आग्नेय शैलिकी: वर्गीकरण व गठन, मैंटल गलन, विभेदन, सूक्ष्म-तत्त्व मॉडलिंग तथा ज्वालामुखीयता
2. मैंटल गलन
ऊपरी मैंटल पेरिडोटाइट है: ओलिवीन (आधे से अधिक), ऑर्थोपाइरॉक्सीन, क्लिनोपाइरॉक्सीन तथा एक ऐलुमिनीय प्रावस्था जो सबसे उथले स्तरों पर प्लैजियोक्लेज़, मध्यम गहराई पर स्पिनेल और अधिक गहराई पर गार्नेट होती है। पेरिडोटाइट के आंशिक गलित द्रव बेसाल्टी होते हैं। शैल तब पिघलती है जब उसका ताप सॉलिडस (solidus) से ऊपर उठे, और वहाँ पहुँचने के केवल तीन उपाय हैं: ताप बढ़ाना, दाब घटाना, या वाष्पशील मिलाकर सॉलिडस को नीचे लाना।
- दाब-ह्रास (decompression) गलन मुख्य मार्ग है। कटकों, दरारों व प्लूमों के नीचे उठता मैंटल लगभग रुद्धोष्म रूप से उठता है और कम ऊष्मा खोता है, अतः उसका ताप धीरे गिरता है जबकि सॉलिडस, जो दाब घटने पर गिरता है, अधिक तेज़ी से गिरता है। दोनों कटते हैं और गलन आरंभ होता है, तथा जितना अधिक उठान, उतना अधिक गलित द्रव।
- फ़्लक्स गलन सबडक्शन करती पट्टिकाओं के ऊपर होता है। जलयोजित खनिजों के टूटने पर पट्टिका जल खोती है; यह जल तप्त मैंटल-वेज में उठकर पेरिडोटाइट के सॉलिडस को तीव्रता से घटाता है। CO₂ भी गहराई पर सॉलिडस घटाती है। प्रायः पट्टिका स्वयं नहीं पिघलती; वेज पिघलता है।
- ऊष्मीय गलन के लिए अतिरिक्त ऊष्मा चाहिए, तप्त प्लूम या नीचे जमे मैग्मा से। अधिक तप्त स्रोत अधिक पिघलता है, इसी प्रकार पिक्राइट व कोमाटाइट बनते हैं।
गलन अ-मोडल होता है। पहले गलित द्रव निम्न-गलनांक खनिजों (क्लिनोपाइरॉक्सीन व ऐलुमिनीय प्रावस्था) से आते हैं, अतः ये पहले चुक जाते हैं और अवशेष ओलिवीन व ऑर्थोपाइरॉक्सीन में समृद्ध होता जाता है: harzburgite, फिर dunite। गलन की मात्रा F उत्पाद को तय करती है। कुछ प्रतिशत गलन, प्रायः अधिक गहराई पर, क्षारीय, असंगत-समृद्ध गलित द्रव (alkali basalt, basanite, nephelinite) देता है; लगभग 10–20% MORB प्रकार का टॉलीआइटी बेसाल्ट देता है; तप्त मैंटल में बहुत अधिक F पिक्राइट व कोमाटाइट देता है। गलित द्रव अत्यल्प गलित-अंश पर ही अवशेष से पृथक हो जाता है। गलन की गहराई भारी REE से पढ़ी जाती है: गार्नेट भारी REE (Yb, Lu) व Y को पकड़ रखता है, अतः अवशिष्ट गार्नेट के साथ बने गलित द्रवों के REE प्रतिरूप तीव्र ढाल वाले (उच्च Dy/Yb) होते हैं, जबकि स्पिनेल क्षेत्र के गलित द्रव अधिक सपाट होते हैं।
3. मैग्मीय विभेदन
प्राथमिक मैंटल गलित द्रव, जो MgO, Ni व Cr में समृद्ध होते हैं, बिना बदले शायद ही सतह तक पहुँचते हैं। विभेदन एक मैग्मा को संघटनों की शृंखला में बदलता है: प्रभाजी क्रिस्टलन, पार्श्व-शैल का स्वांगीकरण (assimilation), मैग्मा मिश्रण, द्रव अमिश्रणीयता (सल्फ़ाइड, या कार्बोनेट व सिलिकेट द्रव) तथा भूपर्पटी का आंशिक गलन। प्रभाजी क्रिस्टलन सबसे सामान्य है और बोवेन की अभिक्रिया शृंखला का अनुसरण करता है: असतत शृंखला ओलिवीन → पाइरॉक्सीन → ऐम्फ़िबोल → बायोटाइट, तथा सतत शृंखला Ca-समृद्ध → Na-समृद्ध प्लैजियोक्लेज़, दोनों K-फ़ेल्डस्पार, मस्कोवाइट व क्वार्ट्ज़ पर समाप्त होती हैं। अवशिष्ट द्रव में SiO₂, Na₂O, K₂O व असंगत तत्त्व बढ़ते हैं तथा MgO, FeO, CaO, Ni व Cr घटते हैं: बेसाल्ट → ऐंडेसाइट → डेसाइट → रायोलाइट।
