Магматические расплавы, которые при затвердевании превращаются в вулканические или интрузивные горные породы, зарождаются в верхней мантии или континентальной земной коре, а затем перемещаются вверх и либо достигают поверхности Земли либо кристаллизуются на некоторой глубине. Поведение магм в процессе зарождения, подъема и затвердевания в значительной мере определяется физическими свойствами расплавов, главными из которых являются температура, плотность и вязкость.
Температура силикатных магм в момент зарождения варьирует от 1800- 1600 до 600-500 °С в зависимости от глубины источника и состава расплава. Наиболее высокие начальные температуры характерны для глубинных ультрамафических коматиитовых и пи-критовых магм, а самые низкие -- для кислых гранитных магм, образованных на меньшей глубине.
Температура, при которой магмы могут существовать в жидком состоянии, значительно понижается в тех случаях, когда силикатные расплавы содержат растворенную в них воду, а также фтор, литий, бор. Растворимость воды в силикатных расплавах возрастает от долей мас. % при атмосферном давлении до десятков мас. % при давлениях, соответствующих глубинам свыше 30 км. Максимальные содержания воды в природных магмах, затвердевших в виде горных пород, достигают 5-10 мас.%, фтора 1 -2 мас.%, лития и бора - сотых и десятых долей процента. Кроме воды, магмы могут содержать растворенную углекислоту. При низких давлениях растворимость С0 2 в магмах примерно на порядок ниже, чем Н 2 0, однако при высоких давлениях, существующих в мантии Земли, растворимость С0 2 значительно возрастает, и растворение углекислоты понижает температуру мантийных магм. При подъеме расплавов, содержащих Н 2 0, С0 2 и другие летучие компоненты, растворимость которых уменьшается по мере снижения давления, избыточная газовая фаза выделяется в виде пузырьков и удаляется из магмы.
О температуре магм судят по экспериментальным данным, прямым измерениям во время вулканических извержений, а также по результатам исследований с использованием геологических тер-
Часть III. Магматические горные породы (петрология)
мометров. Последними служат минералы и их ассоциации, состав которых является функцией температуры.
Плотность жидких магм равна 2.2-3.0 г/см 3 , что примерно на 10% меньше плотности твердых магматических пород такого же химического состава и того твердого корового или мантийного вещества, из которого выплавляются магмы. Разница плотностей обусловлена расширением вещества при плавлении.
Плотность минералов, которые выделяются из расплава при кристаллизации, может быть больше или меньше плотности жидкой фазы. В зависимости от соотношения плотностей кристаллы могут погружаться на дно или всплывать к кровле магматической камеры.
Сжимаемость магм под действием внешних сил мала, но все же больше, чем для кристаллических пород, поэтому положительный объемный эффект плавления уменьшается с ростом давления. Высказано предположение, что на глубине 250-500 км плотность жидкой магмы становится равной плотности оливина и пироксена - главных минералов, слагающих мантию Земли. В отношении оливина эта гипотеза подтверждена прямыми опытами К.Эджи и Д.Уо-кера (1993 г.), которые установили, что при давлении около 8 ГПа (глубина -250 км) плотность оливина становится равной плотности коматиитового расплава. Однако при этом давлении устойчив более плотный гранат, так что магматическая жидкость, вероятно, в целом все же легче твердого материала мантии Земли. Вместе с тем возможность флотации оливина на больших глубинах может иметь важное петрологическое значение.
Плотность магм зависит от их состава и увеличивается от кислых расплавов к основным и ультраосновным-ультрамафическим (табл. 3.1). Плотность кислых магм меньше, чем средняя плотность
Таблица 3.1. Плотность и вязкость магматических расплавов
3. Физические свойства, зарождение и подъем магматических расплавов
вещества континентальной земной коры (-2.7 г/см 3), а ультрамафические магмы имеют более высокую плотность по сравнению с материалом земной коры. Плотность магм обычно определяют расчетным путем, суммируя парциальные мольные объемы отдельных компонентов.
Вязкость - свойство, которое ха- Рис. 3.1. Распределение растеризует подвижность жидкости при скоростей в ламинарном
наличии градиента давления. Это свой- п отоке вязкой жидкости
Пояснения см. в тексте
ство обусловлено трением между стру-
ями жидкости, которые перемещаются
с разной скоростью. Если в ламинарном 1 потоке жидкости возникают градиенты скорости dV/dX под действием касательных напряжений dF/dS, вызванных внутренним трением (рис. 3.1), то во многих случаях сохраняется линейная зависимость, известная как уравнение Ньютона;
dF/dS = -η(dV/dX),
где η - коэффициент вязкости. Чем больше η, тем менее подвижна жидкая среда. Вязкость (η) измеряют в Па с или пуазах (г/см с = = дин с/см 2); Па с = 10 пуаз.
Магматические расплавы, не содержащие большого количества кристаллов или газовых пузырьков, обладают свойствами ньютоновской жидкости 2 . Вязкость силикатных магм меняется от 10 -1 -0° до 10 8 -10 12 Па с в зависимости от температуры и состава (см. табл. 3.1). Для сравнения заметим, что вязкость воды при комнатной температуре равна 10 -4 Па с, а эффективная 3 вязкость твердого вещества земной коры и верхней мантии - 10 18 -10 23 Па с. Зависимость вязкости (η ) от температуры (Т) описывается уравнением: 1nη = 1nη 0 + E/RT,
1 Ламинарным называется поток, в котором струи жидкости перемещаются па
раллельно друг другу. Если направления и скорости отдельных струй меняются в про
странстве и времени, то такой поток называют турбулентным.
2 При наличии большого количества кристаллов магма превращается в суспен
зию, которая имеет предел текучести (жидкость Бингема). До тех пор, пока касатель
ные напряжения не превысят этого предела, магматическая суспензия остается не
подвижной.
з Перемещение (деформацию) твердого вещества можно описать уравнениями, которые используются для характеристики течения вязкой жидкости. Значения коэффициентов вязкости, которые входят в эти уравнения, называют эффективными.
Часть III. Магматические горные породы (петрология)
где η 0 = const, E- энергия активации вязкого течения, R - газовая
постоянная.
Вязкость силикатных магм возрастает от ультраосновных расплавов к кислым. Если базальтовый расплав при 1200 °С имеет вязкость 10 1 -10 2 Па с, то вязкость риолитового расплава при той же температуре возрастает до 10 5 Па с, а при 800 °С достигает 10 8 Па с. Рост вязкости вызван увеличением степени полимеризации расплава по мере возрастания содержания Si0 2 . Чем больше кремне-кислоты содержится в магме, тем выше доля прочных ковалентных (мостиковых) связей между катионами кремния и анионами кислорода и тем менее подвижен расплав.
Маловязкие базальтовые расплавы могут растекаться в виде лавовых потоков протяженностью в десятки и даже сотни километров, а более вязкие кислые магмы образуют короткие лавовые потоки или вообще не растекаются, выжимаясь на поверхность в виде экструзивных куполов.
Давление само по себе мало влияет на вязкость, однако если в обстановке высокого давления в расплаве растворяется значительное количество воды, то его вязкость снижается. Например, водосодержащие кислые магмы имеют почти такую же вязкость, что и «сухие» базальтовые расплавы, нагретые до той же температуры (см. табл. 3.1).
Хотя вязкость безводных кислых магм очень велика, она примерно на десять порядков ниже эффективной вязкости твердых пород. Поэтому даже кислые магмы весьма подвижны по сравнению с твердым веществом земной коры.
