2.6. Эндогенные геологические процессы

2.6.1.Магматизм Земли.

Магматизм - это совокупность всех геологических процессов, движущей силой которых является магма и её производные. Магма (от греческого magma - густая мазь, тесто) – расплав внутриземного вещества. Затвердевшие расплавы образуют магматические горные породы. Различают вулканические или эффузивные породы, затвердевшие на дневной поверхности или дне водоемов, и интрузивные (внедренные) породы, которые кристаллизовались на той или иной глубине в виде тел различной формы. Вулканические породы составляют лишь около 10% всей массы магматических пород, а интрузивные - 90%. Магматические горные породы, образовавшиеся из жидкого расплава - магмы, играют огромную роль в строении земной коры.

Излившиеся и интрузивные породы сходного химического и минерального составов отличаются строением. Лавовые потоки, которые образуются при вулканических извержениях, имеют небольшую толщину (метры - десятки метров) и затвердевают очень быстро, в течение нескольких часов или суток. При этом или успевают вырасти только очень мелкие кристаллы, или расплав вообще не кристаллизуется, а превращается в вулканическое стекло - породу аморфного строения.

Рис. 2.6.1. Распределение вулканов на поверхности Земли

Часть вулканов расположена вдоль крупных расколов земной коры внутри континентов (Восточная Африка) и в центральных частях океанов (Рис.2.6.2). . Крупные интрузивные тела, достигающие километров в поперечнике и залегающие на большой глубине, кристаллизуются в течение сотен и тысяч лет с образованием крупнозернистых кристаллических структур. Cовременные вулканы распределены на Земле неравномерно. Максимальное количество действующих вулканов сосредоточено в так называемом вулканическом кольце по краям Тихого океана, к которому относятся, в частности, Камчатка и Курильские острова.

Рис 2.6.2. Положение вулканов вокруг океанических литосферных плит.

Ежегодно на поверхность Земли ежегодно выносится громадное количество вулканического материала. Около 75% вулканических пород накапливается на дне океанов, 20% - на островах в зонах перехода от океанов к континентам и только 5% на суше. Интрузивные тела, образованные в геологическом прошлом и выведенные сейчас на поверхность, разнообразны по форме и размерам. Образуются как мелкие пластинообразные инъекции - магматические жилы, заполняющие отдельные трещины, так и очень крупные тела (рис.2.6.3)

Рис 2.6.3. Формы интрузивных тел

Батолитами называют очень крупные глубинные магматические тела, имеющие в поперечнике от нескольких десятков до сотен километров. Ответвление от батолитов столбообразных интрузий называют штокками (по-немецки – палка, ствол).

Лакколиты – интрузивные магматические тела грибообразной формы.

Силлы пластовые плоские интрузии, залегающие согласно с подстилающими и перекрывающими осадочными породами.

Лаполиты – чашеобразные, вогнутые сверху крупные интрузивные магматические тела.

Дайки – преимущественно приповерхностные жилообразные магматические интрузивные тела. Размеры их колеблются от нескольких сантиметров до километров.

В зависимости от глубины формирования интрузивные массивы подразделяются на приповерхностные, или субвулканические (последнее слово означает, что магма почти подошла к поверхности, но все-таки не вышла на нее, т.е. образовался "почти вулкан" или субвулкан) - до первых сотен метров; среднеглубинные, или гипабиссальные,- до 1-1,5 км и глубинные, или абиссальные,- глубже 1-1,5 км. Подобное разделение не очень строгое, но в целом достаточно отчетливое. Глубинные породы, застывавшие медленно, обладают полнокристаллической структурой, а приповерхностные, в которых падение температуры было быстрым,- порфировой, очень похожей на структуру вулканических пород.