हार्कर आरेख (SiO₂ के विरुद्ध ऑक्साइड) पर प्रभाजन वक्र या कोणीय प्रवृत्तियाँ देता है, और हर मोड़ एक नई प्रावस्था के जुड़ने को दर्शाता है: ऐपेटाइट आने पर P₂O₅ गिरने लगता है, Fe–Ti ऑक्साइड आरंभ होने पर FeO व TiO₂ गिरते हैं, तथा क्लिनोपाइरॉक्सीन जुड़ने पर CaO अधिक तेज़ी से गिरता है। दो मैग्माओं का मिश्रण अंत-सदस्यों के बीच सीधी रेखा देता है, अतः सीधी रेखा मिश्रण का संकेत है, प्रमाण नहीं। स्केयरगार्ड, बुशवेल्ड व स्टिलवाटर जैसे स्तरित अंतर्वेधी तथा तमिलनाडु का आर्कियन सित्तमपुंडी एनॉर्थोसाइट संकुल संचयी शैलें (cumulates), यानी कक्ष-तल पर जमे क्रिस्टल, दोहराती परतों के रूप में सुरक्षित रखते हैं।
| विशेषता | टॉलीआइटी प्रवृत्ति | कैल्क-क्षारीय प्रवृत्ति |
|---|---|---|
| प्रारूपिक परिवेश | कटक, महासागरीय द्वीप-ढाल, कुछ चाप | परिपक्व व महाद्वीपीय चाप |
| जल व ऑक्सीजन फ़्यूगैसिटी | शुष्क, अपेक्षाकृत अपचयित | जलीय, ऑक्सीकृत |
| प्रारंभिक प्रावस्थाएँ | ओलिवीन, प्लैजियोक्लेज़, क्लिनोपाइरॉक्सीन; Fe–Ti ऑक्साइड देर से | मैग्नेटाइट व ऐम्फ़िबोल जल्दी |
| लोहे का व्यवहार | FeO*/MgO तेज़ी से बढ़ता है (फ़ेरोबेसाल्ट, फ़ेरोगैब्रो) | लोहे का संवर्धन नहीं; सिलिका स्थिर बढ़ती है |
| उदाहरण | स्केयरगार्ड अंतर्वेधी | एंडीज़ की ऐंडेसाइट–डेसाइट–रायोलाइट शृंखला |
4. शैल-उत्पत्ति में मुख्य, सूक्ष्म व दुर्लभ मृदा तत्त्व
मुख्य तत्त्व (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P: अधिकांश लगभग 1 wt% से अधिक, यद्यपि Ti, Mn व P प्रायः उससे कम होते हैं) ऑक्साइड के रूप में दिए जाते हैं, खनिजी संघटन व वर्गीकरण तय करते हैं, और मोल में Mg# = 100 × Mg/(Mg + Fe²⁺) से संक्षिप्त किए जाते हैं। मैंटल ओलिवीन के साथ साम्य में गलित द्रव का Mg# ऊँचा (लगभग 70 या अधिक) होता है, अतः निम्न Mg# दर्शाता है कि मैग्मा प्रभाजित हो चुका है। सूक्ष्म तत्त्व (लगभग 0.1 wt% से कम) इतने तनु होते हैं कि अपने खनिज नहीं बनाते, अतः वे हेनरी के नियम का पालन करते हैं और विभाजन गुणांक D = C_ठोस/C_द्रव से क्रिस्टल व गलित द्रव में बँटते हैं। गोल्डश्मिट के नियम उपयुक्तता तय करते हैं (पोषी स्थल जैसी त्रिज्या व आवेश)। D < 1 वाले तत्त्व असंगत (incompatible) हैं और गलित द्रव में रहते हैं; D > 1 वाले संगत (compatible)। बल्क D = Σ (खनिज का द्रव्यमान-अंश × उस खनिज का D), और D ताप, दाब व गलित द्रव के संघटन से बदलता है।
| खनिज | प्रबलता से लेता है | द्रव या गलित द्रव में चिह्न |
|---|---|---|
| ओलिवीन | Ni, Co | ओलिवीन हटने पर Ni गिरता है |
| गार्नेट | भारी REE, Y, Sc | गलित द्रव में तीव्र REE प्रतिरूप, उच्च Dy/Yb |
| प्लैजियोक्लेज़ | Sr, Eu²⁺ | Sr गिरता है; ऋणात्मक Eu विसंगति |
REE (La से Lu) Ce व Eu को छोड़कर त्रिसंयोजी हैं, और उनकी त्रिज्या La से Lu तक घटती है, अतः अधिकांश मैंटल खनिजों में हल्के REE अधिक असंगत हैं जबकि गार्नेट भारी REE को पकड़ता है। प्राकृतिक बहुलता के सम-विषम ज़िगज़ैग को हटाने हेतु REE को कॉन्ड्राइट से सामान्यीकृत किया जाता है (कॉन्ड्राइटी मान से भाग), और ढाल को (La/Yb)_N से बताया जाता है। मैग्मीय ऑक्सीजन फ़्यूगैसिटी पर Eu अंशतः 2+ होता है और Sr की भाँति प्लैजियोक्लेज़ में जाता है, अतः Eu विसंगति Eu/Eu* = Eu_N/√(Sm_N × Gd_N) उन द्रवों में 1 से कम है जिनसे प्लैजियोक्लेज़ हटा हो (या प्लैजियोक्लेज़-युक्त अवशेषों के गलित द्रवों में) और प्लैजियोक्लेज़ संचयी शैलों में 1 से अधिक। ऑक्सीकृत परिवेश में Ce 4+ हो सकता है, जिससे Ce विसंगतियाँ बनती हैं।
| प्रतिरूप | निर्वचन |
|---|---|
| N-MORB: हल्के REE में अवक्षयित, (La/Sm)_N 1 से कम, Nb गर्त नहीं | कटक के नीचे अवक्षयित स्रोत का उच्च मात्रा में गलन |
| OIB: प्रबल हल्के-REE संवर्धन, Nb व Ta शिखर | समृद्ध स्रोत, अल्प गलित-अंश, प्रायः अवशिष्ट गार्नेट |
| चाप बेसाल्ट: Nb, Ta, Ti की तुलना में Ba, K, Pb, Sr ऊँचे (Nb–Ta गर्त) | पट्टिका-तरल गतिशील LILE को वेज में लाया, HFSE पीछे रहे (भूपर्पटीय संदूषण भी उच्च Th सहित Nb–Ta गर्त बनाता है) |
5. गलन व क्रिस्टलन का मॉडलन, द्रव्यमान संतुलन तथा नॉर्म
C_L गलित द्रव की सांद्रता है, C₀ आरंभिक (स्रोत या जनक) सांद्रता, F गलित-अंश (क्रिस्टलन में शेष अंश) और D बल्क विभाजन गुणांक।
- बैच (साम्य) गलन: C_L/C₀ = 1/[D + F(1 − D)]। अवशेष में C_S = D·C_L रहता है। D ≈ 0 के लिए C_L ≈ C₀/F। अ-मोडल रूप C_L/C₀ = 1/[D₀ + F(1 − P)] है, जहाँ D₀ स्रोत के मोड से और P उन अनुपातों से आता है जिनमें खनिज गलित द्रव में प्रवेश करते हैं।
- प्रभाजी (रेले) गलन, जिसमें प्रत्येक वृद्धि तुरंत हटा दी जाती है: तात्क्षणिक गलित द्रव हेतु C_L/C₀ = (1/D)(1 − F)^(1/D − 1)।
- प्रभाजी (रेले) क्रिस्टलन: C_L/C₀ = F^(D − 1), जहाँ F शेष गलित-अंश है। उस क्षण बनने वाले क्रिस्टलों में C_S = D·C_L होता है। साम्य क्रिस्टलन में बैच रूप लगता है।
- मिश्रण: सांद्रताओं हेतु C_mix = X·C_A + (1 − X)·C_B; अनुपात अतिपरवलयों पर मिश्रित होते हैं।
- AFC (डिपाओलो): C_m/C_m0 = F^(−z) + [r/(r − 1)]·[C_a/(z·C_m0)]·(1 − F^(−z)), जहाँ z = (r + D − 1)/(r − 1) और r = स्वांगीकरण की दर ÷ क्रिस्टलन की दर; C_a स्वांगीकृत पदार्थ की सांद्रता है। r = 0 पर यह रेले क्रिस्टलन है।
- द्रव्यमान संतुलन: जनक P, पुत्री द्रव D और निष्कर्ष E (हटाए गए क्रिस्टल) के लिए कोई भी ऑक्साइड C_P = x·C_E + (1 − x)·C_D मानता है, अतः निष्कर्ष-अंश x = (C_P − C_D)/(C_E − C_D) है। अनेक ऑक्साइड हों तो न्यूनतम वर्ग लें; छोटा अवशेष मॉडल का समर्थन करता है।
हल किए उदाहरण। 2 ppm असंगत तत्त्व वाले स्रोत का बैच गलन, D = 0.02, F = 0.05 पर: C_L = 2/(0.02 + 0.05 × 0.98) = 2/0.069 ≈ 29 ppm, यानी स्रोत का लगभग पंद्रह गुना। D = 0.01 व F = 0.5 के साथ रेले क्रिस्टलन: C_L/C₀ = 0.5^(−0.99) ≈ 1.99, अतः अत्यधिक असंगत तत्त्व दुगुना होता है, जैसा 1/F नियम बताता है। D > 1 हेतु घातांक धनात्मक है और द्रव अवक्षयित होता है।
CIPW नॉर्म विश्लेषण को मानक निर्जल खनिजों के समुच्चय में ढालता है, आणविक अनुपातों (wt% ÷ आणविक भार) में काम करते हुए और उन्हें निश्चित क्रम में भरते हुए: ऐपेटाइट, इल्मेनाइट, मैग्नेटाइट, फिर ऑर्थोक्लेज़, ऐल्बाइट, ऐनॉर्थाइट, फिर पाइरॉक्सीन व ओलिवीन, तथा सिलिका-संतुलन के रूप में क्वार्ट्ज़ या नेफ़ेलीन। फ़ेल्डस्पारों हेतु: 1 K₂O में 1 Al₂O₃ व 6 SiO₂ लगते हैं (ऑर्थोक्लेज़); 1 Na₂O में 1 Al₂O₃ व 6 SiO₂ (ऐल्बाइट); 1 CaO में 1 Al₂O₃ व 2 SiO₂ (ऐनॉर्थाइट)। बचा सिलिका नॉर्मेटिव क्वार्ट्ज़ है (सिलिका-अतिसंतृप्त); कमी ओलिवीन को और चरम स्थिति में नेफ़ेलीन को बाध्य करती है (अल्प-संतृप्त, क्षारीय)। नॉर्म शैलों की तुलना साझा खनिज-आधार पर करता है।
6. प्लेट-सीमा व अंतर्प्लेट ज्वालामुखीयता, बृहत् आग्नेय प्रांत
| परिवेश | गलन कैसे होता है | प्रारूपिक मैग्मा व रसायन |
|---|---|---|
| मध्य-महासागरीय कटक | ऊपर उठते मैंटल का दाब-ह्रास | N-MORB टॉलीआइट, हल्के REE अवक्षयित; महासागरीय भूपर्पटी बनाता है |
| द्वीप व महाद्वीपीय चाप | पट्टिका-जल द्वारा मैंटल-वेज का फ़्लक्स गलन | बेसाल्ट से रायोलाइट, अधिकतर कैल्क-क्षारीय; जलीय व विस्फोटक; उच्च LILE, Nb–Ta गर्त |
| महाद्वीपीय दरार | पतली होती स्थलमंडल के नीचे दाब-ह्रास | alkali basalt, द्वि-बहुलक बेसाल्ट–रायोलाइट, phonolite, कार्बोनेटाइट |
| तप्त स्थल (महासागरीय द्वीप) | तप्त प्लूम का उठना व दाब-ह्रास | OIB: टॉलीआइटी ढाल, फिर क्षारीय; हल्के REE समृद्ध, Nb शिखर |
| महाद्वीपीय बाढ़ बेसाल्ट (LIP) | मोटे स्थलमंडल के नीचे प्लूम-शीर्ष का गलन | विशाल आयतन का टॉलीआइटी बेसाल्ट, कुछ भूपर्पटीय संदूषण |
हवाई-प्रकार के ज्वालामुखी में प्लेट द्वारा ज्वालामुखी को प्लूम से दूर ले जाने पर मैग्मा-प्रकार बदलता है: पहले टॉलीआइटी ढाल अवस्था (अधिकांश आयतन, उच्च गलित-अंश), फिर पश्च-ढाल अवस्था में alkali basalt, फिर देर की पुनर्युवन अवस्था में दुर्लभ प्रबल क्षारीय लावे (basanite, nephelinite), जो न्यूनतम गलित-अंशों पर बने।
बृहत् आग्नेय प्रांत (LIP) मुख्यतः मैफ़िक मैग्मा का वह उद्गार है जो प्रायः लगभग 0.1 मिलियन से कई मिलियन घन किलोमीटर तक का होता है और अधिकांशतः कुछ मिलियन वर्ष या उससे कम में उद्गारित होता है। प्रकारों में महाद्वीपीय बाढ़ बेसाल्ट (डेक्कन, साइबेरियन, कारू, कोलंबिया रिवर, पराना–एटेंडेका), महासागरीय पठार (ओंटोंग जावा, केरगुलेन) और विशाल डाइक-झुंड सम्मिलित हैं। प्रचलित मॉडल में नया प्लूम है, जिसका चौड़ा तप्त शीर्ष LIP बनाता है और संकरी पूँछ फिर तप्त-स्थल पथ छोड़ती है। LIP काल की दृष्टि से सामूहिक विलोपनों से जुड़े हैं: साइबेरियन ट्रैप (लगभग 252 Ma) पर्मियन-अंत की घटना से और डेक्कन (लगभग 66 Ma) क्रिटेशियस-अंत से।
डेक्कन ट्रैप टॉलीआइटी बाढ़ बेसाल्ट हैं जो लगभग 66 Ma, क्रिटेशियस–पैलियोजीन सीमा के निकट, रेयूनियन प्लूम द्वारा उद्गारित हुए; भारत के उत्तर की ओर खिसकने पर तप्त-स्थल पथ लक्षद्वीप–चागोस कटक के रूप में रेयूनियन द्वीप तक चलता है। यह ढेर अनेक प्रवाहों से बना है, प्रत्येक का शीर्ष रंध्री, बादाम-गुहिक है, और प्रवाहों के बीच लाल बोल (जीवाश्म मृदाएँ) विराम दर्शाते हैं। पूर्वी भारत के राजमहल ट्रैप प्रारंभिक क्रिटेशियस के हैं और केरगुलेन प्लूम से जुड़े हैं।
मुख्य बिंदु
- पातालीय शैलों को QAPF से (ग्रैनिटॉइड नाम P/(A + P) से: 10, 35, 65, 90%), ज्वालामुखीय शैलों को TAS से (SiO₂ सीमाएँ लगभग 45, 52, 57, 63, 69) नामित करें। गठन शीतलन अभिलेखित करते हैं: स्थूलकणिक धीमा, सूक्ष्मकणिक तेज़, पॉर्फिरीय द्वि-चरण, स्पिनिफ़ेक्स त्वरित-शीतित कोमाटाइट।
- पेरिडोटाइट दाब-ह्रास (कटक, प्लूम, दरार), पट्टिका-जल फ़्लक्स (चाप) या अतिरिक्त ऊष्मा (प्लूम) से पिघलता है। अल्प F क्षारीय गलित द्रव देता है, 10–20% MORB, उच्च F पिक्राइट व कोमाटाइट; अवशिष्ट गार्नेट तीव्र भारी-REE प्रतिरूप देता है।
- प्रभाजी क्रिस्टलन बोवेन शृंखला का पालन करता है: SiO₂ व क्षार बढ़ते हैं, MgO, Ni व Cr घटते हैं। शुष्क टॉलीआइटी मैग्मा लोहे में समृद्ध होते हैं; जलीय, ऑक्सीकृत कैल्क-क्षारीय मैग्मा Fe–Ti ऑक्साइड जल्दी खो देते हैं और समृद्ध नहीं होते। हार्कर मोड़ नई प्रावस्था दर्शाता है; मिश्रण सीधी रेखाएँ देता है।
- D = C_ठोस/C_द्रव; असंगत तत्त्वों का D < 1 होता है। ऋणात्मक Eu विसंगति का अर्थ प्लैजियोक्लेज़ हटा था; चापों में उच्च LILE व Nb–Ta गर्त होता है; N-MORB हल्के REE में अवक्षयित और OIB समृद्ध होता है।
- बैच: C_L/C₀ = 1/[D + F(1 − D)]। रेले क्रिस्टलन: C_L/C₀ = F^(D − 1)। द्रव्यमान संतुलन: x = (C_P − C_D)/(C_E − C_D)। नॉर्म में K₂O व Na₂O प्रत्येक 1 Al₂O₃ व 6 SiO₂ लेते हैं, CaO 1 Al₂O₃ व 2 SiO₂ लेता है; बचा सिलिका नॉर्मेटिव क्वार्ट्ज़ है।
- कटक दाब-ह्रास गलन हैं, चाप फ़्लक्स गलन, तप्त स्थल प्लूम गलन। LIP (डेक्कन लगभग 66 Ma, रेयूनियन प्लूम; साइबेरियन लगभग 252 Ma) विशाल, संक्षिप्त मैफ़िक उद्गार हैं जो सामूहिक विलोपनों से जुड़े हैं; हवाई-प्रकार का ज्वालामुखी टॉलीआइटी ढाल से क्षारीय अवस्थाओं तक जाता है।
अभ्यास प्रश्न (18)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
एक स्थूलकणिक पातालीय शैल में आयतन के अनुसार क्वार्ट्ज़ 25%, क्षार फ़ेल्डस्पार 10%, प्लैजियोक्लेज़ (An₃₀) 40% तथा बायोटाइट व हॉर्नब्लेंड 25% हैं। Q + A + P को 100 पर पुनर्गणित कर IUGS QAPF वर्गीकरण के अनुसार यह शैल है
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उत्तर: B — granodiorite, क्योंकि P/(A + P) लगभग 80% है और क्वार्ट्ज़ 20 से 60% के बीच है
Q + A + P = 25 + 10 + 40 = 75, अतः Q = 33.3%, A = 13.3%, P = 53.3% और P/(A + P) = 53.3/66.7 = 80%। ग्रैनिटॉइड क्षेत्र (Q 20–60) में 65–90% का अनुपात granodiorite है। Monzogranite को 35–65% चाहिए, जो भ्रामक विकल्प है क्योंकि दोनों फ़ेल्डस्पार प्रचुर हैं; tonalite को 90% से अधिक चाहिए, और quartz diorite बहुत कम क्वार्ट्ज़ (5–20%) पर आलेखित होता है।एक लावा प्रवाह के ऊपरी भाग में ओलिवीन के लंबे, कंकालीय, फलक-सदृश क्रिस्टल गुच्छों में सजे हैं (स्पिनिफ़ेक्स गठन)। यह गठन व शैल-प्रकार क्या दर्शाते हैं?
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उत्तर: C — कोमाटाइट लावा, MgO में समृद्ध, ऊपर से त्वरित-शीतित, अतः क्रिस्टल कंकालीय फलकों के रूप में बढ़े
स्पिनिफ़ेक्स कोमाटाइट का चिह्न है: अत्यंत तप्त, MgO-समृद्ध लावा जिसके ठंडे ऊपरी क्षेत्र में प्रबल अतिशीतलन में ओलिवीन या पाइरॉक्सीन के कंकालीय फलक बढ़े। संचयी dunite भ्रामक विकल्प है क्योंकि वह ओलिवीन-समृद्ध है, किंतु संचयी शैलें धीमे बैठने से बनती हैं और उनमें ठोस-पिंडाकार क्रिस्टल होते हैं, कंकालीय नहीं। रायोलाइट में ओलिवीन नहीं होता, और पेग्माटाइट बड़े क्रिस्टल धीमे शीतलन से बनाता है, त्वरित शीतलन से नहीं।ज्वालामुखीय शैलों के TAS (कुल क्षार–सिलिका) वर्गीकरण के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — Na₂O + K₂O को SiO₂ के विरुद्ध आलेखित करने से पहले विश्लेषण को वाष्पशील-रहित आधार पर 100% पर पुनर्गणित किया जाता है; B — मध्यम ज्वालामुखीय शैलें लगभग 52 से 63 wt% SiO₂ के बीच आती हैं
TAS वाष्पशील-रहित पुनर्गणित रासायनिक विश्लेषण पर कार्य करता है, और मध्यम क्षेत्र लगभग 52–63 wt% SiO₂ तक फैला है। परिवर्तन व अपक्षय में Na व K गतिशील होते हैं, अतः परिवर्तित शैलों हेतु TAS भ्रामक है और अगतिशील-तत्त्व आरेख प्रयुक्त होते हैं। क्वार्ट्ज़, क्षार फ़ेल्डस्पार व प्लैजियोक्लेज़ के मोडल अनुपात की आवश्यकता QAPF का वर्णन है, TAS का नहीं।मध्य-महासागरीय कटक के नीचे गलन का मुख्य कारण क्या है?
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उत्तर: A — ऊपर उठते मैंटल का दाब-ह्रास, जो उठते हुए अपने सॉलिडस को पार कर लेता है
सामान्य ताप का मैंटल प्रसरण कटक के नीचे लगभग रुद्धोष्म रूप से उठता है; उसका ताप धीरे गिरता है जबकि घटते दाब के साथ सॉलिडस अधिक तेज़ गिरता है, अतः गलन आरंभ होता है। जल का जुड़ना चाप का तंत्र है और भ्रामक गलत उत्तर है; कटक-अक्ष के नीचे कोई पट्टिका नहीं होती। घर्षण व भूपर्पटी की रेडियोधर्मिता मैंटल को पिघलाने हेतु अत्यल्प ऊष्मा देती हैं।निम्नलिखित में से कौन-से मैंटल पेरिडोटाइट के पिघलना आरंभ होने के ताप (उसके सॉलिडस ताप) को घटाते हैं?
