Еще несколько десятилетий назад большинство ученых считало, что глубокие части Земли расплавлены и лишь сверху прикрыты твердой земной корой толщиной в несколько десятков километров. Воображению геологов рисовались картины подземного огненного океана, который колеблет своими волнами земную кору.
Однако изучение путей сейсмических волн, пронизывающих Землю насквозь, показало, что на глубине не существует сплошного жидкого слоя. Наша планета ведет себя как твердое тело. Более того, ее средняя твердость превышает твердость стали. Однако твердое состояние Земли в целом не исключает наличия в ней отдельных очагов расплавления — бассейнов магмы. В масштабе всей планеты они занимают небольшие объемы и их присутствие не отражается на общей картине прохождения упругих сейсмических волн. Очаги расплавленного материала возникают при благоприятных условиях и затем исчезают.
Каков же механизм образования магмы, как происходит расплавление твердого вещества планеты на глубине? Причины образования магм в течение многих десятилетий служат предметом оживленных дискуссий. Здесь мы снова вступаем на зыбкую почву гипотез, более или менее подкрепленных фактами.
В настоящее время наиболее распространенными являются три точки зрения — три предположения. Первое из них связывает возникновение магмы с резким понижением давления в сильно нагретых глубоких горизонтах Земли. Уже на глубине 40-50 км температура вещества в недрах должна превышать температуру плавления многих магматических пород при нормальном давлении. Однако в недрах Земли вещество находится под давлением вышележащих толщ, а это, как мы уже знаем, несколько повышает температуру плавления.
Но если в земной коре образуется глубокий разлом, то вблизи него давление резко падает, перегретое вещество недр расплавляется и превращается в магму. Динамически магма всегда неустойчива и стремится переместиться в направлении меньшего давления — то есть вверх. С течением времени магматический очаг охлаждается и, наконец, снова затвердевает — отмирает. Правильность такого объяснения образования магм подтверждается постоянным присутствием магматических пород в глубоких разломах земной коры.
С. И. Субботин объясняет изменение давления на глубине действием силы тяжести и прочностью земной коры, что ведет к уплотнению вещества и полиморфным превращениям минералов с образованием более плотных разновидностей, занимающих, естественно, меньший объем. Таким путем над зоной сжатия под земной корой возникает участок пониженного давления, который как бы повисает над уплотненным участком (рис. 9). Но напряжение по краям участка все возрастает, вследствие чего возникают трещины, объединяющиеся затем в зоны разломов. Давление под земной корой резко падает, и около корней разломов образуются магматические очаги. Магма поднимается вверх, а участок земной коры, ограниченный разломами, несколько погружается. Постепенно зона пониженного давления исчезает, и магматический очаг прекращает свое существование.
Рис. 9. Схема образования очагов магмы в мантии Земли (по С. И. Субботину). 1 — гранитный слой; 2 — базальтовый слой; 3 — разломы и магматические породы; 4 — зона сниженного давления и расплавления; 5 — направления перемещения подкорового вещества из-под краев прогиба под его центральную часть; 6 — зона уплотнения; 7 — зона напряжений при переходе от нормального вещества к сжатому
Второе предположение связывает возникновение магм с местным разогревом недр Земли. Причиной этого явления может служить, например, повышенное содержание радиоактивных элементов в определенных участках земной коры. В ходе радиоактивного распада выделяется значительное количество тепла. Оно концентрируется, так как покрывающие горные породы очень плохо проводят тепло. Возникает участок перегрева вещества в недрах Земли. Однако сам по себе радиоактивный распад, по-видимому, не может привести к появлению магматического очага. Он лишь создает предпосылки для образования магмы, которая возникает при уменьшении внешнего давления в таком участке.