Вязкость магм можно измерять непосредственно как в лабораториях, так и в природных лавовых потоках или озерах. Поскольку такие измерения сопряжены с техническими трудностями, вязкость обычно рассчитывают теоретически, учитывая состав и температуру расплава. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Температура магм
Измеренные температуры лавовых потоков, в большинстве случаев, составляют от 900 до 1100єС. Это, в основном, относится к лавам с базальтовым и андезитовым составом. Наиболее высокие значения получены для базальтовых лав. Температура сильно закристаллизованной «роговообманковоандезитовой» лавы, изверженной из вулкана Сантиагуита в Гватемале, равна 725єС. Наиболее высокие температуры (1150 и 1350єС) были определены для насыщенных газом лав из газирующих куполов Гавайских островов. Внутри Земли магма, несомненно, сохраняется, по крайней мере, частично, в жидком состоянии при температурах гораздо более низких, чем температуры лав, текущих на поверхности. Зеленая роговая обманка и биотит - обычные минералы в богатых кремнеземом изверженных породах. Их структурные отношения с ассоциирующими минералами и стеклом показывают, что они кристаллизовались тогда, когда магма была еще жидкой. На воздухе зеленые роговые обманки при 750єС превращаются в бурые окисленные роговые обманки; кроме того, некоторые магматические биотиты разлагаются при 850єС. Мусковит, как минерал, присущий многим гранитам, не может кристаллизоваться при температурах, намного превышающих 700єС, 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 700єС.
На основании экспериментальных данных и учитывая законы термодинамики, можно сделать вывод, что внутри земной коры температура базальтовой магмы обычно ниже 1000єС (вероятно, 800-900єС), а температура наиболее богатых кремнекислотой магм - 600-700єС. Наиболее вероятный интервал внутрикоровых магматических температур лежит в интервале 700-1100єС. Низкие температуры в этой области относятся к насыщенным водой гранитным магмам, более высокие - к пироксенандезитовым и базальтовым магмам.
Процесс охлаждения магмы
Магма, охлаждаясь в определенном интервале температур, подвергается действию физических и химических реакций, которые согласно принципу Лешателье должны быть экзотермическими (например, конденсация газа, кристаллизация из жидкости, химические реакции с выделением тепла).
Если магму рассматривать как закрытую систему, то есть если обмен материей между магмой и ее окружением отсутствует, то можно ожидать, что магмы различного состава могут несколько отличаться последовательностью кристаллизации, даже если физические условия тождественны. Одна и та же магма в различных физических условиях должна вести себя по-разному. Последовательность явлений, происходящих в магме, охлаждающейся под постоянным внешним давлением, иная, чем в магме, охлаждающейся при постоянном объеме.
Совершенно очевидно, что в большинстве случаев магма является открытой системой со многими переменными. Поэтому, не зная достаточно хорошо физических условий, господствующих в магме, нельзя предсказать ее поведение. Единственными достоверными данными о свойствах и поведении магмы являются сведения, которые дают химические, минералогические и структурные исследования пород при условии, что они будут точно интерпретированы.
Как бы ни было трудно судить о поведении магмы, все же можно установить различие между магмой, охлаждающейся на больших глубинах и магмой лавовых потоков, охлаждающейся на дневной поверхности. Эта разница обусловлена изменениями в равновесии, зависящими от разницы давлений в этих условиях и различиями в механизме охлаждения. На поверхности охлаждение идет сравнительно быстро, в результате чего кристаллизация может и не осуществиться, так как магма, затвердевая, перейдет в стеклообразное метастабильное состояние. Там же, где произойдет кристаллизация, некоторые реакции могут протекать не полностью. Оливин, например, только частично может превратиться в пироксен - минеральную фазу, устойчивую при более низкой температуре в присутствии избытка кремнезема.
Скорость охлаждения зависит не только от глубины, но также от размера и формы интрузивного тела. Малые тела со сравнительно большой поверхностью при данном объеме охлаждаются гораздо быстрее, чем крупные тела почти сферической формы. Фактически скорость охлаждения, по-видимому, почти всегда одна и та же независимо от того, охлаждается тело на глубине 100 или 1000 м. Типичные признаки быстро охлажденных масс можно найти в тонких пластинчатых телах, внедренных на значительной глубине, но они могут отсутствовать в мощных телах, внедрившихся в поверхностные толщи.
