Часть III. Магматические горные породы (петрология)

3.3. Подъем магм

Механическая неустойчивость магматических источников в ко­нечном итоге приводит к тому, что расплав отделяется от твердого

Рис. 3.4. Возникно­вение избыточного давления АР = (р₁ — p₂)gh в столбе рас­плава с плотностью р2, который находит­ся среди вмещаю­щих пород с плотно­стью p₁(p₁ >p₂). А — см. в тексте

каркаса и перемещается вверх. Главной движу­щей силой этого процесса служит избыточное давление расплава, возникающее вследствие объемного эффекта плавления и разности плотностей жидкой и твердой фаз. Если, на­пример, расплав, образованный на глубине А, заполняет вертикальный канал высотой h₂, верхняя кромка которого находится на глуби­не h₁ от поверхности (рис. 3.4), а плотность расплава (р₂) меньше плотности окружающих пород (р₁), то на уровне А избыточное давле­ние равно ∆Р = Р₁ - Р₂ = р₁g(h₁ + h₂) — (р₁gh₁ +p₂gh₂) = (р₁—p₂)gh₂ Чем больше вертикаль­ная протяженность столба расплава, тем боль­ше избыточное давление жидкой фазы. Следо­вательно, отделение магматической жидкости и ее подъем являются саморазвивающимися процессами, которые протекают с ускорением. Чем больше появляется магмы, тем больше избыточное давление расплава, и тем стреми­тельней происходит его сепарация и подъем. Магмы поднимаются вверх вдоль трещин, существующих в твер­дых породах. Избыточное давление расплава способствует раскры­тию трещин, что значительно ускоряет фильтрацию магмы. По ана­логии с гидроразрывом пластов, который применяется при добыче нефти, это явление получило название магморазрыва. Трещины, заполненные магмой, превращаются при затвердевании в дайки.

Если производительность магматического источника достаточ­но высока, то одновременно возникает множество трещинных ка­налов, которые, соединяясь друг с другом, образуют сложную сис­тему крутопадающих и пологих проводников. Расположенные между ними блоки твердых пород теряют механическую устойчи­вость и начинают погружаться вниз, освобождая место для распла­ва (рис. 3.5); таким способом могут возникнуть крупные интрузив­ные тела.

420

3. Физические свойства, зарождение и подъем магматических расплавов

Разлом

Магма

Рис. 3.5. Образование магматических камер путем обрушения блоков вме­щающих пород

С корость подъема магм по трещинным каналам зависит от их сечения, вяз­кости расплава и величины избыточного давления жид­кости. Как показывают рас­четы и модельные экспери­менты, магмы поднимаются к поверхности очень быст­ро. Скорость подъема ос­новных и ультраосновных расплавов может достигать километров и даже десятков километров в час. Такие оценки подтверждаются ре-

зультатами геофизических наблюдений в областях активного вул­канизма.

Если в процессе подъема из магмы выделяются пузырьки водя­ного пара или углекислоты, то скорость перемещения расплава ста­новится еще выше. На малых глубинах газовая фаза расширяется на­столько, что поток жидкой магмы с газовыми пузырьками превращается в струю газа, увлекающую капли силикатного распла­ва. Смесь газа и магматической жидкости может перемещаться со сверхзвуковой скоростью, образуя трубки взрыва.

При быстром подъеме магмы практически не охлаждаются за счет теплообмена с боковыми породами. Снижение температуры связано лишь с адиабатическим расширением, которое приводит к охлаждению на 0.6 °С/км. В таких условиях глубина, до которой мо­жет подняться магма, определяется не остыванием расплава, а дру­гими факторами, среди которых главными являются производитель­ность источника, соотношения плотностей жидкой и твердой фаз и степень перегрева расплава относительно температуры солидуса.

Если количество возникающего расплава мало, его может про­сто не хватить для того, чтобы заполнить каналы протяженностью в десятки и сотни километров и достичь малых глубин. Поэтому вблизи поверхности Земли нет магматических пород, возникших глубже 200-250 км, хотя этот уровень вряд ли служит нижним пре­делом частичного плавления в мантии Земли.

Как было отмечено в разделе 3.1, плотность кислых магм мень­ше плотности твердых пород, слагающих земную кору. По мере

421