Obsidian – a window to the plasma universe ●
A 4. International Obsidian Conference (Engaru, Hokkaido, Japan) poszterszekciójába ezzel a címmel jelentkeztem: „Carpathian obsidialite – Obsidian and electrochemistry” (Kárpáti obszidialit – az obszidián és az elektrokémia / Az obszidialit kapcsolata az elektrolízissel) [1]. A benevezett poszteremmel arra szeretném felhívni a figyelmet, hogy az obszidián keletkezésének, illetve a riolit-vulkanizmusnak a kutatásába be kell vonni az elektrokémia tudományát. Valamint arra, hogy néhány toposzt felül kell vizsgálni. Mindezt deduktív logika mentén, az analógiás gondolkodás segítségével.
● The main goal of my poster is to draw attention to the fact that we should get electrochemistry to be involved in the research of formation of obsidians and rhyolitic volcanism and we should reconsider some toposes.
Már több mint egy évtizede történt, hogy vulkanológusok, először a tudomány történetében, természetes körülmények között, közvetlenül is megfigyelhették az obszidián képződését. A kitűnően dokumentált esemény és az abból következő megállapítás azonban sem a földtudományba (geológia, vulkanológia) sem az egyetemi geológia-oktatásba, sem a közgondolkodásba nem épült be – holott a megtapasztalt és kitűnően dokumentált tények alapvetően megcáfolják az obszidián keletkezésének tézisét. (Vagy inkább toposzát, hiszen a tézis bizonyítandó tudományos tételt jelent – jelen esetben pedig egy bizonyítottnak tekintett, elfogadott vándortémáról, állandósult motívumról, gyakran ismételt megállapításról van szó.)
A tankönyvi és a lexikoni szöveg röviden így hangzik:
Az obszidián – ez a magas szilicium-dioxid-tartalmú és 1 % alatti kötött víztartalmú vulkáni üveg – a riolitos láva hirtelen lehűlése következtében jön létre, ugyanis a gyors lehűlés miatt nem tudnak az ásványi összetevők kikristályosodni… Kicsit szofisztikáltabban: az obszidián riolitos lávadómokból kiextrudált lávaöntések peremén képződik a viszkózus és polimerizált láva gyors lehűlése, illetve az atomi diffúzió folyamatának gátoltsága miatt.
The obsidian – lava flows extruded from rhyolitic lava domes by way of the rapid cooling of viscous and polymerized lava or the blocking of atomic diffusion.
|
1. ábra. Eredet (Arkhé). A riolitvulkánok, lávadómok helyzete a földfelszín és a köpeny–mag határ közötti anyag-áramlás (feltételezhető szilícium-körforgás) elvi geometriájában, modelljében ● Figure 1. Theoretical geometry of the plunging oceanic lithospheric plate and the flow of the ascending mantle material / of the material flow between the surface of the earth and the core-mantle boundary Jelmagyarázat: A – nagysebességű tér-tartomány; B – felszálló köpenyanyagáramlás; a – lávadóm, riolitvulkán; b – kontinentális litoszféra; c – konvergens lemezhatár; d – köpeny–mag határ; (1) piros pontvonal – elektromos áram / a szabad töltéshordozók mozgásának pályája; (2) fekete nyíl – anyagáramlás ● Legend: A – high-speed space-domain; B – flow of the ascending mantle material; a – lava dome; b – continental litosphere; c – convergent plate boundary; d – core-mantle boundary. „Az Elektromos Univerzum nézőpontjából a Föld egy nagy plazma cellában mozgó kis töltött test. Emiatt minden földi vagy földközeli jelenség magyarázatakor figyelembe kell venni a körülvevő plazma hatását. Anthony Peratt a Plazma Univerzum fizikája című könyvében írta, hogy a magma plazma, a közeg mozgó töltéseket tartalmaz. Így a vulkánoktól nem csak elektromos viselkedést várhatunk el, hanem azt is, hogy ez a viselkedés kapcsolódik a körülvevő plazma környezethez, részét képezi a nagyobb áramkörnek.” (–) A Föld negatív töltésű mágneses terét (a) a külső mag anyag- és plazmaáramlásai, valamint (b) a köpeny és a mag eltérő forgási szögsebessége hozza létre. ● (–) The Earth’s negative charged magnetic field is induced by (a) the material and plasma flows of the outer core and (b) the different rotational angular velocities of the mantle and the core. (+) Az ionoszféra pozitív töltésű ionjait (a) a Nap elektromágneses és részecske sugárzása, valamint (b) a kozmikus sugárzás idézi elő. ● (+) The positive charged iones of the ionosphere are induced by (a) the Sun’s electromagnetic and particle radiation, and (b) the cosmic radiation. |
A hangsúly tehát a gyors, hirtelen lehűlésre helyezték, holott a legújabb megfigyelések, kutatások ennek az ellenkezőjét valószínűsítik, sőt bizonyítják.