В последние годы было установлено, что на развитие магматической деятельности,- наряду с радиоактивностью, влияет низкая теплопроводность осадочных пород. Она в среднем составляет 0,003 кал/см • сек • градус и примерно в два-три раза меньше теплопроводности изверженных пород. Значит, покров осадочных пород, почти сплошь окутывающий более глубокие зоны земной коры, представляет собой надежный теплоизолятор. Под ним идет накопление радиогенного тепла. Предполагают, что при отсутствии такого покрова или его малой мощности магмы возникают на больших глубинах, при значительной толщине осадочной оболочки — на меньших. Некоторые ученые считают, что с накоплением осадочных пород магматические очаги приближаются к земной поверхности и переходят из мантии в земную кору.
Существует и другое объяснение явлений местного разогрева недр Земли. Вещество мантии может постепенно терять газы. Дегазация мантии приводит к образованию воды в недрах планеты путем синтеза атомов водорода и кислорода. Ученые высказывают мнение, что эта реакция имеет цепной характер, происходит со взрывом и выделением значительного количества тепла.
Третье предположение связывает появление магматических очагов с выделением сильно нагретых газов глубинного происхождения. Поднимаясь из мантии Земли, газы частью перерабатывают, частью расплавляют на своем пути твердые массы. Этот процесс, по-видимому, происходит медленно и в несколько этапов. Сначала в твердом материале возникают капельки расплава, затем его становится все больше, получается смесь расплава и обильно пропитанного им твердого материала. Количество расплава все увеличивается, и в конце концов возникает магма.
Казалось бы, все понятно, но откуда берутся «сильно нагретые газы»? Их источник — глубокие недра — нижняя часть мантии, может быть, даже ядро планеты. Они рождаются в процессе преобразования вещества глубоких геосфер. Может быть, они продукты ядерных реакций, происходящих на неведомых глубинах. Может быть, рождаются при каких-то химических реакциях. Здесь, как и раньше, мы сталкиваемся с одной из многочисленных загадок Земли.
Сравнительно простая и четкая картина возникновения магматических горных пород очень усложняется тем, что некоторые горные породы магматического облика могут возникать не только из силикатного расплава. В первую очередь это касается гранитов, широко распространенных пород гранитной оболочки земной коры. В последние десятилетия было установлено, что часть гранитных массивов как будто бы образовалась в твердом состоянии из глинистых сланцев, некоторых песчаников и конгломератов под влиянием процессов метаморфизма. От настоящих магматических гранитов эти породы отличаются отдельными признаками. Так, они не имеют четких границ с окружающими породами, а минералогический состав их и строение очень невыдержаны, в разных местах могут быть различными.
Мы кратко познакомились с современными представлениями о рождении магмы. И тут сразу же возникает вопрос: а сколько типов магмы существует? Столько же, сколько магматических пород? Конечно, нет! Типов магм гораздо меньше. Об этом свидетельствуют хотя бы массивы изверженных пород, образовавшиеся в результате одного внедрения магмы в земную кору, но тем не менее состоящие из нескольких, а иногда даже из многих пород. Возьмем для примера массив гранита около города Коростеня на Украине, изученный академиком В. С. Соболевым. Этот массив состоит более чем из десятка пород. Среди них — лабрадориты, габбронориты, габбро-монцо-ииты (с низким содержанием кремнезема), различные граниты, в том числе рапакиви и пегматиты (с большим содержанием кремнезема). В этом же массиве встречаются породы с повышенным содержанием элемента натрия; такие породы геологи называют щелочными. Разнообразие пород коростеньского массива очень велико, но все они возникли из одного магматического очага.
Огромное разнообразие магматических пород связано с тем, что магмы в процессе своей жизни претерпевают многочисленные изменения состава. Одни из этих изменений вызваны процессами, происходящими в самой магме. Это так называемая дифференциация магмы. Другие пути изменения связаны с тем, что магма не безразлична к окружающим породам: она активно вступает с ними во взаимодействие, поглощает чужеродные тела — участки вмещающих пород, отдает из себя ряд компонентов. Все это изменяет состав магмы.
