Магматизм – совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью магмы. Магма – это огненно-жидкий природный обычно силикатный расплав, обогащённый летучими компонентами (H₂O, CO₂, CO, H₂S и др.). Редко встречаются низкосиликатные и несиликатные магмы. Кристаллизация магмы приводит к образованию магматических (изверженных) горных пород.

Механизм зарождения магм

Образование магматических расплавов происходит в результате плавления локальных участков мантии или земной коры. Большинство очагов плавления располагается на относительно небольших глубинах в интервале от 15 до 250 км.

Существует несколько причин плавления. Первая причина связана с быстрым подъёмом горячего пластичного глубинного вещества из области высоких в область более низких давлений. Снижение давления (при отсутствии существенного изменения температуры) приводит к началу плавления. Вторая причина связана с повышением температуры (при отсутствии изменения давления). Причиной разогрева пород является обычно внедрение в них горячих магм и сопровождающего их потока флюидов. Третья причина связана с дегидратацией минералов в глубоких зонах земной коры. Вода, выделяясь при разложении минералов, резко (на десятки – сотни градусов) снижает температуру начала плавления пород. Таким образом, плавление начинается за счёт появления в системе свободной воды.

Три рассмотренных механизма зарождения расплава нередко сочетаются: 1) подъём астеносферного вещества в область пониженного давления приводит к началу его плавления - 2) образовавшаяся магма внедряется в литосферную мантию и нижнюю кору, приводя к частичному плавлению слагающих их пород - 3) подъём расплавов в менее глубинные зоны коры, где присутствуют гидроксилсодержащие минералы (слюды, амфиболы), приводит, в свою очередь, к плавлению пород при выделении воды.

Говоря о механизмах зарождения расплавов необходимо отметить, что в большинстве случаев происходит не полное, а лишь частичное плавление субстрата (пород, подвергающихся плавлению). Возникающий очаг плавления представляет собой твёрдую породу, пронизанную заполненными расплавом капиллярами. Дальнейшая эволюция очага связана либо с выжиманием этого расплава, либо с увеличением его объёма, приводящего к образованию «магматической каши» - магмы, насыщенной тугоплавкими кристаллами. При достижении 30-40 объёмных % расплава эта смесь приобретает свойства жидкости и выжимается в область более низких давлений.

Подвижность магмы определяется её вязкостью, зависящей от химического состава и температуры. Наиболее низкой вязкостью обладают глубинные мантийные магмы, имеющие высокую температуру (до 1600-1800⁰С в момент зарождения) и содержащие мало кремнезёма (SiO₂). Наибольшая вязкость присуща магмам, возникшим за счёт плавления вещества верхней континентальной коры при дегидратации минералов: они образуются при температуре 700-600⁰С и максимально насыщены кремнезёмом.

Выжимаемый из межзерновых пор расплав фильтруется вверх со скоростью от нескольких сантиметров до нескольких метров в год. В случае если значительные объёмы магмы внедряются по трещинам и разломам скорость их подъёма значительно выше. Согласно расчётам, скорость подъёма некоторых ультраосновных магм (излияние на поверхность которых приводило к образованию редких эффузивных ультраосновных пород – коматиитов) достигала 1-10 м/с. 

Закономерности эволюции магмы и образования магматических горных пород

Состав и особенности образующихся из магмы горных пород определяются сочетанием следующих факторов: исходным составом магмы, процессами её эволюции и условиями кристаллизации. Все магматические породы по кремнекислотности делятся на 6 отрядов:

Отряд	Содержание SiO2, вес.%
Ультракислые	более 78
Кислые	64 - 78
Средние	53- 64
Основные	45 - 53
Ультаосновные	30 - 45
Низкокремнеземистые и некремнеземистые	менее 30

Магматические расплавы поступают из мантии или образуются в результате плавления пород земной коры. Как известно, химический состав мантии и коры различны, что в первую очередь и обуславливает различия состава магм. Магмы, возникающие за счет плавления мантийных пород, как и сами эти породы, обогащены основными оксидами – FeO, MgO, CaO, поэтому такие магмы имеют ультраосновной и основной состав. При их кристаллизации образуются, соответственно, ультраосновные и основные магматические породы. Магмы, возникающие при плавлении пород земной коры, обедненной основными окислами, но резко обогащенной кремнеземом (типичным кислотным оксидом), имеют кислый состав; при их кристаллизации образуются кислые породы.

