6.2. Дифференциаты и кумулаты мантийных магм

6.2.1. Сущность кристаллизационной дифференциации

Поднимаясь к поверхности и частично затвердевая, мантий­ные магмы обычно испытывают дифференциацию, в процессе ко-

465

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

торой состав жидкой фазы меняется по сравнению с первичным. Механизм дифференциации может сводиться к отделению твер­дых фаз от остаточного расплава в ходе кристаллизации, разделению расплава на две несмешивающиеся жидкости контрастного соста­ва и их расслоению по плотности, обогащению локальных зон маг­матических камер теми или иными химическими элементами путем термодиффузии (эффект Соре) или переноса компонентов в газо­вой фазе.

Главное значение имеет кристаллизационная дифференциа­ция, связанная с разделением (фракционированием) твердых и жид­ких фаз. Как было показано в предыдущем разделе, первичные мантийные магмы в момент зарождения близки к многокомпо­нентным котектикам высокого давления. При кристаллизации та­ких магм в условиях низкого давления состав остаточного распла­ва также стремится к котектике. Однако поля устойчивости минералов и пропорции фаз в котектиках меняются как функция давления. Поэтому кристаллизация первичной мантийной магмы, перемещенной на малые глубины, начинается с выделения твердых фаз, избыточных по отношению к котектике низкого давления. Ес­ли отделить кристаллические фазы от жидкости, то ее состав ока­жется иным по сравнению с составом первичной магмы. В этом и заключается сущность кристаллизационной дифференциации — одного из важнейших петрогенетических механизмов, впервые предложенного еще Ч.Дарвиным и изученного в начале XX века американским петрологом-экспериментатором Н. Боуэном.

Принцип кристаллизационной дифференциации можно на­глядно иллюстрировать двойной фазовой диаграммой с эвтектикой (рис. 6.3). Если на глубине зарождается эвтектический расплав E₁, который поднимается к поверхности и начинает кристаллизовать­ся на меньшей глубине, где фазовые соотношения меняются (пунк­тирные линии), то из этого расплава начинают выделяться кристал­лы В, а остаточный расплав стремится к составу Е₂. Если механически отделить эти кристаллы, то жидкость Е₂ и будет пред­ставлять дифференциат первичного расплава Е₁

Ход кристаллизационной дифференциации определяется физи­ко-химическими равновесиями «кристаллы—жидкость» на уров­нях зарождения и затвердевания расплавов, а также механикой раз­деления твердых и жидких фаз в пространстве.

Поскольку равновесия между кристаллами и расплавом при за­твердевании магм на малых глубинах отличаются от равновесий

466

6. Магматические породы мантийного происхождения

в источнике первич­ных магм, то состав и количество твердых фаз, которые выделя­ются в условиях низ­кого давления, отли­чаются от состава и пропорций минера­лов, израсходованных в процессе частично­го плавления.

Рис. 6.3. Смещение эвтектики в двухкомпо-нентной системе как функция давления Пояснения см. в тексте

При плавлении мантийных перидоти­тов на глубине более 60 км в расплав пере­ходят главным обра­зом клинопироксен

и гранат. Если расплав перемещается в область меньшего давления, то нормативный гранат, который содержится в расплаве, вступает в химическую реакцию с нормативным оливином и образуется шпинель:

Mg₃Al₂Si₃O₁₂ + Mg₂Si0₄ = MgAl₂0₄ + 4MgSi0₃

пироп форстерит шпинель энстатит

Поэтому в интервале глубин от 60 до 25 км из расплава при ох­лаждении выделяется не гранат, а шпинель. На меньшей глубине нормативные шпинель, энстатит и клинопироксен реагируют друг с другом с образованием плагиоклаза:

анортит

MgAl₂0₄ + 2MgSi0₃ + CaMgSi₂0₆ = CaAI₂Si₂0₈ + 2Mg₂Si0₄;

диопсид

энстатит

шпинель

2MgSi0₃ + NaAlSi₂0₆ = NaAlSi₃0₈ + Mg₂Si0₄:

энстатит жадеит альбит форстерит

2MgSi0₃ + CaAlSi₂0₆ = CaAl₂Si₂0_J + Mg₂Si0₄

форстерит

анортит

Са-чермакит

энстатит

форстерит

Вследствие этого на глубине менее 25 км становится возможной кристаллизация плагиоклаза — минерала, которого нет в мантий­ных перидотитах и который не выделяется из первичной мантийной магмы на большей глубине, где все его составные части (Са, Na, A1, Si) заключены в клинопироксене, шпинели или гранате.

467