Ezzel szemben tehát a „tényállás” a következő:
A dél-amerikai Cordón Caulle vulkán (Patagóniai Cordillera, Andok) 2011. évi működésekor megfigyelt jelenség, miszerint a lávaár belsejében a magmautánpótlás megszűnését követően (!) a láva egy évig hatékonyan megtartotta hőt (!), ami a megszilárdult áramlási frontok újabb extrudálódását eredményezte. (Erről a történetről részletesebben ezen a webhelyen olvasható – forráshivatkozásokkal.) Ez a közvetlenül megfigyelt obszidiánképződés arra az eshetőségre világított rá, hogy az obszidián nem a hirtelen lehűlés miatt jön létre, hanem egy hosszú ideig (akár évekig tartó láva-differenciáció miatt[2]). Tehát a láva fokozott illóvesztése, gáztalanodása, víztartalmának drasztikus csökkenése a valódi oka a szkaláris és izotróp tulajdonságú vulkáni üveg létrejöttének / kialakulásának – és nem a gyors lehűlés!
● During the eruption of the Cordón Caulle volcano in South America (Andes Mountains) in 2011, heat was preserved effectively in the interior of the lava flow for a year after the magma supply stopped and this resulted in further extrudations along the front of the solidified flow. Such directly observed obsidian formation points to the possible origin of obsidian through a prolonged lava differentiation (lasting even for years) instead of through abrupt cooling. Thus, the volcanic glass of scalar and isotropic properties derives from the increased release of volatiles from the lava, from degassiing and a drastic drop of water content.
Igen ám, de miképpen lehetséges az ilyen, extrém időtartamú olvadt állapot fennmaradása? A kihűlő, megszilárduló lávakéreg önmagában – bármilyen vastagságú is legyen – nem képes ilyen hosszú ideig megőrizni a kőzetolvadékot, nem képes egy évig, évekig meggátolni annak kihűlését, kőzetté szilárdulását. Hangsúlyozom, hogy a lávautánpótlás, azaz a vulkáni működés megszűnését követően. Erre a jelenségre igyekeztem magyarázatot keresni – egyfajta deduktív logika mentén. Úgy tűnik, hogy a megoldás kulcsa a szilícium.
A hosszú idejű olvadt állapot egyetlen lehetséges / valószínű magyarázata[3] pedig az, hogy a riolitikus kőzetolvadék (magma, láva) alapvetően egy magas szilícium-tartalmú elektrolit[4] (sőt, plazma), amely habitusát a szilícium fémekkel ellentétes tulajdonsága határozza meg: miszerint alacsony hőmérsékleten szigetelőként, magas hőmérsékleten vezetőként viselkedik. A mozgó, gyorsuló töltéshordozók energiára tesznek szert, miközben a hőmérsékletük növekszik – ez a folyamatosan termelődő plusz energia lehet a közvetlen oka a riolitláva extrém hosszú ideig tartó hőmegtartásának.