Большая разница между магмой, охлаждающейся на больших глубинах, находится в соответствии со свойствами летучих компонентов, главным образом воды. Растворимость воды в силикатных расплавах, по-видимому, в некоторых пределах возрастает с повышением давления, так как молекулярный объем водяного пара значительно больше при низком давлении, чем парциальный молекулярный объем воды в расплаве. Магмы, достигающие поверхности, могут вследствие этого потерять большую часть своих летучих компонентов.
Летучие компоненты играют весьма важную роль в двух смыслах. Во-первых, они имеют сравнительно низкие молекулярные веса, а их молекулярные доли в расплаве велики по сравнению с их концентрацией в весовых процентах. Например, молярная доля воды в шести процентном растворе воды в альбите составляет почти половину. Вследствие этого малые количества воды заметно изменяют химические потенциалы других компонентов в расплаве, вызывая значительное понижение точек плавления разных составляющих магму силикатов. Во-вторых, такие компоненты, как H 2 O, F, Cl значительно понижают вязкость силикатных расплавов. Этот факт объясняется разрывом кислородных мостиков Si-O-Si, когда O замещается (OH) или F.
Быстрое снятие давления эквивалентно в отношении кристаллизации быстрому охлаждению.
Вязкость расплава хорошо иллюстрирует зависимость физических свойств магмы от состава и параметров окружающей среды. Вязкость силикатных расплавов очень быстро уменьшается с повышением температуры. Она, вероятно, возрастает с понижением давления при постоянной температуре. Вязкость также сильно зависит от содержания кремнезема в расплаве. Она значительно выше для богатых, чем для бедных кремнеземом магм. Кроме того, на вязкость, как уже отмечалось, влияет присутствие летучих компонентов, хотя экспериментально эта величина не определена. Следовательно, предсказать вязкость природной магмы невозможно. Резкие местные изменения вязкости иногда наблюдаются в кажущихся однородными лавах, излившихся одновременно из одних и тех же вулканов.
Сколько раз я видел в кино ужасные сцены извержения вулкана: почерневшее небо, пепел, камнепады, потоки лавы. Но что становится причиной столь страшного явления? Оказывается, это магма, а что это такое, я расскажу ниже.
Что из себя представляет магма
Наша планета, как известно, не твердая целиком, а напоминает яйцо, где тонкая «скорлупа» - кора - покрывает вязкий слой мантии. Она очень горячая - до нескольких тысяч градусов, но температура на разных глубинах различается. У ядра она достигает максимума, а, по мере приближения к верхним слоям, уменьшается. По этой причине в веществе наблюдается постоянное перемешивание масс: холодные опускаются, а горячие устремляются вверх. Достигая нижней части «скорлупы» - одной из литосферных плит, массы некоторое время движутся горизонтально, увлекая за собой саму плиту. Сталкиваясь между собой, плиты наползают одна на другую, и кромка одной из них оказывается погруженной в мантию. Породы начинают плавиться, и тогда образуется густая масса - магма, которая содержит:
- расплавленные породы;
- газы;
- воду.
Плотность ее гораздо меньше, поэтому она поднимается к поверхности, заполняя естественные резервуары коры - магматические очаги.
Такие места образуются вдоль линии соприкосновения плит, и по мере увеличения объема, вещество стремится вырваться через трещины. Когда магма находит слабое место, то прорывает его и вырывается на поверхность. Это явление называется извержением вулкана.
Почему извергается вулкан
Наука называет это процессом дегазации магмы. Например, если хорошенько взболтать бутылку газировки, то мощная струя может сорвать неплотно закрытую пробку. То же самое происходит с магмой, которая находится под огромным давлением и, попав на слабое место, просто «вышибает пробку» в вулкане.