Изучая распространение магматических пород, их проявления во времени и пространстве, геологи решили, что все разнообразие их, по-видимому, можно объяснить наличием трех типов магмы: кислой, основной и ультраосновной. Кислотность магмы определяется содержанием в ней кремнезема. В кислых магмах его много (более 65%), из них образуются граниты, гранодиориты и некоторые другие породы. В основных магмах содержание кремнезема составляет от 55 до 40%, наиболее распространенные основные породы — базальты. Наконец, ультраосновная магма характеризуется очень низким содержанием кремнезема — не более 40%. Из нее образуются перидотиты, дуниты и другие ультраосновные породы.
На каких же глубинах зарождаются различные типы магм? Еще недавно ученые ограничились бы расплывчатыми предположениями. А сегодня в распоряжении геологической науки уже имеются кое-какие более или менее достоверные данные. В районах действующих вулканов были проведены геофизические наблюдения, которые показали, что под влиянием поднимающейся с глубины магмы происходят сотрясения окрестностей вулканов. На вулкане Мауна-Лоа (Гавайские острова), извергающем лавы основного состава, уже дважды проводились наблюдения над изменениями глубины очагов землетрясений, вызываемых движениями магмы. В 1942 г. оказалось, что началу извержения предшествовали сотрясения на глубине 42-47 км. По всей видимости, они отвечали началу перемещения магмы. Затем глубина сотрясений начала постепенно уменьшаться, что указывало на постепенный подъем лавы по вулканическому каналу. Когда глубина сотрясений стала незначительной, началось извержение базальтовой лавы. Во время извержения 1959 г. глубина магматического очага вулкана Мауна-Лоа оказалась равной 70 км.
Очень интересные данные о глубине зарождения магмы были получены в районе Ключевского вулкана на Камчатке. Этот вулкан также извергает основную лаву. Вулканолог Г. С. Горшков изучал здесь распространение упругих сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. При сейсмических толчках возникают два типа волн: быстрые продольные и более медленные поперечные, причем последние не проходят через жидкое вещество. Г. С. Горшкову удалось установить, что в районе Ключевского вулкана поперечные волны были задержаны на глубине около 60 км и глубже не проникли. На основании этого исследователь заключил, что магматический очаг Ключевского вулкана находится на глубине около 60 км и по форме близок к выпуклой линзе с поперечником 25-35 км. Объем очага был определен в 10-20 тыс. км3 жидкой магмы.
Приведенные цифры свидетельствуют о наличии крупных резервуаров магмы на глубине 50-70 км, то есть непосредственно под земной корой. Но магма, по-видимому, может зарождаться и на больших глубинах, а также образовывать очаги ближе к земной поверхности.
В 1963 г. было проведено геофизическое изучение Ава-чинской группы вулканов на Камчатке. Исследование производилось сейсмическими методами, с помощью искусственных взрывов; кроме того, изучалось поле тяжести в окрестностях вулканов и магнитное поле. И — удивительная вещь — оказалось, что магматический очаг Авачинской группы вулканов залегает всего на глубине 3-4 км. Подкоровое вещество проникло здесь почти к самой поверхности, до него можно «достать» буровой скважиной.
Вероятно, очаги многих вулканов залегают недалеко от поверхности Земли. И когда они затвердеют, остынут, будут вскрыты эрозией, геологи обнаружат на их месте такие же массивы изверженных пород — гранитов, диоритов, габбро, которые мы считаем «глубинными» и встречаем в любой складчатой зоне Земли.
Теоретически о глубинах появления магмы можно судить на основании изменения температуры земной коры. Этими вопросами занимается Е. А. Любимова. Исходя из средней величины повышения температуры с увеличением глубины и гипотезы О. Ю. Шмидта о первоначально холодной Земле, испытавшей радиоактивный разогрев, Е. А. Любимова считает, что под континентами на глубине 60 км температура составляет около 600°, а на глубине 100 км достигает 1250° С, Температура плавления базальта — около 1200° С; под влиянием давления вышележащих оболочек Земли она повышается. Значит, при наличии благоприятных условий образование магмы базальтового состава может происходить начиная с глубины 100-120 км. Ультраосновные магмы, по-видимому, возникают на несколько больших глубинах, порядка 150 км.
