduszkowy powstaje w wyniku bardzo szybkiego schłodzenia. Zewnętrzna część formującej się poduszki stygnie bardzo szybko w kontakcie z zimną wodą morską, podczas gdy wnętrze wciąż wypełnia się roztopioną lawą.
Bazalt tworzy głównie potoki lawy, ponieważ należy do najmniej lepkich typów magmy i dlatego nie powoduje wybuchowych erupcji wulkanicznych, ale czasami tworzy się materiał piroklastyczny, gdy magma zawiera więcej gazów wulkanicznych. Skały bazaltowe mogą być wyrzucane z otworów wulkanicznych jako lapilli (liczba pojedyncza: lapillus) i bomby wulkaniczne. Wulkany bazaltowe są zasilane przez wały (płaskie intruzywne ciała skalne, które po zastygnięciu przecinają inne skały) i progi (podobne do wałów, ale zazwyczaj równoległe do istniejących wcześniej płaszczyzn podłoża).
Przepływy lawy bazaltowej z wulkanu Kilauea na Hawajach.
Lawa Aa na pierwszym planie. La Palma, Wyspy Kanaryjskie.
Lawa Pahoehoe (lawa ropna). La Palma, Wyspy Kanaryjskie.
Kolumny bazaltowe. Giant’s Causeway, Irlandia Północna.
Lawa poduszkowa w pobliżu Fasoula, Troodos ophiolite, Cypr. Lawa poduszkowa jest bardzo powszechna na Ziemi, ale trudna do znalezienia, ponieważ prawie cała znajduje się na dnie oceanu. Przykłady można znaleźć na lądzie zazwyczaj tam, gdzie dawne dno oceaniczne jest tektonicznie wciśnięte między dwa bloki skorupy kontynentalnej.
Scoriaceous lapillus z Etny we Włoszech. Pomimo 5 cm szerokości waży tylko 15 gramów, ponieważ jest wypełniony pęcherzykami gazu (vesicules). Podobnym typem skały o składzie felsowym jest pumeks.
Niekiedy wały są tak blisko siebie, że cała wychodnia jest z nich złożona. Takie arkuszowe wały na Cyprze zasilały kiedyś wulkany na dnie oceanu.
Wały składają się z bazaltu i diabazu. Diabaz to nic innego jak gruboziarnisty bazalt. Oto kontakt między bazaltem (po lewej) a diabazem na Cyprze. Wał bazaltowy jest drobnoziarnisty, ponieważ jest młodszy i został schłodzony (szybko tracił ciepło na rzecz wału diabazowego po prawej).
Kolumny w bazalcie są prostopadłe do frontu chłodzenia. W tym przypadku widać, że bazalt uformował tubę (wypełniony tunel lawowy). Takie przewody są powszechnym zjawiskiem na wyspach wulkanicznych i stanowią sposób na powiększanie się wulkanu, ponieważ magma może przepływać duże odległości wewnątrz takich izolowanych termicznie rur przed zastygnięciem. Teneryfa, Wyspy Kanaryjskie.
Wały i żleby są często widoczne na ziemi i mogą stać się godnymi uwagi formami terenu. Salisbury Crags w Edynburgu to bazaltowy sill.
Metamorfizm i wietrzenie
Bazalt składa się w dużej mierze z minerałów o małej odporności na wietrzenie. Dlatego też bazalt jako całość ma tendencję do szybszego rozpadu niż granit i inne typy skał felsowych. Magnetyt jest jednym z najbardziej odpornych minerałów występujących w bazalcie i stanowi większość ciężkich piasków mineralnych. Inne minerały rozpadają się i uwalniają swoje składniki do wody w postaci jonów lub tworzą minerały ilaste. Żelazo i aluminium należą do najmniej mobilnych jonów i dlatego mają tendencję do tworzenia złóż laterytowych wzbogaconych w te pierwiastki.
Bazalt metamorfizuje do wielu różnych typów skał, w zależności od ciśnienia, temperatury i charakteru lotnych związków, które reagują z minerałami w bazalcie. Najczęstsze skały metamorficzne z protolitem bazaltowym to łupek chlorytowy, amfibolit, blueschist i eklogit.
Czarny piasek tworzy się na wyspach wulkanicznych, gdy kwarc i ziarna biogeniczne nie są dostępne. Oto bazaltowy klif i czarny piasek na La Palmie, Wyspy Kanaryjskie.
Szlif chlorytowy to nisko zmetamorfizowana, maficzna skała iglasta, często z bazaltowym protolitem. Żelazonośny, zielony minerał krzemianowy chloryt nadaje skale szczelinowatość. Szerokość próbki 13 cm.
Etymologia
Termin „bazanit” był używany już w starożytności, a „bazalt” jest prawdopodobnie błędną transkrypcją bazanitu. To niemiecki uczony Agricola (Georg Bauer) po raz pierwszy wspomniał o „bazalcie” w 1546 roku. Odnosił się on do czarnych kolumnowych skał ze Stolpen (koło Drezna w Niemczech), które rzeczywiście są bazaltem nawet według współczesnych zasad klasyfikacji1.
1. Tomkeieff, S. I. (1983). Dictionary of Petrology
2. Best, Myron G. (2002). Igneous and Metamorphic Petrology
3. Le Maitre, R. W. (2005). Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms: Recommendations of the International Union of Geological Sciences Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks