Эволюция магматических расплавов.
В ходе глубинных магматических процессов состав магматических расплавов непрерывно изменяется. Это связано с тем, что магмы могут разделяться и смешиваться, взаимодействовать с окружающими их твёрдыми горными породами, терять какие-либо компоненты в результате незавершившейся кристаллизации. Основными процессами, изменяющими состав магм, являются дифференциация, ассимиляция и гибридизация.
Дифференциацией магмы называется разделение первичного магматического расплава на различные составляющие. Существует два механизма дифференциации:
1. Ликвация – разделение расплава на две несмесимые жидкости, одна из которых, имеющая меньшую плотность, будет скапливаться в верхней части магматической камеры, а другая – в нижней. Наглядным примером ликвации в быту может служить неизбежное разделение воды и масла после любой попытки их смешения. В магматических процессах благодаря ликвационной дифференциации обособляются расплавы несиликатного состава (сульфидные, карбонатные и др.).
2. Кристаллизационная дифференциация обусловлена неодновременностью перехода различных компонентов магмы в твёрдую фазу при её охлаждении. Если компоненты, закристаллизовавшиеся ранее, оседают на дно магматической камеры и там концентрируются, то в верхней части камеры будет скапливаться расплав, по составу отличающийся от исходного (более близкий к эвтектике). Такая разновидность кристаллизационной дифференциации называется гравитационной (так как разделение компонентов происходит под действием силы тяжести). Тот же результат будет обеспечен и в том случае, если часть магмы, не успевшая закристаллизоваться, отжимается из магматической камеры при тектонических подвижках. В результате действия кристаллизационной дифференциации более поздние порции магмы, поступающие из одного и того же магматического очага, всегда имеют всё более кислый и более щелочной состав.
Ассимиляция – это растворение или расплавление магмой захваченных ею обломков окружающих горных пород. Обломки попадают в магматический расплав из стенок и кровли магматической камеры. Само явление захвата обломков называется контаминацией (загрязнением) магмы. Если тепловой энергии магмы оказывается недостаточно для ассимиляции обломков, они формируют в образующейся магматической породе чужеродные включения угловатой формы – ксенолиты. Если обломки ассимилируются, это изменяет набор компонентов в магматическом расплаве. Проявления процессов контаминации и ассимиляции наиболее характерны для краевых частей магматических камер.
Гибридизацией называется смешение магматических расплавов, проникших в одну магматическую камеру из различных очагов. В результате этого формируется расплав, состав которого будет промежуточным между составами двух исходных.
Причины разнообразия магм и магматических пород.
Результатом рассмотренных нами процессов эволюции магматических расплавов является формирование магм, различных по химическому составу и, соответственно, различных видов магматических горных пород. Некогда геологи полагали, что всё разнообразие магм обеспечивается только этими процессами. Предполагалось, что в недрах Земли сохраняются массы первичной магмы, унаследованной от начальных стадий формирования планеты, и только её эволюция приводит к формированию множества различных магматических пород. Когда выяснилось, что не только земная кора, но и мантия Земли в целом является твёрдой, стало ясно, что никакой единой первичной магмы в недрах Земли быть не может. Эксперименты по плавлению горных пород при различных соотношениях температур и давлений показали, что состав возникающих магматических расплавов зависит от условий, в которых они образуются. Выяснилось, что магмы основного и ультраосновного состава могут формироваться только глубоко в мантии – и потому эти расплавы всегда имеют очень глубинное происхождение. Магмы среднего состава могут формироваться в верхней мантии или в самой нижней части земной коры. Основной объём кислых магматических расплавов формируется в толще земной коры, и лишь некоторая их доля является продуктом дифференциации магм более глубинного происхождения.
Как правило, при образовании магм не вся масса плавящейся горной породы переходит в расплавленное состояние. Обычно значительная её доля остаётся в виде недоплавленного остатка – рестита. Поэтому состав магматического расплава обычно не соответствует составу исходной горной породы. Но некоторые соотношения химических элементов магма от исходной породы всё же наследует, и это также увеличивает разнообразие природных магматических расплавов.
Таким образом, разнообразие природных магм является результатом совокупного действия весьма различных факторов, а именно:
- состава исходных горных пород, послуживших субстратом для выплавления магмы;
- условий, в которых протекал процесс плавления;
- дальнейших процессов дифференциации, ассимиляции и гибридизации сформировавшихся расплавов.