Наименее «глубинна» гранитная магма: вероятно, она образуется за счет расплавления нижних горизонтов гранитной оболочки земной коры — на глубине около 40 км и меньше.
Как долго могут существовать магматические очаги? По-видимому, это зависит от объема очага и особенностей окружающих пород. Расчеты показывают, что камера, заполненная базальтовой магмой с начальной температурой 1300° С и объемом 80 тыс. км 3 , может существовать более 70-80 млн. лет. За этот отрезок времени температура в камере снизится до 650-700° С, то есть основная масса базальта затвердеет.
Если исходить из гипотезы первоначально холодной Земли, то следует иметь в виду, что в истории нашей планеты был такой период, когда не происходило образования магмы. Так должно было быть на первом этапе формирования Земли, когда ее недра еще не успели достаточно разогреться в результате радиоактивного распада. Например, по расчетам Е. А. Любимовой, 3 млрд. лет назад магматической деятельности на Земле не было. Разумеется, это тоже гипотеза. Гипотеза, построенная на другой гипотезе о первоначально холодной Земле. Могло быть и иначе. Магматическая деятельность далекого прошлого — догеологического отрезка истории нашей планеты — могла быть более интенсивной, чем в последующие эпохи. Будущие поколения геологов и геофизиков, без сомнения, установят истину.
А пока можно говорить о том, что магматические очаги возникают на разных глубинах Земли при определенных благоприятных условиях; как только такие условия исчезают, очаги прекращают свое существование. Однако этим не исчерпывается жизнь магматических очагов; она гораздо сложнее. Ряд косвенных данных привел члена-корреспондента Академии наук СССР Ю. А. Билибина к интересному предположению, что очаги магмы, возникнув, не остаются на месте. Они увеличиваются в размере, разрастаются, при этом поднимаются в более высокие горизонты земной коры. Поднимаясь, магматический субстрат обогащается кремиекислотой, состав магмы становится более кислым. Более кислыми становятся и возникающие из этой магмы породы.
Но вот магматический очаг начинает угасать. Охлаждаясь, он постепенно опускается вниз. При этом магма и образующиеся из нее породы изменяют свой состав в обратном направлении — от более кислых к основным. Таким образом, даже жизнь магматического очага нельзя сводить только к образованию жидкого силикатного расплава. Возникнув, очаг магмы не остается неподвижным. По мере своего развития, он перемещается в слоистых оболочках земных недр, меняет свой состав, температуру, рождает целые семьи различных горных пород.
Огненная кровь Земли — магма — пульсирует в жилах планеты; появляясь и исчезая в разных местах, она живет своей необычно сложной, во многом еще неразгаданной жизнью. Ее загадки тесно переплетаются с иными загадками недр Земли — недр, частью и порождением которых она является.
источник
Магма (От греч. «магма» — «густая мазь») смесь магматического расплава, кристаллов и/или их сростков и флюидной фазы, способная к перемещению в земной коре. Магма, изливающаяся на поверхность Земли, теряет растворенные летучие компоненты и превращается в лаву, которая застывая формирует эффузивные горные породы. При застывании магмы на глубине образуются интрузивные горные породы, которые образуют разнообразные по форме и размерам интрузивные тела — от мелких даек, представляющих собой выполненные магмой трещины, до огромных массивов, площадью во многие тысячи км 2 .
