Гипотезы происхождения пород ультраосновного и основного состава

Современные взгляды на генезис ультраосновных и основных пород исходят из следующих трех точек зрения.

1. Первичной магмой является базальтовая, и все разнообразие пород возникает в результате ее дифференциации, кристаллизационной и магматической. Дифференциация магмы – это совокупность всех физических и химических процессов, в результате которых происходит расщепление материнской, первичной, магмы на вторичные.

2. Кроме базальтовой существует самостоятельная перидотитовая магма, которая поступает из более глубоких частей земной коры; возникновение ее связано с заложением глубинных разломов в симатической оболочке.

3. Ультраосновные породы имеют не магматическое происхождение (путем протрузии).

Кристаллизационная дифференциация базальтовой магмы

Наиболее ранней теорией была хорошо обоснованная экспериментальными данными теория кристаллизационной дифференциации американского исследователя Н. Л. Боуэна (1928). Согласно этой теории первичной магмой является магма базальтового состава, а все многообразие магматических пород (в том числе и гранитоидов) объясняется кристаллизационной дифференциацией. Боуэн показал, что между выпавшими кристаллами и жидкостью существуют реакционные взаимоотношения. Он выделил ряд непрерывных реакций в твердых растворах плагиоклазов и ряд прерывающейся реакционной серии. Второй ряд управляет процессом кристаллизации цветных силикатов. Между этими рядами Н. Л. Боуэн допускал наличие эвтектических соотношений. Реакционные ряды Н. Л. Боуэна по горизонтали формируют все главные типы магматических горных пород. Существование реакционных серий позволило прийти к заключению о строго определенном порядке кристаллизации всех минералов. В случае реакционной пары и непрерывного реакционного ряда всегда раньше выделяется более высокий член ряда (см. рис. 1). Минералы, находящиеся в различных горизонтальных рядах, не встречаются совместно. Минералы нижней части ряда не могут растворять минералы верхней его части. Эта теория была широко признана в 30–40-х гг. XXвека.

Однако еще в момент ее возникновения Ф. Ю. Левинсон-Лессинг и В. Н. Лодочников выступили против универсальности этого принципа в петрогенезисе. Основной аргумент их заключался в том, что естественные соотношения горных пород основного и кислого состава не отвечают реакционному принципу – в земной коре гранитоиды резко преобладают над габброидами, тогда как при процессах дифференциации базальтовой магмы должно было быть наоборот. При дифференциации последней должно было получиться только от 30 до 10 % гранитной магмы. Вторым аргументом явилось то, что Н. Л. Боуэн, считая, что минералы нижней части ряда не могут растворять минералы верхней его части, по сути, отрицает факт растворения гранитной магмой основных пород, тогда как примеры этого широко известны в природе. Все сомнения, высказанные учеными, позволили правильно установить порядок выделения акцессорных минералов, которые из-за содержания редких и летучих компонентов обладают большой кристаллизационной силой и кристаллизуются на заключительных этапах, обладая тем не менее идиоморфизмом. Кроме того, правило реакционных соотношений минералов применимо только для пород нормальной щелочности, тогда как для щелочных пород действуют свои закономерности кристаллизации.

Магматическая дифференциация происходит в расплаве еще до того, как он начал кристаллизоваться. Возможными факторами магматической дифференциации являются следующие:

1. ликвация;

2. миграция вещества по принципу Соре;

3. газовый перенос.

Ликвация– это процесс расщепления одного расплава на два при понижении температуры. В результате ликвации магмы перестают обладать свойствами идеальных растворов, из-за чего в них развивается жидкостная несмесимость. Ликвация экспериментальным путем была доказана для силикатных и сульфидных расплавов (при определенных условиях расплав распадается на силикатную и сульфидную составляющие, которые не могут смешиваться). Впервые этот принцип для объяснения происхождения магматических пород применил Ф. Ю. Левинсон-Лессинг. Он установил, что толчком к ликвации могут служить два процесса: 1) захват расплавом чужеродных пород, т. е. ассимиляцию, которая приводит к изменению состава магм; 2) удаление из расплава летучих компонентов, т. е. дистилляцию и опять же изменение состава и соотношения летучих компонентов.

В настоящее время ликвационный принцип считается наиболее вероятным и применяется для объяснения механизма образования (Маракушев, 1991):

а) месторождений хрома, платины, сульфидов никеля и меди в ультраосновных и основных породах;

б) происхождения расслоенности массивов основного – ультраосновного состава (например, Бушвельдский);

в) происхождения игнимбритов.

Дифференциация вещества по принципу Соребыла названа так по имени ученого, заметившего, что вблизи стенок охлаждающегося сосуда накапливаются более высокотемпературные минералы (обычно темноцветные), которые кристаллизуются в первую очередь. В природных условиях этот принцип соблюдается при кристаллизации гранитоидных интрузий, в эндоконтактах которых бывает накопление цветных силикатов – роговой обманки и/или биотита.

Газовый перенос. Многие ученые предполагают, что летучие компоненты, среди которыхH₂OиCO₂играют ведущую роль, накапливаются в верхней части магматической камеры и увлекают за собой молекулы легкоподвижных щелочных металловNaиKи некоторых редких компонентов. Этот процесс также подтвержден экспериментальными данными. Принцип газового переноса применяется при объяснении происхождения щелочных пород.