6.1.2. Дифференциаты мантийных магм
Поднимаясь к поверхности и частично затвердевая, мантийные магмы обычно испытывают дифференциацию – процесс разделения (фракционирования) однородного первичного расплава на различные субстанции, при этом состав жидкой магматической фазы меняется по сравнению с первичным. Различают следующие виды дифференциации: 1) кристаллизационная дифференциация - отделение твердых фаз различного состава от остаточного расплава в ходе кристаллизации; 2) ликвация - разделение расплава на две (реже более) несмешивающихся жидкости контрастного состава и их дальнейшее расслоение по плотности; 3) обогащение – насыщение локальных зон магматических камер теми или иными химическими элементами путем термодиффузии (эффект Соре) или переноса компонентов в газовой фазе. Рассмотрим некоторые из этих видов подробнее.
Кристаллизационная дифференциация.
Имеет главное значение, связанное с разделением твердых и жидких фаз. Кристаллизация первичной мантийной магмы, перемещенной в верхние горизонты земной коры, начинается с присутствующих в избытке, обычно наиболее высокотемпературных фаз (оливин, плагиоклаз, клино- и ортопироксены). При этом происходит отделение кристаллических фаз от жидкости, состав которой при этом начинает закономерно отличаться от состава первичной магмы. Это происходит по причине вхождения части химических элементов в формирующиеся кристаллические фазы. Ход кристаллизационной дифференциации определяется физико-химическими равновесиями "кристаллы-жидкость" на уровне зарождения и затвердевания расплавов, а также механикой разделения твердых и жидких фаз в пространстве.
Кристаллизационная дифференциация является одним из главных петрогенетических процессов, определяющих разнообразие магматических горных пород. При этом фракционирование обычно происходит в системе промежуточных магматических камер, которые заполняются мантийными магмами при их подъеме к поверхности Земли. Промежуточные камеры периодически разгружаются при перемещении расплава на меньшую глубину и заполняются новыми порциями магмы, поступающей из глубинных источников. В периоды "покоя" в камерах происходит частичная кристаллизация расплава с проявлением гравитационной дифференциации: выделяющиеся ранние кристаллы оливина, пироксена и других минералов повышенной плотности могут погружаться, образуя скопления в нижних частях камер, а кристаллы плагиоклазов более кислые, чем An75, наоборот, могут всплывать и концентрироваться вблизи кровли магматических камер (рис.15).
|
Рисунок 15. Гравитационное разделение кристаллических фаз (указана плотность расплава и формируемых минералов в г/см3). |
В процессе кристаллизационной дифференциации первичные магмы разделяются (т.е. дифференцируются) на остаточные расплавы и скопления кристаллических фаз (кумулаты). В зависимости от состава первичной магмы и P-T-условий ее кристаллизации возникают различные серии дифференциатов. Например, дифференциация низкощелочных пикритов и пикробазальтов, заключается в отделении от первичных магм оливина, хромовой шпинели, клинопироксена и высококальциевого плагиоклаза, что приводит к возникновению серий дифференциатов, завершающихся низкомагнезиальными толеитовыми базальтами и габбро. Дифференциация умереннощелочных пикробазальтов, содержащих до 10 мас.% нормативного нефелина, смещает состав магматических жидкостей в сторону трахита (сиенита).
Поскольку кристаллизационная дифференциация является неизбежным процессом, сопровождающим подъем к поверхности Земли ультраосновных и основных расплавов, на малых глубинах наиболее распространены продукты затвердевания не первичных мантийных магм, а их дифференциатов, которые образуются на относительно небольшой глубине. К таковым относятся, например, толеитовые базальты с низким содержанием магния, в том числе и кварцевые толеиты, широко развитые среди континентальных магматических образований. Базальты океанического дна, представленные оливиновыми толеитами, содержащими около 8 мас.% MgO, также испытали заметное фракционирование оливина и других минералов, что привело к отклонению от первичного более магнезиального расплава.
Ликвация.
Другие механизмы дифференциации имеют второстепенное значение, они проявляются локально и лишь при благоприятном стечении обстоятельств. Одним из таких механизмов является ликвация, приводящая к формированию двух, редко более несмешивающихся жидких фаз. Этот процесс обусловлен разными физико-механическими свойствами жидкостей. В основном происходит разделение силикатного и не силикатного (сульфидного, карбонатного, фосфатного) расплавов, характеризующихся почти полной не смесимостью. Роль ликвации в формировании магматических пород считается многими петрографами незначительной, но она неоспорима при формировании некоторых месторождений магматического генезиса (например, сульфидных медно-никелевых руд).