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उत्तर: A — पेरिडोटाइट में थोड़ी मात्रा में जल मिलाना; B — सीमित दाब में कमी, संघटन अपरिवर्तित रहते हुए
जल सॉलिडस को तीव्रता से घटाता है, जो फ़्लक्स गलन का आधार है। दाब घटने पर पेरिडोटाइट का सॉलिडस गिरता है, इसीलिए दाब-ह्रास गलन कराता है। अवक्षयित अवशेष अपने निम्न-गलनांक घटक खो चुका है और अधिक दुर्गलनीय है, अतः उसका सॉलिडस ऊँचा है, और स्थिर संघटन पर दाब बढ़ाने से सॉलिडस बढ़ता है।एक महासागरीय द्वीप के बेसाल्टों में कॉन्ड्राइट-सामान्यीकृत (Dy/Yb) 1 से काफ़ी अधिक है और भारी REE प्रबलता से प्रभाजित हैं, जबकि मध्य-महासागरीय कटक के समान MgO वाले बेसाल्टों के भारी-REE प्रतिरूप सपाट हैं। कौन-सा निर्वचन सबसे उपयुक्त है?
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उत्तर: D — द्वीप के मैग्मा अवशिष्ट गार्नेट के साथ बने, जो Yb को रोके रखता है और उसे गलित द्रव से बाहर रखता है
गार्नेट Dy की तुलना में Yb व Lu को कहीं अधिक सरलता से ग्रहण करता है, अतः जो गलित द्रव गार्नेट के अवशेष में रहते बना उसमें Yb अवक्षयित होता है और Dy/Yb ऊँचा: यह गहराई पर, गार्नेट क्षेत्र में, गलन का चिह्न है। स्पिनेल स्रोत सपाट भारी-REE प्रतिरूप देता है, अतः उथले स्रोत वाला विकल्प द्वीप का नहीं, कटक का प्रतिरूप देता। प्लैजियोक्लेज़ या ओलिवीन में से किसी की Dy व Yb के बीच प्रबल वरीयता नहीं है।एक लावा-शृंखला के हार्कर आरेख पर P₂O₅ बेसाल्ट से ऐंडेसाइट तक SiO₂ के साथ बढ़ता है और फिर डेसाइट से रायोलाइट तक तीव्रता से गिरता है। सबसे अच्छी व्याख्या क्या है?
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उत्तर: B — ऐपेटाइट संतृप्त हुआ और क्रिस्टलित होने लगा, अतः P₂O₅ असंगत से संगत हो गया
P₂O₅ तब तक असंगत रहता है जब तक गलित द्रव ऐपेटाइट में संतृप्त न हो जाए; वृद्धि के बाद तीव्र गिरावट ऐपेटाइट प्रभाजन के आरंभ का मानक मोड़ है। प्लैजियोक्लेज़ भ्रामक गलत उत्तर है क्योंकि वह प्रमुख प्रारंभिक फ़ेल्डस्पार है, किंतु उसमें फ़ॉस्फ़ोरस कैल्सियम का स्थान नहीं लेता। ओलिवीन फ़ॉस्फ़ोरस नहीं रखता, और अधिक तप्त मैफ़िक द्रव से मिश्रण शृंखला के केवल felsic भाग में सीमित तीव्र गिरावट उत्पन्न नहीं करता।विभेदन की प्रवृत्तियों के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
उत्तर देखें
उत्तर: A — जलीय, ऑक्सीकृत चाप मैग्मा में मैग्नेटाइट का जल्दी क्रिस्टलन लोहे का संवर्धन दबाता है और कैल्क-क्षारीय प्रवृत्ति बनाता है; B — स्केयरगार्ड अंतर्वेधी का स्पष्ट लौह-संवर्धन निम्न ऑक्सीजन फ़्यूगैसिटी पर शुष्क मैग्मा के क्रिस्टलन को दर्शाता है
ऑक्सीकृत, जलीय चाप मैग्मा मैग्नेटाइट जल्दी क्रिस्टलित करते हैं और इसलिए लोहा खोते हैं, जिससे कैल्क-क्षारीय प्रवृत्ति बनती है, जबकि शुष्क, अपचयित स्केयरगार्ड द्रव ने लोहा तब तक रखा जब तक Fe–Ti ऑक्साइड देर से नहीं आए और वह प्रबलता से Fe-समृद्ध हुआ। लगभग स्थिर सिलिका पर FeO*/MgO का प्रबलता से बढ़ना टॉलीआइटी प्रवृत्ति है, कैल्क-क्षारीय नहीं। मिश्रण अंत-सदस्यों के बीच सीधी रेखा देता है, जबकि प्रभाजन वक्र या कोणीय प्रवृत्तियाँ।एक रायोलाइट में Eu/Eu* = 0.3 है और Sr की मात्रा कम है। इन दोनों लक्षणों की एक साथ सबसे अच्छी व्याख्या कौन-सी प्रक्रिया करती है?
