5) Понятие о магме

МАГМА (от греч. magma — густая мазь) — расплавленная огненно-жидкая масса преимущественно силикатного состава, возникающая в земной коре или верхней мантии и образующая при застывании магматические горные породы. В редких случаях отмечаются магматические расплавы не силикатного состава, например щелочно-карбонатного (вулканы восточной Африки) или сульфидного.

Магма — сложный взаимный раствор соединений большого числа химических элементов, среди которых преобладают Si, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, К, О, N, S, Cl, F. Наряду с типичными катионами в магме находятся анионы, представленные главным образом соединениями кремния с кислородом на основе т.н. кремнекислородного тетраэдра SiO₄. Присутствие Ti, Al и некоторых других элементов приводит к образованию более сложных комплексных анионов. Анионы и катионы образуют в расплаве ещё до стадии его кристаллизации полимерные соединения, приближающиеся по структуре к кристаллическим силикатам и являющиеся зародышами будущих минералов. Кроме того, магматический расплав содержит сульфиды и соединения типа Fe₂О₃, атомы отдельных металлов и молекулы растворённых газов.

В вулканических областях магма, достигая земной поверхности, изливается в виде лавы, образует в жерлах вулканов экструзивные тела или выбрасывается с газами в виде пепла. Последний в смеси с обломками боковых пород и осадочным материалом слагает разнообразные туфы. Магматические массы, застывающие на глубине, образуют различные по форме и размерам интрузивные тела — от мелких, представляющих собой выполненные магмой трещины, до огромных массивов с площадями в горизонтальном сечении до многих тысяч км2. Среди изливающихся на поверхность вулканических горных пород резко преобладают базальты, в то время как в глубинном залегании преобладают граниты.

В качестве факторов, вызывающих генерацию магматического расплава, рассматриваются радиогенное тепло, внезапное уменьшение давления вследствие образования глубинных разломов, подъём геоизотерм и т.п. Предполагают также, что в начальные этапы эволюции Земли энергия уплотнения протовещества вызывала массовое образование магматических расплавов. Магма периодически образует отдельные очаги в пределах разных по составу и глубинности зон Земли, например в астеносфере, где происходит частичное плавление мантийной горной породы и при благоприятных условиях возможно отделение магматических расплавов. Согласно теоретическим построениям концепции "тектоники плит" магмы преимущественно возникают в зонах столкновения и смещения литосферных плит (зоны Беньоффа-Заварицкого), в зонах их раздвижения (рифты) и в зонах восходящих тепловых потоков (т.н. горячие точки).

Магмы могут возникать двумя путями: при полном или почти полном плавлении ранее существовавших горных пород; при парциальном плавлении, при котором низкоплавкие жидкие фракции отделяются от нерасплавившегося твёрдого остатка (т.н. реститы). Предполагается, что за счёт парциального плавления из существенно железисто-магнезиальной мантии могут выплавляться пикритовые или базальтовые магмы. Такой же процесс парциального плавления базальтовых (габброидных) пород может приводить к возникновению андезитовых или риолитовых магм.

Природные магмы обладают различным химическим составом. Состав родоначальной магмы спорен. Согласно гипотезе американские учёного Н. Боуэна, родоначальной является базальтовая магма, из которой в процессе её эволюции возникают все остальные типы магм. По другой гипотезе, признаётся самостоятельность двух родоначальных магм — гранитной и базальтовой (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг). Большинство исследователей полагают, что главными типами магм являются ультраосновная (<40% SiO2), основная (40-55% SiO2), средняя (55-65% SiO2) и кислая (>65% SiO2). Щелочная магма (с высоким содержанием К2О и Na2О), по-видимому, является производной главной магмы и образуется в процессе дифференциации магмы или ассимиляции вмещающих горных пород. Кроме главных типов допускается существование других более редких местных магм, природа которых пока ещё недостаточно ясна.

Попадая в иные условия, чем те, в которых она образовалась, магма может эволюционировать, меняя свой состав. Это приводит к образованию разных по минеральному составу горных пород. Дифференциация магмы может происходить до её кристаллизации (докристаллизационная дифференциация) или в процессе кристаллизации (кристаллизационная дифференциация), в промежуточном магматическом очаге (глубинная дифференциация) или на месте её застывания (внутрикамерная дифференциация). Среди факторов, обусловливающих дифференциацию магмы, выделяют гравитацию, термодиффузию, ассимиляцию, ликвацию и др. Установление в расплавах гравитационного равновесия может привести к дифференциации их вещества по высоте. Общая тенденция такой дифференциации — обогащение SiO₂, Al₂О₃, CaO и щелочами верхних частей поднимающейся магматической колонны и накопление MgO и FeO в нижних её частях (гравитационная дифференциация).

Магма — сложный раствор, в котором выпадение твёрдых фаз определяется законом действующих масс и растворимостью компонентов, поэтому в магме, богатой алюмосиликатными и щелочными компонентами, полевые шпаты выделяются раньше темноцветных минералов. В сильно пересыщенных кремнезёмом породах нередко первым выделяется кварц. Даже в магме одного состава порядок кристаллизации меняется в зависимости от температуры, давления и содержания летучих компонентов.

Магмы разного состава имеют различные физические свойства, которые зависят также от температуры и содержания летучих компонентов. Магмы базальтового состава отличаются пониженной вязкостью и образуемые ею лавовые потоки очень подвижны. Скорость перемещения таких потоков достигает иногда 30 км/ч. Магма кислого состава, обычно более вязкая, особенно после потери летучих компонентов. В жерлах вулканов она образует экструзивные купола, реже — потоки. Для кислой магмы характерны также взрывные извержения с образованием мощных толщ игнимбритов. Температура изливающейся на земную поверхность магмы колеблется в широких пределах от 900 до 1250° С. По экспериментальным данным, гранитная магма сохраняется в жидком виде примерно до 600° С.

Содержавшиеся в магме полезные компоненты в процессе её кристаллизации концентрируются в отдельных участках, создавая эндогенные месторождения. Некоторые рудные минералы (минералы хрома, титана, никеля, платины), а также апатит обосабливаются в процессе кристаллизации магмы и образуют магматические месторождения в расслоенных комплексах. Полагают, что на последних стадиях формирования интрузивов (послемагматические стадия) за счёт летучих компонентов, содержащихся в магме, формируются гидротермальные, грейзеновые, скарновые и другие месторождения цветных, редких и драгоценных металлов, а также некоторые месторождения железа. Устанавливается связь главных концентраций руд щелочных металлов, бора, бериллия, редких земель, вольфрама и других элементов с производными гранитной магмы, руд халькофильных элементов — с базальтовой магмой, а хрома, алмазов и пр. — с ультраосновной магмой.