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 10¹—10² Па•с, то вязкость риолитового расплава при той же температуре возрастает до 10⁵ Па • с, а при 800 °С достигает 10⁸ Па • с. Рост вязкости вызван увеличением степени полимеризации рас­плава по мере возрастания содержания Si0₂. 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.

3.2. Зарождение магм

В зависимости от соотношений между температурой (T) и дав­лением (Р) вещество может состоять только из твердых фаз, смеси твердых фаз и жидкости (расплава) и только из жидкой фазы. В Р- Т координатах границами областей с тем или иным агрегатным состо-

416

J. Физические свойства, зарождение и подъем магматических расплавов

янием вещества служат линии соли-дуса и ликвидуса. Солидус опреде­ляет первое появление расплава, а ликвидус — полное исчезновение твердых фаз (рис. 3.2).

Рис, 3.2. Ликвидус и солидус — границы областей с разным аг­регатным состоянием вещества

Магмы возникают в результате частичного плавления твердого ве­щества земной коры и верхней ман­тии, т.е. при Р—Т условиях между солидусом и ликвидусом. Самые глубинные магмы, достигшие по­верхности Земли, образованы на

глубине 150—250 км при литостатическом давлении 5—8 ГПа. Со столь глубокими источниками связаны, например, алмазоносные кимберлиты и лампроиты. Минимальная глубина магматических очагов составляет 10—15 км (Р= 250—500 МПа). На такой глубине за­рождаются некоторые граниты. Горные породы иногда испытыва­ют частичное плавление и ближе к поверхности Земли, но количе­ство возникающего при этом расплава обычно очень мало.

Частичное плавление, приводящее к образованию магм, вызы­вается тремя причинами: 1) изобарическим нагревом мантийного или корового ве­щества выше температуры

б

Рис. 3.3. Причины плавления, приводящие к образованию магм

в

а — изобарический нагрев, 6 — адиабатическое (почти изотерми­ческое) снятие давления, в — сни­жение температуры солидуса в присутствии воды, которая осво­бождается при дегидратации гид-роксилсодержащих минералов. Точка 1 — Р— Т условия до плавле­ния, точка 2 — Р— Т условия су­ществования расплава; S₁ — со­лидус при отсутствии воды, S₂ — солидус насыщенного водой рас­плава, D — кривая дегидратации гидроксилсодержащего минера­ла; остальные пояснения в тексте

417