Поднимаясь вверх по жерлу вулкана, она постепенно теряет воду и газы, превращаясь в лаву. Как только давление падает, извержение прекращается, а место выхода - жерло - закрывается застывшими остатками лавы. Со временем магма вновь накопится, и тогда процесс извержения повторится.
Магма
(от греч. mágma - густая мазь)
расплавленная масса преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах Земли. Обычно М. представляет собой сложный взаимный раствор соединений большого числа химических элементов, среди которых преобладают кислород, Si, AI, Fe, Mg, Ca, Na и К. Иногда в М. растворено до нескольких процентов летучих компонентов, в основном воды, меньше - окислов углерода, сероводорода, водорода, фтора, хлора и пр. Летучие компоненты при кристаллизации М. на глубине частично входят в состав различных минералов (амфиболов, слюд и прочих). В редких случаях отмечаются магматические расплавы несиликатного состава, например щёлочно-карбонатного (вулканы Восточной Африки) или сульфидного. В вулканических областях М., достигая земной поверхности, изливается в виде лавы (См. Лава),
образует в жерлах вулканов экструзивные тела или выбрасывается с газами в виде раздробленного материала. Последний в смеси с обломками боковых пород и осадочным материалом отлагается в виде разнообразных туфов. Магматические массы, застывающие на глубине, образуют разнообразные по форме и размерам интрузивные тела - от мелких, представляющих собой выполненные магмой трещины, до огромных массивов, с площадями в горизонтальном сечении до многих тысяч км 2 .
При внедрении М. в земную кору или при излиянии её на поверхность Земли образуются Магматические горные породы ,
которые и дают представление о её составе. Типы магмы.
Изучив распространение различных магматических пород на поверхности Земли и показав преимущественное распространение базальтов и гранитов, советский геолог Ф. Ю. Левинсон-Лессинг предположил, что все известные магматические породы образовались за счёт двух родоначальных М.: основной (базальтовой), богатой Mg, Fe и Ca с содержанием SiO 2 от 40 до 55 весовых % и кислой (гранитной), богатой щелочными металлами, содержащей от 65 до 78% SiO 2 .
Английский геолог А. Холмс выдвинул гипотезу о наличии наряду с основной и кислой М. также ультраосновной (перидотитовой) М., исторгаемой непосредственно из подкоровых очагов, содержащей менее 40% SiO 2 обогащенной Mg и Fe. Позднее, когда в конце 20-х годов 20 века было установлено, что вулканы изливают главным образом основную М. (лаву), а кислые породы встречаются только в виде интрузивных образований, американский петролог Н. Боуэн высказал гипотезу о существовании лишь одной родоначальной М. - базальтовой, а образование гранитов объяснял как результат кристаллизационной дифференциации базальтовой М. в процессе её застывания. В конце 50-х годов Н. Боуэн доказал возможность существования гранитной М. В условиях высоких давлений, присутствия воды (2-4%), при температуре около 600 °С. Первоначально считалось, что М. образует сплошные оболочки в недрах Земли. С помощью геофизических исследований было доказано, что постоянных оболочек жидкой М. нет, что М. периодически образует отдельные очаги в пределах разных по составу и глубинности оболочек Земли. В начале 70-х годов на основании результатов большого количества экспериментальных работ было сделано предположение, что гранитная М. образуется в земной коре и верхней мантии, а основная М., вероятно, в области астеносферы (См. Астеносфера)
вследствие выделения относительно легкоплавкого материала. Кроме гранитной и базальтовой М., допускается существование и других, более редких, местных М., но природа их пока не ясна. Предполагают, что возникновению М. благоприятствует местный подъём температуры (разогрев недр); допускается привнос плавней (воды, щелочей и т.д.) и падение давления. В СССР, США, Японии, Австралии ведутся интенсивные экспериментальные исследования по изучению условий образования расплавов, близких к М. Большое значение для выяснения природы М. имеют данные геофизических исследований о состоянии земной коры и верхней мантии (в частности, о температурах глубин Земли). Магматические породы близкого возраста и химического состава, образованные из одного исходного магматического расплава (Комагматические породы),
часто распространяются в зонах протяжением в тысячи км.