● The only feasible explanation for this prolonged molten state is the rhyolithic magma basically functioning as an electrolite (or more properly, a plasm) of high silicon content. Its behavior is defined by the property of silicon opposite to other metals, i.e. it acts as an insulator at low temperatures and as a conductor at high temperatures. The mobile, accelerating charge carriers acquire energy, meanwhile their temperature increases. This may be the immediate reason for the heat retention of the rhyolitic lava over extremely long periods.
|
2. ábra. A riolitdómok és obszidiánáramlások stilizált / elvi / sematikus keresztmetszete (2/a ábra) A kárpáti miocén korú lávadómok (Magyarország, Zemplén) és a feltételezett / rekonstruált obszidián-áramlások és (2/b) ábra a holocén / recens Obsidian Dome (USA, Kalifornia) példája alapján ● Figure 2. Stylized/theoretical/schematic cross-section of rhyolite domes and obsidian flows based on the example of (Figure 2/a) the Carpathian lava domes Miocene in age (Zemplén Mountains, HUN) and presumed / reconstructed obsidian flows and (Figure 2/b) the recent Obsidian Dome (California, USA) Jelmagyarázat: A – alapkőzet; B – piroklasztitból felépülő tufagyűrű (tefra) / horzsaköves ártufa / habkőkúp; C – a lávadóm és a lávafolyásokat felépítő riolitos kőzetváltozatok; Ca – obszidián; Cb – obszidiánh-jellegű vulkáni üveg (marekanit, perlit); Cc – kristályos riolit; Cca – folyásos szövetű (fluidális) litofácies; Ccb – apróhólyagos (lithofizás) riolit, horzsakő / habkő (pumice); Ccc – durvahólyagos (lithofizás) riolit, horzsakő / habkő (pumice); Cda – alapi breccsa; Cdb – felszíni breccsa; α – obszidián-zóna; β – marekanit-zóna; γ – perlit-zóna; (1) fehér nyíl – az obszidián-áramlás iránya, extrúziós kapu; (2) kék nyíl – anyag-áramlás, magma feláramlás; (3) piros nyíl és vonalak – elektromos áram energiatartományai / vezetési sávok elvi illeszkedései ● Legend: A – bedrock; B – tuff rings / pumice cone; C – lava dome; Ca – obsidian and obsidian-like vitreous volcanic rocks (coherent glass); Cb – marekanite, perlite; Cc – crystalline rhyolite; Cca – fluid textures; Ccb – coarsely-vesiculare pumice; Ccc – finely vesicular pumice; Cda – basal pumice breccia; Cdb – carapace breccia and talus blocks. α – obsidian zone; β – marekanite zone; γ – perlite zone |
Az obszidián sávos textúrája – anyagáramlás rétegei és/vagy elektromos vezetési sávok?
