Магматизм и магматические процессы

Магматизм – это совокупность всех геологических процессов, движущей силой которых является магма и её производные. Магма (с греч. – густая мазь) представляет собой природный, чаще всего селикатный, раскаленный жидкий расплав, возникающий в земной коре или в верхней мантии, на больших глубинах, и при остывании формирующий магматические горные породы.

Химический состав магмы.

В магме содержится практически все химические элементы таблицы Менделеева, среди которых: Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Ti, Na, а также различные летучие компоненты (окись углерода, сероводород, водород, хлор, фтор и др.) и парообразная вода. Летучие компоненты при кристаллизации магмы 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. По мере продвижения магмы вверх, количество летучих компонентов сокращается. Дегазированная магма, излившаяся на поверхность – это лава.

В зависимости от характера движения магмы из очагов к поверхности Земли различают интрузивный (глубинный) магматизм и эффузивный (поверхностный, излившийся), или вулканизм.

Явление образования интрузивного и эффузивного магматизма – это сам магматический процесс, который осуществляется двумя путями. По первому пути происходит повышение температуры в магматическом очаге за счет инъекции порции потока из мантии (явление конвекции, т.е. перемешивание материала в верхней мантии). В тех случаях, когда магма отдала тепло вышерасположенным породам, наступает понижение температуры в магматическом очаге. Повышение температуры окружающих горных пород происходит и от горячих флюидов, отходящих вверх от расплавленной магмы. Вслед за разогревом мантии наступает понижение не только температуры, но и давления в магматическом очаге за счет глубинных разломов, проникающих от поверхности Земли до астеносферы.

Различают первичные м вторичные магмы. Первые возникают на разной глубине в низах земной коры и верхней мантии. Первичные магмы, как правило, имеют одинаковый базальтовый состав. Двигаясь вверх, базальтовая магма ассимилирует вышерасположенные горные породы, переплавляя их, и расплав магмы насыщается разнообразными соединениями.

Процесс перемешивания магм и вышерасположенных горных пород носит название – дифференциации. В результате дифференциации легкие компоненты магмы (флюиды) приобретают давление насыщения и устремляются вверх, а тяжелые расплавы опускаются в низы магматических очагов.

Застывая на глубине, базальтовая магма дает начало магматическим породам: габбро и анартозитам, состоящим из основных плагиоклазов, анартозита и лабрадорита. Иначе их называют толлеитовыми базальтами. Эти породы характеризуются низкой щелочностью.

Помимо этого выделяются базальты высокой щелочности. Они развиты как на континентах, так и океанах. Глубины их образования около 60 км. По сравнению с толлеитовыми базальтами их образование происходит при высоких температурах и давлении.

Состав магмы определяет многообразием магматических пород. Так, дифференцируясь, щелочно-базальтовая магма дает широкий спектр кислых, средних и основных пород (включая сиениты и нефелины). К данному типу магмы тяготеют и кимберлиты, основной источник алмазов.

Известково-щелочная магма является источником для образования следующих групп магматических пород: базальты, андезито-базальты и андезиты. Андезиты – самые типичные породы этой магмы. Сюда относятся также дациты, риолиты, а из интрузивных – большая часть гранитов, диориты, сиениты. Чаще всего магма этого состава встречается в областях периферии океанов, в местах столкновения тектонических плит, в складчатых сооружениях, корни вулканов известково-щелочной магмы располагаются на глубинах 80-150 км.

Механизм образование известково-щелочной магмы заключается в следующем:1.Океанская кора, погружаясь в астеносферу, расплавляется и дает флюиды и воду. 2. Подъем флюидов вызывает плавление мантийного вещества и образование групп магматических пород.

Ученые установили, что кислые породы (граниты) возникают при наличии двух магматических очагов, а так как континентальная кора присутствует только в краевых вулкано-плутонических поясах и в зрелых вулканических дугах, то здесь развиты преимущественно кислые магмы.

В океанической коре (в молодых дугах) большим распространением пользуются магмы основного и среднего состава, а так же соответствующий им породы: дациты, кварцевые диориты и гранодиориты.

Вопрос образования гранитов еще полностью не решен . Есть разные точки зрения:

1. Мантийные гранитоиды рассматриваются как конечный продукт дифференциации щелочно-базальтовый или толлиитовой магмы. В таких гранитах плагиоклаз преобладает над щелочными полевыми шпатами. Поэтому такие породы иногда носят название плагиогранитов.
2. Граниты мантийного происхождения, характеризующиеся низким отношением радиогенного стронция 87Sr к нерадиогенному стронцию 86Sr.
3. Коровые граниты. Образуются они за счет переплавления осадочных, метоморфических и интрузивных пород. Экспериментальным путем показано, что песчаник при температуре 7000С переплавляются в гранит. Встреченные в коровых гранитах включения (ксенолиты) других пород лишний раз доказывают процесс ассимиляции магмой вышерасположенных пород.

Ультраосновные породы могут быть по своему происхождению связаны непосредственно с толлиит-базальтовой или щелочно базальтовой магмой. Эти породы типичны для океанской литосферы. На дневную поверхность они выжимаются по рифтовым разломам вдоль срединно-океанических хребтов в виде подушечной лавы.

Таким образом, разнообразие магматических пород определяется расположением магматического очага в мантии или литосфере, давлении, температурой и наличием флюидов. Причем решающее значение в разнообразии как магм, так и магматических пород, отводится процессу дифференциации магмы.

Дифференциация магмы – в недрах очага происходит разделение исходной магмы на расплавы разного состава, о чем свидетельствуют выход магмы разного состава из одного и того же вулкана. Одним из процессов дифференциации является ликвация, то есть разделение первичного расплава на две несмешивающиеся жидкости. К примеру, гранитные магмы.