Магмы по химическому составу делятся на силикатные, карбонатные, фосфатные, сульфидные и т.д. Наиболее распространены в земных условиях силикатные магмы. Силикатные магмы состоят из соединений кислорода, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na,К, Ti, P и других элементов. При высоких давлениях в магмах может быть растворено значительное количество летучих компонентов, таких как вода, углекислый газ, фтор, хлор, соединения серы, углеводороды и др. Силикатные магмы по аналогии с магматическими горными породами подразделяются по содержанию SiO2 (масс.%) на ультраосновные ( 65%). По суммарному содержанию щелочей (Na2O и K2O) магмы подразделяются на магмы нормального ряда, субщелочные и щелочные. Среди этих групп преобладают магмы нормального ряда основного (базальтовые магмы) и кислого (риолитовые или гранитные магмы) состава.
Магма имеют различные физические свойства, которые зависят от их состава, температуры и содержания летучих компонентов. Температуры большинства магм в земной коре лежат в пределах 600-1300°С. Самые низкие температуры зафиксированы для натрокарбонатитовой магмы (
450°С), самые высокие – для коматиитовых и меймечитовых магм (1600-1650°С). Вязкость магматических расплавов варьирует от 1 до 108 Па*с. Наименьшей вязкостью обладают высокотемпературные магмы ультраосновного и основного составов, наибольшая вязкость характерна для риолитовых магм. Магма стремится подняться к поверхности вследствие своей подвижности и меньшей по сравнению с вмещающими породами плотностью. При подъеме она может накапливаться на различной глубине, формируя магматические очаги.
При подъеме к поверхности или в магматическом очаге магма постепенно остывает и начинает кристаллизоваться. Сначала кристаллизуются высокотемпературные минералы, затем постепенно они сменяются более низкотемпературными. Немецкий петрограф К. Г. Розенбуш на основе природных наблюдений и американский петролог Н. Боуэн на основе экспериментов предложили общую последовательность кристаллизации, известную как ряд Боуэна: вначале кристаллизуются магнезиально-железистые безводные силикаты (оливин, ортопироксен, клинопироксен) и основные плагиоклазы, далее следуют роговая обманка и средние плагиоклазы, а в конце процесса образуются биотит, щелочные полевые шпаты и кварц. Такая последовательность характерна для пород нормального ряда, кристаллизующихся при небольших давлениях и умеренных содержаниях летучих. В субщелочных и щелочных породах и при больших давлениях порядок кристаллизации может существенно отличаться от последовательности ряда Боуэна.
Магма может эволюционировать, меняя свой состав. Это приводит к образованию разных по минеральному составу г. п. Дифференциация магмы может происходить до её кристаллизации (докристаллизационная дифференциация) или в процессе кристаллизации (кристаллизационная дифференциация), в промежуточном магматич. очаге (глубинная дифференциация) или на месте её застывания (внутрикамерная дифференциация). Среди факторов, обусловливающих дифференциацию магм, выделяют гравитацию, термодиффузию, ассимиляцию, ликвацию и др. Установление в расплавах гравитац. равновесия может привести к дифференциации их вещества по высоте. Общая тенденция такой дифференциации — обогащение SiO2, Al2O3, CaO и щелочами верх. частей поднимающейся магматич. колонны и накопление MgO и FeO в нижних её частях (гравитац. дифференциация).
Кристаллизационная дифференциация, экспериментально и теоретически обоснована Боуэном для базальтовой магмы B процессе дифференциации под влиянием разл. факторов (напр., гравитац. осаждение или всплывание выделившихся из расплава кристаллов, перемещение их конвекционными потоками) должно происходить и пространственное обособление возникающих минеральных фаз (фракционирование). B результате в вертикальном разрезе магматич. камеры образуются горные породы различного состава.
Магмы могут менять свой состав за счет взаимодействия с вмещающими породами. При фильтрации по тонким трещинам и каналам магма насыщается минералами вмещающих пород. Кроме этого, магма может разрушать стенки магматических очагов и каналов, захватывая ксенолиты вмещающих пород, которые растворяются в магме полностью или частично (ассимиляция, контаминация). Этими процессами часто объясняют детали строения отдельных массивов магматических пород.