|
Már Szádeczky Gyula felfigyelt az obszidián-öglék (gumó és poliéder-formájú obszidialitok) csíkos-réteges, sávozott megjelenésére: „Az Obsidán szövetét mikroszkóppal nézve a legtipikusabb fluidál-szövetnek találjuk.” „…a fluidál-szövet… makroszkóposan is felismerhető.” „Olykor a különböző színű, szerkezetű rétegek nagyon vékonyak, szabályosan következnek egymás fölött, és olyan egyenesek, mintha csak vonalzóval lettek volna húzva.” „A rétegzettség felismerhető nemcsak a felületen, hanem az Obsidián belsejében is, mert a nagyobb bemélyedések vagy az ezek által alkotott vonalak mindig az erősebben kristályosodott helyeknek felelnek meg.” „Vannak Obsidiánok, melyek egyes rétegei csaknem egészen fehérek… Ezen fehér színt az eléggé tiszta üveganyagban lévő rendkívül sok légbuborék okozza.” Az obszidián „fehér, szürke, sőt fekete színű rétegek által látszik alkotva lenni.” A fényvisszaverődésről: „Ezt is rétegzettség és pedig fekete és zöldes rétegek éles váltakozása idézi elő, a világosabb színű rétegeket azonban itt nem légbuborékok okozzák, hanem rendkívül sok és apró kettős határvonalú pálczikás képződmény (belonit), melyek egy vékony sávnyi területen csaknem teljesen ellepik az üveges alapanyagot. Az ezzel szomszéd sáv, mely szabad szemmel nagyban feketének látszik, többé kevésbé tiszta üveganyag.” „A mikroskóp arról győz meg, hogy a fehér sávokat itt is kristallitos kiválások idézik elő, vagy pedig számtalan hossztengelyével egy irány felé álló ovális légbuborék.” (Szádeczky Gyula: A magyarországi obsidiánok – különös tekintettel a geológiai viszonyaikra. Magyar Tudományos Akadémia, 1887) |
Az obszidián sávos textúráját a magam részéről elektrokémiai jelenségnek tartom: inkább a szabad töltéshordozók meghatározott irányú, rendezett mozgásához, az ion- és elektron-„áramlásokhoz”, más szóval az elektromos áramhoz igazodó részecskék (mikrolitok, azaz kristálykezdemények, illetve gázbuborékok) struktúrája, vékony és egyenes (!) rajzolata (egyfajta kőzetbe fagyott Birkeland-áramok), nem pedig anyagáramlások, folyásos szerkezetek rétegei.
● The banded texture of the obsidian is an electrochemical phenomenon: it reflects the pattern of particles (microlites, gas bubbles) adjusted to the ordered motions of free charge carriers along defined lines (ionic and electron flows, a kind of Birkeland currents frozen into the rock) rather than the layering of material flows (flow structures).
|
3. ábra. Vulkáni üveg textúrák illetve kőzetfáciesek sematikus keresztmetszete (részlet a 2. ábrából) ● Figure 3. Schematic cross-section of volcanic vitreous textures and lithofacies Jelmagyarázat: B – piroklasztitból felépülő tufagyűrű (tefra) / horzsaköves ártufa / habkőkúp; C – lávadóm és a lávafolyásokat felépítő riolitos kőzetváltozatok; Cda – alapi breccsa; Cdb – felszíni breccsa; Ca – obszidián; Cb – obszidiánh-jellegű vulkáni üveg (marekanit, perlit); Cc – kristályos riolit; Cca – folyásos szövetű (fluidális) litofácies; Ccb – apróhólyagos (lithofizás) riolit, horzsakő / habkő (pumice); Ccc – durvahólyagos (lithofizás) riolit, horzsakő / habkő (pumice); α – obszidián-zóna; β – marekanit-zóna; γ – perlit-zóna. ● Legend: B – tuff rings / pumice cone; C – lava dome; Ca – obsidian and obsidian-like vitreous volcanic rocks (coherent glass); Cb – marekanite, perlite; Cc – crystalline rhyolite; Cda – basal pumice breccia / contact lava breccia; Cdb – carapace breccia and talus blocks / pumice obsidian breccia. α – obsidian zone; β – marekanite zone; γ – perlite zone (1) Fehér nyíl – az obszidián-áramlás iránya; (2) piros nyilak és vonalak – elektromos áram energiatartományai / vezetési sávok; (3) Fibonacci-sorozat elágazási mintái – mikro- és makrorepedés-hálózat: a jellemzően síklapokkal, alárendelten görbefelületekkel határolt kristályszerű testek (obszidialitok) elválási felületei (lásd: 4. kép, 6. kép) |
4. kép. Az obszidialit kristályformához hasonló / kristályszerű poliéder ● Picture 4. Obsidialite, a crystalline-like polyhedron / a polyhedron similar to crystal forms
Az obszidián sűrűn váltakozó, vékony és egyenes rétegei nagy valószínűséggel ún. vezetési sávok[5] – olyan energiatartományok – lenyomatai, amelyekkel az elektronok rendelkezhetnek egy szilárd, vagy kvázi plasztikus anyagban. Azaz elektromos áramot vezető (fémes, félfémes), félvezető vagy szigetelő közegek váltakozása, ezen sávszerkezetek eltérő optikai jellemzőinek megnyilvánulása.