Опытным путем получено, что увеличение давление воды и ее растворение понижает вязкость расплавов и превращает алюмосилекатные расплавы в силекатные. Важное значение имеет также водно-водородное отношение Н2О/Н2, которое определяет степень восстановления и окисление расплава.

При кристаллизации расплава выделяется значительное количество газов при вулканических извержениях.

Канадский ученый Боуэн Н. Л. Предложил последовательность выделения пород и минералов их расплава.

Кристаллизационно-гравитационная дифференциация. Породы кристаллизуются из магмы не одновременно, а в определенном порядке: сначала более тугоплавкие, а потом остальные.

Интрузивный магматизм.

При движении расплавленной магмы вверх она внедряется в окружающие породы, переплавляя их, остывая, отдает тепло. Такой процесс носит название интрузивного магматизма. Полевые наблюдения показывают, что большая часть магмы ( около 9/10 частей) не изливается на поверхность, а затвердевает на разной глубине. Породы, образовавшиеся при остывании магмы, называются интрузивными или магматическими.

Застывая и кристаллизуясь на различной глубине, магма образует следующие характерные тела: батолиты, лакколиты, лополиты, штоки, дайки  и др..

Батолитами (от греч. «батос» - глубина называются крупные глубинные тела внедрения магмы, достигающие сотен километров в длину и десятки километров в ширину. Площади выходов батолитов обычно превышают 200 км2 (например, Зеравшанский и Гиссарский батолиты в Таджикистане). Крупные батолиты отмечены в Андах Южной Америки, а также в Кордильерах Северной Америки. Батолиты, как правило, прослеживаются в центральных частях складчатых структур. Они слагают крупнозернистые массивы магматических пород.

Ответвления от батолитов магматических интрузий небольших размеров называют штоками (от нем. «шток» - палка, ствол). Они обычно приурочены к зонам трещиноватости в земной коре.

Лакколиты (от греч. «лаккос» - полость, углубление) представляют собой полуглубинные интрузивные магматические тела грибообразной формы. Покрывающие их осадочные породы повторяют форму интрузии и обычно сводообразны. Как правило, лакколиты развиты в платформенных условиях, сложены они породами основного состава. Примером лакколита являются горы в окрестностях Пятигорска: Бештау, Машук, Змеиная, Железная, Развалка и др..

Пластовыми интрузиями (или силлы) называются магматические тела плоской формы, залегающие согласно с подстилающими и перекрывающими их осадочными породами. Широко развиты базальтовые силлы в Тунгуской синеклизе сибирской платформы. Здесь они образуют многоэтажные пластовые интрузии, соединенные между собой подводящими каналами. Мощность (толщина) силл достигает нескольких сотен метров и даже километров.

Лополиты (по-гречески «лопос» - чаша или плоское блюдо) по форме эти интрузивные магматические тела напоминают вогнутую сверху чечевицу. По размерам в диаметре они значительны. Например, лополит Бушвельда в Южной Африке достигает длины 300 км.

Жилами называют интрузивные трещины, отходящие от батолитов, штоков, лакколитов и заполненные остывшей магмой. Они бывают различной толщины, формы и протяженности. Среди жил выделяются дайки (от шатл. «дайка» - стена), вертикальные и наклонные магматические интрузии, обычно ограниченные параллельными плоскостями пород. Дайки являются приповерхностными или малоглубинными магматическими телами. В некоторых случаях наблюдаются серии пересекающихся даек, заполняющих параллельные, пересекающиеся или радиальнорасположенные разрывы. Протяженность и ширина даек различны, от миллиметров до сотен метров. Известны дайки шириной до 12 км и длиной до сотни километров (большая дайка в Южной Родезии). Уральские старатели в старину под дайкой понимали интрузивные трещины с драгоценными камнями, которые непременно должны отдать свои сокровища людям.

Для глубинных (абиссальных) пород более свойственны формы интрузий батолиты и штоки, а для полуглубинных (гипабиссальных) и приповерхностных – лакколиты, лополиты, жилы и дайки.

Покровы и потоки – геологические магматические тела, образовавшиеся за счет застывания излившейся на поверхность лавы. Покровы занимают громадные площади, а потоки обычно заполняют дно горных ущелий. По размерам покровы соизмеримы со странами. Например, Армянское нагорье или плато Декан в Индии. Из других древних покровов следует назвать Сибирь, Бразилию и Ирландию. Образование разнообразных форм залегания магматических тел вызвано механизмом динамики магмы. Существует несколько предположений по формированию крупных интрузий. Так, одни геологи считают, что сильно разогретая магма при движении вверх поглощает встречные породы и переплавляет их. За счет этого объем магмы увеличивается в несколько раз, и разогретая, увеличенная в объеме магма занимает значительные пространства в земной коре. К огромным интрузивным телам, в первую очередь, относятся батолиты. Зачастую в кровле батолитов встречаются остатки – целики переплавленных горных пород. По составу целики бывают разные: осадочные, метаморфические и ранее выкристаллизованные (интрузивные породы). Такие остатки других пород среди магматических называют ксенолитами. Это может указывать на процессы ассимиляции магмой вышерасположенных пород.

Некоторые геологи полагают, что значительные объемы магматических интрузий магма сформировала сама. Магма, обладая большим давлением, внедрялась в толщу земной коры способом инъекций, раздвигала горные породы под действием деформирующих сил.

Другое предположение основано на погружении огромной массы разнообразных горных пород на значительные глубины. На больших глубинах при высоких температурах и давлениях осадочные и метаморфические горные породы разогреваются, переплавляются приобретают кристаллическое строение и переходят в разряд магматических. На больших глубинах разогретая магма, застывая, кристаллизуется в интрузии значительных размеров.