В долгоживущих вулканических центрах приповерхностные магматические очаги периодически подпитываются порциями магм, которые обеспечивают активность вулкана в течение многих тысяч лет. При этом формируется магматическая питающая система, состоящая из области магмогенерации, области миграции магм и приповерхностных магматических очагов. Области магмогенерации существуют за счет факторов (например высокого теплового потока и/или потока летучих компонентов) создающих условия для постоянного или периодического плавления горных пород. Порции магм могут отличаться по составу как от магмы в приповерхностном очаге, так и друг от друга. Попадая в магматические очаги, магмы смешиваются друг с другом и формируют гибридные породы (см. Смешение магм).
До середины XX века предполагали, что под земной корой существует океан магмы. Сейсмологические исследования внутреннего строения Земли доказали, что несмотря на постоянное повышение температуры с глубиной, подстилающая земную кору мантия является твердой. Ранние исследователи исходя из существования единого океана магмы предполагали наличие единой родоначальной магмы, из которой образуются все другие. В качестве родоначальной рассматривалась либо базальтовая, либо ультраосновная пикритовая магма. Российский петрограф Ф. Ю. Левинсон-Лессинг предположил существование двух родоначальных магм: базальтовой и гранитной. Английский геолог А. Холмс предполагал существование трех родоначальных магм: базальтовой, гранитной и ультраосновной (перидотитовой). В настоящее время считается, что различные по составу магмы образуются за счет плавления пород мантии и земной коры в результате трех основных механизмов: привноса тепла и нагрева пород, уменьшения давления или привноса летучих компонентов, преимущественно воды. Их состав зависит от состава субстрата плавления и условий, в которых это плавление происходит. Причиной нагрева может быть поступление тепла из более глубоких слоев Земли, накопление радиогенного тепла и др. Генерация магмы за счет прогрева верхней мантии поднимающимися из нижней мантии плюмами характерна для магматизма океанических островов (горячие точки) и крупных магматических провинций. Плавление за счет уменьшения давления может происходить при подъеме отдельных крупных блоков мантии, которые при этом подъеме сохраняют тепло и высокие температуры. Такой механизм плавления реализуется под срединно-океаническими хребтами, с которыми связан интенсивный базальтовый вулканизм. Присутствие летучих компонентов, например водяного пара, существенно снижает температуру плавления горных пород. Образование магм за счет привноса летучих компонентов в мантию характерно для магматизма островных дуг. Этот магматизм вызван погружением океанической плиты в мантию (см. Субдукция). При погружении происходит прогрев океанической плиты, прогрессивный метаморфизм богатых водой пород плиты (спиллитов, серпентинитов и др.) и выделение огромного количества летучих, которые поступают в вышележащую мантию и вызывают ее частичное плавление.
Mагмы возникают при частичном плавлении ранее существовавших горных пород, при котором легкоплавкие жидкие фракции отделяются от нерасплавившегося твёрдого остатка (т.н. реститов). Степени плавления могут варьировать от первых процентов до 40-50% от объема первоначальной породы. Из земных магм наиболее высокие степени частичного плавления мантии зафиксированы для коматиитов, которые формировались преимущественно в архейскую эру (4.5-2.6 млрд. лет назад). Большая часть гранитных магм формируется за счет плавления пород земной коры, а базальтовые магмы преимущественно пород верхней мантии.
Условия образования магм, состав плавившихся пород, условия внедрения магм в земную кору, условия кристаллизации и фракционирования определяют набор компонентов, которые концентрируются при этих процессах и формируют месторождения полезных ископаемых. Рудные минералы (минералы Сr, Ti, Ni, Pt) обосабливаются в процессе кристаллизации базальтовых магм и образуют магматические месторождения в расслоённых комплексах (Норильск в России, Бушвельд в ЮАР, Садбери в Канаде). На последних стадиях формирования интрузивов (послемагматическая стадия) за счёт летучих компонентов, отделившихся от магм и теплового потока, поступающего от интрузивов во вмещающие породы формируются гидротермальные, грейзеновые, скарновые месторождения цветных, редких и драгоценных металлов, а также некоторые месторождения железа.