Ezeknek a téziseknek a bizonyítása nem egyszerű feladat. Az üveg (a hozzá hasonló, bár fémeket is tartalmazó obszidián) a legjobb elektromos szigetelő. Amikor pedig elektromosságot vezető állapotban van, azaz elektrolitként viselkedik, akkor az elektrolízis mechanizmusának vizsgálatát gátolja a magas hőmérséklet és a kőzetolvadékból leváló oxigén korrozív hatása.
Az obszidián tehát megszilárdult elektrolit, „üveggé dermedt” plazma.
● Obsidian: plasma / an electrolite turned into natural glass.
●●●
A kárpáti obszidián, ami ún. obszidialit (poliéder, polihedron) formájában lelhető fel, azonban másodszor is „elektrolitizálódott” (találkozott az elektrolízis jelenségével)… Az obszidialitok fizikai mállás, aprózódás, széthullás hatására keletkezett töredékek, melyek felülete érdes, lyukacsos, mélyedésekkel tagolt – és sok esetben „rozsdás”: azaz hidratált vas-oxidok és vas-hidroxidok keverékéből álló foltok, göbök borítják. Ez arra utal, hogy elektrolitos közegben tartózkodott, ahol erős kémiai mállást (oxidációt, elektrokémiai korróziót) szenvedett. Az érdes, rusztikus felületről az obszidián-karakterológia (2) webhelyen olvasható ismertetés.
(2023. 06. 28.)
Jegyzet
[1] A jelentkezésem után és az angol nyelvű absztrakt leadását követően megkapott konferenciaprogram szerint a „Poster Presentations, Session 1: Formation of obsidian” kategóriában Kuniyuki Furukawa, Hiroshi Oka, Motohiro Tsuboi, Tatsuo Kanamaru és Koji Uno „Origin of obsidian pyroclasts inthe Holocene Kawago-dura volcano, Japan” című posztere mellett kaptam volna helyet. Volna, mivel a regisztrációs díjon felüli tetemes útiköltséget, szállásdíjakat és egyéb járulékos költségeket nem tudtam előteremteni, ezért bejelentettem a távolmaradásomat. A lemondásomat követően a szervezők törölték részvételemet és a JTB Corp. Hokkaido Branch visszautalta a regisztrációs díj teljes összegét.
[2] Évekig, de akár évtizedekig, sőt évszázadokig tartó olvadt állapotokról is vannak információk. Például a riolitos vulkáni üveg egyik obszidiánhoz közel álló változatára, a perlitre vonatkozó érdekes adat, hogy Észak-Amerikában olyan perlittesteket találtak, amelyek lehűlése legalább 300 évig tartott.
[3] De az sem zárható ki, hogy bizonyos újra aktivizálódó magmatikus impulzusok (mechanikai mozgások, hőáram, elemmobilizációs anyagáramok újra mobilizálják, újra olvasztják a már bizonyos mértékig kihűlt, megszilárdult lávaárat.
[4] Elektrolitnak azt a vegyületet nevezzük, amelynek vizes oldata vagy olvadéka mozgékony töltéshordozók (anionok és kationok) révén elektromos áram vezetésére képes.
[5] Az elektron-sávszerkezet / energiasáv-szerkezet azokat az energiatartományokat írja le, melyekkel a szilárdtestbeli elektronok (úgynevezett sávelektronok) rendelkezhetnek. Egy anyag sávszerkezete meghatározza például az optikai és az elektronikus jellemzőket. Azt, hogy a szilárdtest vezetési jellege fémes, félfémes, félvezető, vagy szigetelő…