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उत्तर: A — जनक मैग्मा से प्लैजियोक्लेज़ का हटना, जो Ca²⁺ के स्थान पर Eu²⁺ व Sr लेता है
Eu²⁺ व Sr²⁺ आकार में Ca²⁺ जैसे हैं और दोनों प्लैजियोक्लेज़ में जाते हैं, अतः प्लैजियोक्लेज़ हटाने से द्रव में Eu अपने पड़ोसी Sm व Gd की तुलना में अवक्षयित होता है (Eu/Eu* 1 से कम) और Sr घटता है। अवशिष्ट गार्नेट भ्रामक विकल्प है, किंतु वह भारी REE को प्रभावित करता है, विशेषतः Eu को नहीं, और निम्न Sr की व्याख्या नहीं करता। ज़िरकॉन व ओलिवीन की Eu के प्रति प्रबल वरीयता नहीं है।किसी महाद्वीपीय भूपर्पटी से दूर, अंतः-महासागरीय द्वीप-चाप के बेसाल्ट में आदि-मैंटल-सामान्यीकृत आरेख पर Ba, K व Pb ऊँचे हैं किंतु Nb व Ta निम्न। सबसे अच्छी व्याख्या यह है कि
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उत्तर: D — सबडक्शन करती पट्टिका के जल-समृद्ध तरल ने गतिशील Ba, K व Pb को वेज में पहुँचाया, Nb व Ta को नहीं
सबडक्शन क्षेत्रों में पट्टिका के जलीय तरल तरल-गतिशील LILE (Ba, K, Pb) को वेज में ले जाते हैं पर उच्च-क्षेत्र-शक्ति तत्त्वों Nb व Ta को नहीं, जिससे चाप-चिह्न बनता है। महासागरीय-द्वीप मैंटल में Nb व Ta शिखर दिखते। ओलिवीन दोनों तत्त्व अधिक मात्रा में नहीं लेता। भूपर्पटीय स्वांगीकरण भी Nb–Ta गर्त दे सकता है, किंतु प्रश्न में चाप को महाद्वीपीय भूपर्पटी से दूर बताकर इसे बाहर कर दिया गया है।बैच (साम्य) गलन C_L/C₀ = 1/[D + F(1 − D)] का पालन करता है। एक मैंटल स्रोत में एक असंगत तत्त्व 0.50 ppm है और उसका बल्क विभाजन गुणांक D = 0.05 है। गलित-अंश F = 0.10 पर गलित द्रव में तत्त्व की सांद्रता ppm में ज्ञात कीजिए। उत्तर दशमलव के दो स्थानों तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 3.45
C_L = C₀/[D + F(1 − D)] = 0.50/[0.05 + 0.10 × 0.95] = 0.50/0.145 = 3.448, जो 3.45 ppm बनता है। तत्त्व स्रोत की तुलना में लगभग सात गुना समृद्ध है, जैसा 1 से बहुत कम D के लिए अपेक्षित है।एक बेसाल्टी मैग्मा में 200 ppm Ni है। वह रेले प्रभाजी क्रिस्टलन C_L/C₀ = F^(D − 1) से विकसित होता है, जहाँ F शेष गलित-अंश है, और Ni का बल्क विभाजन गुणांक D = 6 है। जब मूल मैग्मा का 30% क्रिस्टलित हो चुका (F = 0.70), तब शेष द्रव में Ni की मात्रा ppm में कितनी है? उत्तर दशमलव के एक स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 33.6
C_L = 200 × 0.70^(6 − 1) = 200 × 0.70⁵ = 200 × 0.16807 = 33.6 ppm। संगत तत्त्व (D > 1) द्रव में तीव्रता से गिरता है, केवल 30% क्रिस्टलन के बाद 200 से लगभग 34 ppm।एक जनक मैग्मा में 12.0 wt% MgO है। वह 46.0 wt% MgO वाले ओलिवीन के हटने से विकसित होता है, और पुत्री द्रव में 7.0 wt% MgO है। मानिए निष्कर्ष शुद्ध ओलिवीन है और द्रव्यमान संतुलन C_P = x·C_E + (1 − x)·C_D प्रयोग कीजिए। जनक के द्रव्यमान का कितना प्रतिशत ओलिवीन के रूप में हटा? उत्तर दशमलव के एक स्थान तक दें।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 12.8
x = (C_P − C_D)/(C_E − C_D) = (12.0 − 7.0)/(46.0 − 7.0) = 5/39 = 0.1282, यानी जनक का 12.8%। जाँच: 0.1282 × 46 + 0.8718 × 7 = 5.90 + 6.10 = 12.0।एक शैल में प्रति 100 g मोल में SiO₂ 1.20, Al₂O₃ 0.13, K₂O 0.04, Na₂O 0.06 व CaO 0.03 हैं; अन्य सब ऑक्साइड उपेक्षित करें। यह सरलीकृत नॉर्म प्रयोग करें: K₂O से ऑर्थोक्लेज़ बनता है (1 K₂O : 1 Al₂O₃ : 6 SiO₂), Na₂O से ऐल्बाइट (1 : 1 : 6), शेष Al₂O₃ CaO से मिलकर ऐनॉर्थाइट बनाता है (1 CaO : 1 Al₂O₃ : 2 SiO₂), और बचा कोई भी SiO₂ नॉर्मेटिव क्वार्ट्ज़ है। प्रति 100 g नॉर्मेटिव क्वार्ट्ज़ के कितने मोल हैं? उत्तर दशमलव के दो स्थानों तक दें।
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उत्तर: 0.54
ऑर्थोक्लेज़ 0.04 Al₂O₃ व 6 × 0.04 = 0.24 SiO₂ लेता है; ऐल्बाइट 0.06 Al₂O₃ व 6 × 0.06 = 0.36 SiO₂ लेता है। बचा Al₂O₃ = 0.13 − 0.10 = 0.03, जो CaO 0.03 से मेल खाता है, अतः ऐनॉर्थाइट 2 × 0.03 = 0.06 SiO₂ लेता है। व्यय सिलिका = 0.24 + 0.36 + 0.06 = 0.66, अतः नॉर्मेटिव क्वार्ट्ज़ = 1.20 − 0.66 = 0.54 mol: शैल सिलिका-अतिसंतृप्त है।एक ज्वालामुखी के बेसाल्टों की शृंखला में La लगभग दो गुना तक बदलता है, La/Th व La/Sm लगभग स्थिर हैं, और La बढ़ने पर Ni व Cr घटते हैं। शृंखला के भीतर इस भिन्नता को सबसे संभावित रूप से किस प्रक्रिया ने उत्पन्न किया?
