68. Геохімічні особливості магматогенних систем

Основну інформацію з геохімії магматичних систем ми отримуємо при вивченні: вивержених порід, даних експерименту при високих тисках і температурах, сучасного вулканізму, петрургії (науки про кам’яне литво), пірометалургії (науки при рідкі шлаки). Багато магматичних систем є рівноважними, що дозволяє застосовувати хімічну термодинаміку. Кінетика магматизму вивчена гірше.

На базі вивчення рівноваг у розплавах з використанням законів фізичної хімії виник розділ петрографії - петрохімія (1944 Заварицький). При цьому слід пам’ятати, що петрохімія не є синонімом геохімії магматичних систем, адже петрохімічні відмінності можуть бути дуже незначними, а геохімічні - величезними. Саме тому існують поняття геохімічних типів вивержених порід. Спроби узагальнити особливості поведінки хімічних елементів в магматичних системах значною мірою відображені в ряді класифікацій, зокрема Ферсмана і Заварицького.

Так, в класифікації О.Є.Ферсмана за особливостями участі елементів в магматичних та гідротермальних процесах виділяються 4 поля: 1) елементи кислих магм і пневматолітів; 2) елементи сульфідних родовищ; 3) елементи середніх магм; 4) елементи основних та ультраосновних магм (куди цілком входять елементи платинової групи).

Геохімічна класифікація елементів, запропонована О.М.Заварицьким у 1944 р. є більш детальною, вона побудована, подібно до класифікації Ферсмана, на основі розгорнутої таблиці Менделєєва. «У такому вигляді, - писав Заварицький [1950, с. 15],- «таблиця наочно виражає ... основний геохімічний закон...: перебування хімічних елементів у земній корі залежить від будови атомів цих елементів»..

Магматичні процеси охоплюють земну кору і частину верхньої мантії: джерела базальтових магм за сучасними уявленнями знаходяться на глибинах 50-500 км. Розподіл стабільних ізотопів в залежності від глибинності магми ми вже вивчали раніше. Слід пам’ятати, що магматичні процеси характеризуються певною тривалістю. Так, за даними Л.В. Таусона, формування мезозойських гранітоїдів Забайкалля тривало близько 30 млн. років. Подібні результати отримуються й іншими дослідниками – час формування великих протерозойських плутонів Канади обчислюється десятками мільйонів років (уточнити?).

Для магматичних явищ характерний широкий діапазон тисків (1 атм. - 10 тис. атмосфер). Ймовірний інтервал внутрішньо корових магматичних температур складає 1500-1000°C градусів для ультраосновних розплавів і 1250-550°C - для кислих (за Ф.Тернером і Дж.Ферхугеном повний діапазон - приблизно 700-1100°C). Міграція елементів у магматичному процесі залежить від хімічних властивостей їхніх з’єднань і визначається: 1) стійкістю основних з’єднань даного елементу (переважно окислів, силікатів і сульфідів) у відповідних термодинамічних і фізико-хімічних умовах; 2) температурою утворення різноманітних мінералів; 3) характером зв’язку між атомами, іонами, молекулами; 4) спорідненістю до кисню і сірки; 5) потенціалом іонізації.

Температура плавлення різноманітних з’єднань визначає послідовність утворення вивержених порід. Так, за П. Фохтом, температури затвердіння найбільш поширених з них такі: дуніт - 1500-1600°C, перидотит - 1400°C, габро - 1250°C, діорит— 1200°C, граніт - 1000°C.

Для магми характерні два основних типи масопереносу - дифузія і конвекція. При масопереносі велике значення відіграють газові розчини – флюїди, конкретний вклад яких врозподіл елементів визначається їх температурою, тиском та складом. Ф.А. Лєтніков взагалі вважає вуглецеві та водневі флюїди основою всіх ендогенних систем, і виділяє за ними так звані “C-структури” та “H-структури”. Вуглецеві структури характерні для найбільш глибинних розломів, продуктами їх еволюції є карбонатити, кімберліти та лужні породи. Характерною рисою порід в цьому випадку є високі вмісти карбонатів, вуглеводнів і графіту. З вуглецевими структурами пов’язані родовища алмазів, танталу, ніобію, циркону, рідкісних земель. Для водневих структур характерне домінування води і менша глибина зародження. В чистому вигляді цих структур не існує, для конкретних геологічних об’єктів мова може йти лише про домінуваня одного з типів. За В.І Коваленко домінування CO₂ характерне для леткої частини основних магм, а H₂O - кислих.

Питання про концентрацію хімічних елементів при кристалізації магматичних порід є дискусійним: відомі основні чинники, які впливають на диференціацію елементів, однак їх вклад різними дослідниками оцінюється по різному. В загальному випадку виділяють наступні процеси, що призводять до магматичної диференціації: змішування магм, асиміляція вміщуючих порід, віджимання, ліквацію, концентраційну диференціацію, кристалізаційну диференціацію, еманаційну диференціацію (флотація бульбашок водяного пару, в якому розчинені інші гази та леткі компоненти - літій, берилій, рубідій, цезій тощо).

Велике значення, безумовно відіграють розміри іонів, ступінь полімеризації розплаву тощо. Не слід також забувати, що саме магматизм є основною областю прояву явищ ізоморфізму (завдяки високій температурі яка забезпечує досягнення енергії активації).