Магма и магмоообразование - Учебное пособие

1. Магма и кристаллизация магматических расплавов 1.1 Общие понятия о магме Существующие представления о строении и составе внутренних частей Земли базируются на данных сейсмологических измерений. Граница между земной корой и мантией располагается на глубине от 6 до 40-60 км и называется поверхностью Мохоровичича (граница М) в честь югославского ученого, открывшего ее в 1909 г. Граница между мантией и ядром Земли открыта в 1914 г. Гуттенбергом (граница Г) и располагается на глубине 2900 км. По современным представлениям мантия Земли соответствует составу каменных метеоритов, которые сложены оливином, никелистым железом, пироксенами, плагиоклазами и др. В пределах астеносферы температура превышает температуру плавления базальтов (1000-1500?С), а давление достигает 1-20 тыс. МПа. Раздел между мантией и земной корой (граница М) фиксируется переходом от существенно оливиновых пород к породам, в которых главную роль играют полевые шпаты. В нижней части земной коры выделяется слой непостоянной мощности с плотностью около 2800-2900 кг/м3, соответствующий смеси пироксенов и основных плагиоклазов («базальтовый слой»). Название «базальтовый» условно, поскольку он сложен различными породами, в частности под континентами - метаморфическими породами. Выше его на континентах располагаются менее плотные породы (2600-2700 кг/м3), соответствующие кварцево-полевошпатовым породам (гранитам). Этот слой назван «гранитным», хотя значительная его часть сложена гнейсами и кристаллическими сланцами. Наиболее жесткий слой верхней мантии до глубины около 70 км совместно с земной корой объединяется под названием «литосфера», которая расчленена на 10 литосферных плит, к границам которых прпурочены глобальные подвижные зоны с очагами землетрясений, положительными термическими аномалиями и вулканизмом (срединноокеанические хребты, тектонически активные островные дуги, континентальные рифтовые зоны и др.). 1.2 Природа магмы Изверженные горные породы образуются в результате застывания горячего подвижного силикатного расплава, называемого магмой. Магма обычно считается расплавленным веществом горной породы. Тем не менее текущая магма обычно содержит взвешенные кристаллы и пузырьки газа. Сомнительно, например, чтобы некоторые гранитные интрузии были когда-нибудь совершенно, или в большей своей части жидкими. Поэтому термин «магма» мы будем использовать для обозначения всех встречающихся в природе подвижных изверженных материалов, которые в значительной части состоят из жидкой фазы, имеющей состав силикатного расплава. При этом исключаются такие материалы, как чистые сульфидные, фосфатные или карбонатные расплавы, для которых можно использовать специальный термин «Сульфидная магма» и т.д. С физико-химической точки зрения магму следует рассматривать как многокомпонентную систему, состоящую из жидкой фазы или расплава и некоторого количества твердых фаз в виде взвешенных кристаллов оливина, пироксена, плагиоклаза и т.д. Этот раствор, вероятно, сильно отличается от обычных водных растворов ионизированных солей, в которых преобладают катионы Na , Ca2 , и анионы (SO4)2- и Cl- Силикаты являются наиболее важными компонентами изверженных пород. Физическое состояние этих силикатов в расплаве достоверно не известно. Степень комплексности этих групп зависит от температуры и от состава магмы, так как добавка небольшого количества (ОН) или F вызывает распад крупных ионных групп, уменьшая тем самым вязкость расплава. Судя по составу газов, извергаемых вулканами, газовая фаза магмы состоит в основном из воды и небольшого количества CO2, HCl, HF, SO2, H2BO3 и др. Наиболее высокие температуры (1150 и 1350?С) были определены для насыщенных газом лав из газирующих куполов Гавайских островов. Мусковит, как минерал, присущий многим гранитам, не может кристаллизоваться при температурах, намного превышающих 700?С, даже при давлении воды в несколько тысяч бар. Экспериментальные исследования кристаллизации водосодержащих полевошпатовых расплавов показали, что расплавы, приближающиеся по составу к граниту, могут существовать при давлениях воды, сравнимых с глубинными, и при температурах ниже 700?С. Родоначальные магмы Природные ассоциации магматических пород, закономерно возникающие в подобных геологических условиях, указывают на то, что разные породы, входящие в состав одной ассоциации, имеют общее происхождение, образуются из одной родоначальной магмы. Можно предположить, что базальты, как быстро затвердевшие эффузивные породы являются продуктом первичной недифференцированной магмы, а интрузивные граниты, кристаллизовавшиеся медленно, могли получиться в результате дифференциации базальтовой магмы. 3. По мнению А. Холмса, существует три родоначальных магмы: базальтовая, гранитная и перидотитовая. За исключением «холодных интрузий» серпентинитов, формирование ультрамафических тел сопровождалось внедрением высокомагнезиальной ультраосновной магмы вдоль стратиграфически или структурно ослабленных поверхностей во вмещающих породах. 2. Серпентинизация является либо поздне