Причём магматические породы каждой такой зоны (или провинции) отличаются повышенным или пониженным содержанием какого-либо окисла (например, Na или К) и характерной металлогенией. На основании этого предполагалось существование магматических бассейнов огромных размеров на протяжении целых геологических эпох в течение десятков миллионов лет. По другим представлениям, причина такой однородности заключается в близости составов исходных пород, а также температур и давлений, при которых происходит выплавка М. М. разного состава имеют различные физические свойства, которые зависят также от температуры и содержания летучих компонентов. М. базальтового состава отличается пониженной вязкостью, и образуемые ею лавовые потоки очень подвижны. Скорость перемещения таких потоков достигает иногда 30 км/ч.
М. кислого состава обычно более вязкая, особенно после потери летучих. В жерлах вулканов она образует экструзивные купола, реже - потоки. Для кислой М., богатой летучими, характерны взрывные извержения с образованием мощных толщ игнимбритов (см. Игнимбрит). В интрузивных условиях, при сохранении летучих, кислая М. более подвижна и может образовывать тонкие дайки. Температура М. колеблется в широких пределах. Определение температуры лав в современных вулканах показало, что она изменяется от 900 - до 1200 °С. По экспериментальным данным, гранитная (эвтектическая) М. сохраняется жидкой примерно до 600 °С. Эволюция
магмы.
Попадая в иные условия, чем те, в которых она образовалась, М. может эволюционировать, меняя свой состав. Происходит дифференциация М., при которой за счёт одной М. возникает несколько частных М. Дифференциация М. может происходить до её кристаллизации (магматическая дифференциация) или в процессе кристаллизации (кристаллизационная дифференциация). Магматическая дифференциация может быть результатом ликвации (См. Ликвация) М., то есть распадения её на две несмешивающиеся жидкости, или результатом существования в пределах магматического бассейна разности температур или какого-либо другого физического параметра. Кристаллизационная дифференциация связана с тем, что выделяющиеся в начальные стадии затвердевания М. минералы по удельному весу отличны от расплава. Это ведёт к всплыванию одной их части (например, кристаллы плагиоклаза в диабазах Кольского полуострова) и опусканию другой (например, оливина и авгита в базальтах Н. Шотландии). В результате в вертикальном разрезе магматические тела образуются породы различного состава. Возможно изменение состава М. при отжимании остаточной жидкости от выделившихся кристаллов и в результате взаимодействия М. с вмещающими породами. Первоначально предполагалось, что магматическая дифференциация и взаимодействие с вмещающими породами (ассимиляция, контаминация) ведут к разнообразию М. Теперь этими процессами чаще объясняют детали строения отдельных массивов магматических пород, полосчатое строение интрузивных тел, различия в составе лав, одновременно изливающихся из вулкана на разных гипсометрических уровнях, и смену составов лав, изливающихся из вулкана. Для определения хода эволюции М. важное значение имеет последовательность выделения минералов при кристаллизации М. Немецким петрографом К. Г. Розенбуш ем и американским петрографом Н. Боуэном была разработана схема, согласно которой при кристаллизации М. в первую очередь всегда выделяются редкие (акцессорные) минералы, затем магнезиально-железистые силикаты и основные плагиоклазы, далее следуют роговая обманка и средние плагиоклазы, а в конце процесса образуются биотит, щелочные полевые шпаты и кварц. В основных М. тот же закон определяет обычное выпадение в первую очередь Оливин а,
позже пироксенов и лишь в конце - амфиболов и слюды. Однако универсальной последовательности кристаллизации М. не существует. Это согласуется с представлениями о М. как сложном растворе, где выпадение твёрдых фаз определяется законом действующих масс и растворимостью компонентов. Поэтому в М., богатой алюмосиликатными и щелочными компонентами, полевые шпаты выделяются раньше темноцветных минералов (в гранитах). В сильно пересыщенных кремнезёмом породах нередко первым выделяется кварц (кварцевые порфиры). Даже в М. одного состава порядок кристаллизации меняется в зависимости от содержания в них летучих компонентов. Полезные ископаемые, связанные с магмой.