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उत्तर: C — एक साझा जनक मैग्मा से ओलिवीन व क्लिनोपाइरॉक्सीन का प्रभाजी क्रिस्टलन
असंगत तत्त्वों के स्थिर अनुपात (La/Th, La/Sm) तथा गिरते संगत तत्त्व (Ni, Cr) प्रभाजी क्रिस्टलन का चिह्न हैं: द्रव सिकुड़ने पर सभी असंगत तत्त्व समान गुणक से समृद्ध होते हैं, जबकि ओलिवीन व क्लिनोपाइरॉक्सीन Ni व Cr को निकाल लेते हैं। परिवर्तनशील आंशिक गलन भ्रामक विकल्प है, किंतु वह La/Sm को तीव्रता से बदलता क्योंकि दोनों तत्त्वों का D भिन्न है। भूपर्पटीय मिश्रण La/Th को खिसकाता, और गार्नेट–स्पिनेल अंतर Dy/Yb को बदलता।लगभग 66 Ma पर उद्गारित डेक्कन ट्रैप सामान्यतः किस मैंटल प्लूम के कारण माने जाते हैं, जिसका तप्त-स्थल पथ लक्षद्वीप–चागोस कटक के रूप में चलता है?
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उत्तर: C — रेयूनियन प्लूम, जिसकी वर्तमान स्थिति रेयूनियन द्वीप के नीचे है
डेक्कन ट्रैप रेयूनियन प्लूम से जुड़े हैं: भारत के उत्तर की ओर खिसकने पर पथ लक्षद्वीप–चागोस कटक व मस्करीन पठार के रूप में बना और रेयूनियन पर समाप्त होता है। केरगुलेन भ्रामक उत्तर है क्योंकि उसने भी भारत को प्रभावित किया, किंतु वह प्रारंभिक क्रिटेशियस के पुराने राजमहल ट्रैप से जुड़ा है। हवाई व आइसलैंड अन्य महासागरों में हैं।हवाई-प्रकार के ज्वालामुखी में, प्लेट-गति द्वारा ज्वालामुखी को प्लूम से दूर ले जाने पर, विशाल आयतन की ढाल अवस्था के बाद के मैग्मा हैं
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उत्तर: B — पश्च-ढाल अवस्था में alkali basalt, फिर अल्प आयतन में प्रबल क्षारीय basanite या nephelinite
ज्वालामुखी के प्लूम-केंद्र से हटने पर गलन-मात्रा घटती है और स्थलमंडल मोटा होता है, अतः मैग्मा क्षारीय (पश्च-ढाल alkali basalt) और, देर की पुनर्युवन अवस्था में, न्यूनतम गलित-अंशों पर प्रबल क्षारीय basanite व nephelinite हो जाते हैं। ढाल अवस्था स्वयं टॉलीआइटी है। उच्चतर गलन-मात्रा प्लूम-अक्ष के निकट अपेक्षित है, उससे दूर नहीं, और कैल्क-क्षारीय रायोलाइट चाप का उत्पाद है, महासागरीय द्वीप का नहीं।डिपाओलो का AFC समीकरण C_m/C_m0 = F^(−z) + [r/(r − 1)]·[C_a/(z·C_m0)]·(1 − F^(−z)) है, जहाँ z = (r + D − 1)/(r − 1), r स्वांगीकरण की दर को क्रिस्टलन की दर से भाग देने पर प्राप्त मान है, F शेष गलित-अंश, C_m0 मैग्मा की आरंभिक सांद्रता और C_a स्वांगीकृत पदार्थ की सांद्रता। एक बेसाल्टी मैग्मा में एक पूर्णतः असंगत तत्त्व (D = 0) 10 ppm है और वह क्रिस्टलित होते हुए 60 ppm वाली भूपर्पटी का स्वांगीकरण करता है, r = 0.2 के साथ। F = 0.5 पर उसकी सांद्रता ppm में क्या है? उत्तर निकटतम पूर्ण संख्या में दें।
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उत्तर: 35
z = (0.2 + 0 − 1)/(0.2 − 1) = 1, अतः F^(−z) = 2। तब C_m/C_m0 = 2 + [0.2/(−0.8)] × [60/(1 × 10)] × (1 − 2) = 2 + (−0.25)(6)(−1) = 2 + 1.5 = 3.5, अतः C_m = 35 ppm। द्रव्यमान संतुलन से जाँच: क्रिस्टलित द्रव्यमान = 0.5/0.8 = 0.625 और स्वांगीकृत द्रव्यमान = 0.2 × 0.625 = 0.125 आरंभिक मैग्मा का, अतः C_m = (10 + 0.125 × 60)/0.5 = 35 ppm। शुद्ध रेले क्रिस्टलन केवल 20 ppm देता।