Магма-эволюция и типы

Магма — один из процессов динамики Земли, представляет собой природный высокотемпературный расплав, образующийся в виде отдельных очагов в литосфере — коре и верхней мантии (главным образом в астеносфере).

Продукты глубиной кристаллизации магмы называются интрузивными горными породами. Магмы, изливающиеся на поверхность Земли (в подводных или наземных условиях), дают начало эффузивным (вулканическим) горным породам. Основа силикатных расплавов состоит из кремнекислородных тетраэдров, различная степень полимеризации которых обусловливает характер их связи. При низкой степени полимеризации в расплавах преобладают изолированные тетраэдры, при высокой-тетраэдры сливаются в каркасы, ленты, цепочки, т.д., образующие каркасные, ленточные, цепочные силикаты и др.

Большое разнообразие типов магматических пород натолкнуло исследователей на идеи существования нескольких родоначльных (первичных) магм.

Еще в 20-е гг. 20 в. советским ученым ЛевинсономЛессингом было выдвинута гипотеза о существовании двух первичных магм: базальтовой (основной) и гранитной (кислой). Теперь принято выделять первичные и вторичные магмы. Зарождается первичная магма на разных глубинах земной коры и верхней мантии и, как правило, поначалу имеет однородный состав. При подъеме она попадает в иные термодинамические условия, что вызывает различные изменения в составе магматического расплава, в результате чего однородная первичная магма превращается в производные магмы иного состава, дающие начало закономерным магматическим сериям. Эволюции магматического расплава происходит путем нескольких последовательных в определенной степени процессов: ликвации; кристаллизационно-гравитационной дифференциации при ассимиляции и магматическом замещении.

Ликвация — разделения магмы при определенных физико-химических условиях на два несмешивающихся расплава, вследствие резких различий в их плотностях и удельных объемах, один из которых, сульфидный, более тяжелый опускается на дно магматической камеры, а другой, силикатный, насыщенный летучими, как более легкий, поднимается в ее верхнюю часть.

Кристаллизационно-гравитационная дифференциация — процесс кристаллизации минералов из магматического расплава, проходящий в определенной последовательности. Принцип кристаллизационной дифференциации, обоснованный канадским петрографом Н. Л. Боуэном, состоит в следующем: кристаллы, выделяющиеся из магмы, отличаются иным от нее составом и большей плотностью, что обусловливает их погружение и изменение состава остаточного расплава. Он установил последовательность выделения кристаллов из магмы, называемой бинарным реакционным рядом Боуэна (рис. 1)

Реакционный принцип Боуэна предусматривает реакции между кристаллами и жидкой магмой. Железо — магниевые минералы, начиная с оливина и кончая биотитом, образуют дискретный реакционный ряд. Оставшаяся жидкая магма при остывании реагирует с кристаллами оливина, образуя пироксен; с пироксеном — образуя амфибол; с амфиболом — биотит.

Полевые шпаты плагиоклазового ряда образуют непрерывный реакционный ряд от богатого кальцием анортита до натриевого альбита. Изменения в этом ряду происходят постепенно, а не в виде прерывистого процесса. В 1962 г. норвежский петролог Барт добавил третий непрерывный реакционный ряд, включающий калиевые полевые шпаты, взаимодействующие с минералами плагиоклазового ряда. Когда кристаллизация минералов реакционных рядов близка к завершению, образуется кварц. В результате кристаллизационно-нравитационного фракционирования происходит расслоение первично однородной базальтовой магмы на ультраосновную часть в основании, сменяющейся основной и все более кислой, вплоть до гранитной. Дифференциация в магматическом очаге приводит к внедрению в верхние горизонты земной коры уже готовых дифференциатов, формирующих расслоенные интрузии самых разных масштабов. В последующей эволюции магматических расплавов важную роль играют флюиды, которые Д. С Коржинский называл сквозь магматическими (или трансмагматическими) потоками. Глубинные флюиды, возникновение которых связано с дегазацией мантийного вещества, проходя черех расплав и взаимодействуя с ним, в зависимости от степени своей растворимости, повышают или понижают температуру его кристаллизации, оказывая тем самым большое влияние на процессы дифференциации. И еще одни важным фактором эволюции магматических расплавов является их взаимодействие с вмещающими породами. Это явление получило название ассимиляции. Расплавляя и растворяя вмещающие породы, магмы тем самым изменяет и свой состав. Свидетелями поглощения вмещающих пород служат сохранившиеся их остатки — ксенолиты. При этом набольшей химической агрессивностью по отношению к вмещающим породам отличается кислая магма. Возможно, именно этим процессом можно объяснить масштабность гранитного магматизма, приводящим к формированию огромных гранитных батолитов. Процесс неполной переработки магмой вмещающих пород носит название гибридизации. Магма, «загрязненная» чужеродными компонентами, образует в процессе кристаллизации на отдельных участках гибридные породы, которые по своему составу резко отличаются от пород основной части интрезивного массива.