источник
Эволюция и дифференциация магм. Причины многообразия магматических пород и полезные ископаемые, связанные с ними
О свойствах и составе магмы судят по лаве и тем магматическим горным породам, которые образовались в результате остывания магмы. Эти породы по составу очень разнообразны. Крайними членами ряда магматической породы являются с одной стороны – кислые породы, с другой – основные и ультраосновные. Между этими крайними членами магматических пород существует большое количество переходных пород. Возникает вопрос, была ли родоначальная магма столь же разнообразной, как и кристаллизовавшиеся из нее породы. Некоторые ученые считают, что в глубине Земли существуют разнообразные магмы, отвечающие по своему составу горным породам.
Рис. . Пластовая контракционная отдельность в Столбовском штоке кварцевых сиенитов. Окрестности г. Красноярска (фото С.А. Ананьев)
Ряд ученых (Р.О. Дэли, Н.Л. Боуэн, А.Н. Заварицкий) признают существование одной родоначальной силикатной магмы – основной (базальтовой), по мнению других (Ф.Ю. Левинсон-Лессинг) – две магмы: кислая и основная, по мнению третьих (А.Холмс) существует три магмы: ультраосновная (перидотитовая), основная (базальтовая) и кислая (гранитная). Каждая группа приводит свои доказательства. Последний вариант подтверждается и данными геофизики. Причину же разнообразия магматических пород следует искать в развитии самой магмы, изменении ее состава. Развитие магмы проявляется в процессах дифференциации и ассимиляции.
Дифференциация магмы – это процесс распада однородной магмы на фракции разного состава, который в конечном итоге приводит к образованию разных пород.
Дифференциация может происходить как на глубине (в магматическом очаге) до внедрения магмы в верхние части земной коры, так и в магматической камере, где магма застывает, превращаясь в интрузивное тело.
Глубинная дифференциация является главным процессом, который приводит к возникновению разнообразных пород из родоначальной магмы. Выделяют два типа дифференциации:
1. Собственно магматическую, т.е. дифференциация вещества в жидком состоянии;
2. Кристаллизационную дифференциацию, т.е. дифференциацию, связанную с образованием кристаллов.
Магматическая дифференциация происходит раньше кристаллизационной. Магматическая дифференциация, т.е. расщепление магмы еще в расплаве, может происходить различными путями:
— расслоение магмы по удельному весу путем отделения тяжелых молекул от более легких;
— разделение в результате ликвации, т.е. расслоения на две несмешивающихся жидкости. Этот процесс подобен разделению нагретой смеси воды и жира при понижении температуры. Аналогичным образом при понижении температуры до 1500 о С происходит разделение первичной магмы на сульфидную и силикатную. В результате такого разделения среди основных силикатных пород появляются капли сульфидных минералов, которые концентрируясь, могут образовывать месторождения Ni и Cu. Примером ликвационных месторождений является медно-никелевое Норильское месторождение.
Кристаллизационная дифференциация появляется в тот момент, когда в процессе остывания, вещество переходит в состояние кристаллизации. Остывание идет за счет отдачи тепла вышерасположенным породам. С падением температуры возникают кристаллы. В первую очередь выпадают из расплава самые тугоплавкие минералы. Кристаллизация начинается у края магматического очага, где температура падает быстрее всего. Кристалл при определенной температуре может сосуществовать с жидкостью (точка ликвидуса). При дальнейшем уменьшении температуры наступает кристаллизация расплава (точка солидуса — переход среды от жидкого расплава к твердому). Между ликвидусом и солидусом поле (область) существования кристаллов и расплава. Образовавшиеся кристаллы погружаются в глубину. Более тяжелые железомагнезиальные соединения концентрируются в более глубоких частях магматической камеры, где основность пород возрастает. Оставшаяся часть магмы обогащается соединениями Ca, Al, щелочами, SiO2 и летучими постепенно становится кислой. Все это является причиной того, что магматических горных пород гораздо больше, чем исходных магм. Примером месторождений, образовавшихся в результате кристаллизационной дифференциации являются месторождения платины и хромитов на Урале.