М. является носителем многих полезных компонентов, которые в процессе её кристаллизации концентрируются в отдельных участках, создавая эндогенные месторождения. Некоторые рудные минералы (минералы Сг, Ti, Ni, Pt), а также апатит обосабливаются в процессе кристаллизации М. и образуют магматические месторождения в расслоённых комплексах. Полагают, что на последних стадиях формирования интрузивов (послемагматическая стадия) за счёт летучих компонентов, содержащихся в М., формируются гидротермальные, грейзеновые, скарновые и другие месторождения цветных, редких и драгоценных металлов, а также некоторые месторождения железа. Устанавливается связь главных концентраций руд редких щелочных металлов, бора, бериллия, редких земель, вольфрама и других редких элементов с производными гранитной М., руд халькофильных элементов - с базальтовой магмой, а хрома, алмазов и пр. - с ультраосновной М. См. Магматические месторождения . Лит.:
Заварицкий А. Н., Изверженные горные породы, М., 1955; Левинсон-Лессинг Ф. Ю., Петрография, 5 изд., М. - Л., 1940; Ритман А., Вулканы и их деятельность, пер. с нем., М., 1964; Йодер Г.-С., Тилли К.-Э., Происхождение базальтовых магм, перевод с английского, М., 1965; Менерт К., Магматиты и происхождение гранитов, [перевод с английского, ч. 1], М., 1971; Бейли Б., Введение в петрологию, перевод с английского, М., 1972. Ф. К. Шипулин.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия
.
1969-1978
.
Смотреть что такое "Магма" в других словарях:
- (греч., от massein валять). В медицине: вообще всякая отжатая масса, а также остатки или осадок от отжатого вещества. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. МАГМА греч., от massein, валять. В медицине:… … Словарь иностранных слов русского языка
- (от греч. magma густая мазь) расплавленная масса преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах Земли. При внедрении магмы в земную кору или при ее излиянии на поверхность Земли формируются магматические горные породы. Магма… … Большой Энциклопедический словарь
МАГМА, расплавленная горная порода, находящаяся под поверхностью Земли, которая, затвердевая, образует МАГМАТИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ. Ниже поверхности земной коры охлаждение происходит медленно, и по мере того, как горная порода затвердевает, образуются… … Научно-технический энциклопедический словарь
- [μαγμα (μагма) тесто, густая мазь] расплавленная огненно жидкая масса (чаще силикатная, хотя может быть сульфидной и др.), возникающая в земной коре или верхней мантии и дающая при застывании магм. г. п. М. может… … Геологическая энциклопедия
Лава, расплав Словарь русских синонимов. магма сущ., кол во синонимов: 7 гипомагма (1) ин … Словарь синонимов
- (от греческого magma густая мазь), расплавленная огненно жидкая масса преимущественно силикатного состава, формирующаяся в земной коре или верхней мантии и образующая при застывании на глубине или при излиянии на земную поверхность магматические… … Современная энциклопедия
Вязкий расплав сложного силикатного состава, обогащенный парами воды и различными газами, образующийся в глубинных зонах земли … Геологические термины
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 .
Классификации магм.
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 (< 45%), основные (45-52%), средние (52-65%), кислые (>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.
Физические свойства магм.
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.
Законы кристаллизации магм.
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).
Механизмы образования 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.