Однако первичные магмы в ходе эволюции часто претерпевают существенные изменения состава, связанные с процессами кристаллизационной дифференциации, ликвации и гибридизма, что порождает многообразие изверженных горных пород.

Кристаллизационная дифференциация. Как известно, согласно ряду Боуэна, не все минералы кристаллизуются одновременно – первыми из расплава выделяются оливины и пироксены. Имея большую, чем остаточный расплав плотность, если вязкость магмы не слишком велика, они осаждаются на дно магматической камеры, что препятствует их дальнейшей реакции с расплавом. В таком случае остаточный расплав будет отличаться по химическому составу от исходного (т. к. часть элементов вошла в состав минералов) и обогащается летучими компонентами (они не входят в состав минералов ранней кристаллизации). Следовательно, минералы ранней кристаллизации в таком случае образуют одну горную породу, а из оставшейся магмы будут образовываться другие, иные по составу, породы. Процессы кристаллизационной дифференциации типичны для основных расплавов; осаждение фемических минералов приводит к расслоенности в магматической камере – её нижняя часть приобретает ультраосновной состав, а верхняя – основной. При благоприятных условиях дифференциация может привести к выделению небольшого объёма кислого расплава из первично основной магмы (что изучено на примере застывших лавовых озёр Алаэ на Гавайских островах и вулканов Исландии).

Ликвация представляет собой процесс разделения магмы при понижении температуры на два несмешивающихся расплава с различным химическим составом (в самом общем виде протекание этого процесса можно представить, как процесс разделения воды и масла из их смеси). Соответственно, из разделившихся магм будут кристаллизоваться различные по составу породы.

Гибридизм («hibrida» - помесь) – процесс смешения разных по составу магм или усвоения магмой вещества вмещающих пород. Взаимодействуя с отличными по составу вмещающими породами, захватывая и перерабатывая их фрагменты, магматический расплав обогащается новыми компонентами. Процесс расплавления или полного усвоения постороннего материала магмой обозначается термином ассимиляция («assimillato» – уподобление). Например, путем взаимодействия магм основного состава с кислыми вмещающими породами образуется гибридные породы среднего состава. Или, напротив, внедрение кислых магм в породы богатые основными оксидами, может также привести к возникновению средних пород.

Следует также принимать во внимание, что в процессе эволюции расплава отмеченные процессы могут сочетаться.

Более того, из одной и той же по химическому составу магмы могут образовываться разные породы. Это связано с различными условиями кристаллизации магмы и, прежде всего, с глубиной.

По условиям глубинности образования (или по фациальному признаку) магматические породы разделяются на интрузивные, или глубинные, и эффузивные, или излившиеся, породы. Интрузивные породы образуются при кристаллизации магматического расплава на глубине в толщах горных пород; в зависимости от глубины образования разделяются на две фации: 1) абиссальные породы, образовавшиеся на значительной глубине (несколько км), и 2) гипабиссальные, которые образовались на относительно небольшой глубине (около 1-3 км). Эффузивные породы образуются в результате застывания излившейся на поверхность или дно океанов лавы.

Таким образом, выделяются следующие основные фации: абиссальная, гипабиссальная и эффузивная. Помимо трех названных фаций выделяют также субвулканические и жильные породы. Первые из них образуются в приповерхностных условиях (до первых сотен метров) и имеют близкое сходство с эффузивными породами; вторые близки гипабиссальным. Эффузивные породы нередко сопровождаются пирокластическими образованиями, состоящими из обломков эффузивов, их минералов и вулканического стекла

Существенные различия в характере проявления магматических процессов в глубинных и поверхностных условиях делают необходимым различать интрузивные и эффузивные процессы.