На изменение состава магмы влияют процессы ее взаимодействия с окружающими породами. Этот процесс носит название ассимиляции или контаминации. Вмещающие породы могут расплавляться и изменять состав магмы. Естественно, что при этом меняется ее химический состав. Так, например, при внедрении гранитной магмы с основные породы магма будет обогащаться Ca, Mg, Fe. Поэтому нужно различать первичные и вторичные магмы.
Большую роль играет взаимодействие магмы с флюидами – СО2, Н2, Н2О, НFи др. Чем выше флюидное давление в магме, тем ниже ее температура кристаллизации. При этом обычно флюидопоток направлен из горячих областей к более охлажденным, т.е. снизу вверх.
Эволюцию магмы и причины разнообразия горных пород хорошо объясняет и принцип Боуэна. Боуэн разделил основные породообразующие минералы на две группы — светлоокрашенные (салические) и темноокрашенные (фемические) и расположил их в порядке последовательности выделения из магматического расплава: оливин – пироксены – амфиболы – биотит — мусковит; анортит – плагиоклазы – олигоклаз – альбит — кпш – кварц. Эта последовательность в двух группах и соответствие в ней определенных минералов одного ряда с определенными минералами другого ряда позволяет определить возможные парагенезисы минералов – совместное образование минералов. Например, совместное нахождение оливинов и пироксенов с анортитом. Таким образом, сначала идет образование ультраосновных и основных ассоциаций минералов. Затем основных, средних. На последних стадиях формируются остаточные расплавы, обогащение кремнекислотой и летучими — образуются кислые породы и пегматиты.
Процесс кристаллизации регулируется не только температурой, но и законом эвтики. Эвтика — это расплав из двух или нескольких компонентов, кристаллизующийся при самых низких температурах из всех возможных для различных смесей этих веществ при одновременном выделении всех компонентов. Например, смесь свинца (Т кристаллизации 326 о С) и серебра (Т -54 о С) кристаллизуется одновременно при соотношении 96% свинца и 4 % серебра при температуре 260 о С. Минерал диопсид (Т — 1391 о С), форстерит (Т -1860 о С). Эвтика — диопсид 88% и форстерит 12 %, температура плавления и, следовательно, кристаллизации 1387 о С градусов. Всякий расплав, не соответствующий эвтектическим соотношениям, начинает кристаллизоваться с того элемента, который находиться в расплаве в избытке по сравнению с эвтикой.
А.Е. Ферсман писал так. В магме – расплаве огромного количества веществ — идет своя внутренняя работа, и отдельные химические элементы соединяются в готовые минералы. Но вот температура падает или давление увеличивается или летучие (флюиды) удаляются и магма начинает делиться и застывать. Одни соединения переходят раньше в твердое состояние, плавают или падают на дно. К этим твердым частицам притягиваются все новые частицы, и твердое вещество отделяется от жидкой магмы. Магма переходит в смесь кристалликов — кристаллическую породу. Огромное количество летучих соединений и растворов пропитывает эту породу, выделяется могучими струями, пронизывает его покров, поднимается к земной поверхности, многие летучие осаждаются на глубине. По трещинам и жилам текут горячие растворы, постепенно охлаждаясь и выделяя минерал за минералом.
источник
- http://wiki.web.ru/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BC%D0%B0
- http://studfiles.net/preview/4410365/page:4/