Основные породы, которые по разным оценкам составляют от 75 до 25% массы континентальной коры и почти всю океаническую кору, были выплавлены из верхней мантии в процессе магматической деятельности. Основная (или базальтовая) магма содержит около 50% SiO₂. Температура ее кристаллизации 1200 – 1300^оС. Различают толеитовую базальтовую магму, несколько перенасыщенную кремнеземом, и щелочно-базальтовую магму, недосыщенную кремнеземом, но обогащенную щелочами (Na, K). Гранитная (риолитовая, кислая) магма содержит 60 – 65% кремнезема, она имеет меньшую плотность, более вязкая, менее подвижная. Более, чем базальтовая, насыщена газами и имеет меньшую температуру кристаллизации.. Кислые породы обычно рассматривают как продукт повторного частичного плавления основных пород в пределах континентальной земной коры.

Магма - это по существу трехкомпонентная система, состоящая из жидкости, газа и твердых кристаллов, которые стремятся к равновесному состоянию. В зависимости от изменения температуры, давления, состава газов и т. д. меняются расплав и образовавшиеся в нем ранее кристаллы минералов - одни растворяются, другие возникают вновь, и весь объем магмы непрерывно эволюционирует. Различают первичные и вторичные магмы. Первые возникают на разных глубинах земной коры и верхней мантии и, как правило, имеют однородный базальтовый состав. Однако, продвигаясь в верхние этажи земной коры, где термодинамические условия иные, первичные магмы изменяют свой состав, превращаясь во вторичные и образуя разные магматические серии. Подобный процесс называется магматической дифференциацией, на которую оказывают влияние образование кристаллов минералов и взаимодействие с вмещающими породами и потоками глубинных флюидов.

Процесс кристаллизационной дифференциации хорошо изучен, причем не только теоретически, но и экспериментально. Кристаллы, образующиеся в магме, всегда отличаются от нее по составу, а также по плотности, что вызывает осаждение кристаллов. При этом состав оставшегося расплава будет изменяться. В основных силикатных базальтовых магмах сформировавшиеся раньше всего кристаллы оливина и пироксена, как обладающие большей плотностью, могут скапливаться в нижних горизонтах магматической камеры, расплав в которой из однородного базальтового становится расслоенным. Нижняя часть приобретает ультраосновной состав, более высокая - базальтовый, а самые верхние части, обогащаясь кремнеземом и щелочными металлами, приобретают еще более кислый состав, вплоть до гранитного. Так образуются расслоенные интрузивные тела. Кристаллизационная и гравитационная дифференциация является одним из важнейших процессов эволюции магматических расплавов.

Не меньшую роль играет и взаимодействие магмы с флюидами. Как уже говорилось, магма - это флюидно-силикатный расплав, состоящий из окислов: SiO₂, TiO₂, А1₂O₃, Fе₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, по объему составляющих 90-97 %. Летучие компоненты в магме представлены СO₂, H₂, H₂O, F₂, В и др. Оксид углерода, водород, вода легко отделяются от расплава, способствуя образованию "сухих" высокотемпературных магм. Фтор и другие летучие компоненты накапливаются в расплаве, так как они трудно отделимы от него. Значительно реже и в несоизмеримо меньшем количестве образуются несиликатные магмы, например карбонатные. Они являются продуктами частичного плавления карбонатизированных перидотитов верхней мантии, устойчивых на глубине более 80 км. Известны интрузивные карбонатиты магматического происхождения, состоящие из CaCO₃, CaMg(CO₃)₂, MgCO₃, (Na,K)₂CO₃, а в Танзании один из современных вулканов извергает лавы, близкие по составу к соде. Однако эти породы являются большой редкостью.

Флюидные компоненты, обладающие высокой растворимостью в расплавах, резко понижают температуру кристаллизации расплава, а компоненты труднорастворимые, наоборот, повышают температуру кристаллизации. Если в магме содержится много летучих компонентов, которые могут легко от нее отделиться, то она приобретает способность взрываться, что проявляется в мощных эксплозивных (взрывных) извержениях вулканов. Обогащение одних участков расплава по сравнению с другими флюидными компонентами приводит к тому, что первые дольше сохраняют жидкое состояние, способствуя появлению полосчатых текстур и приводя к образованию несмешивающихся расплавов, т.е. к ликвации. Потоки глубинных флюидов, проходя через расплав, изменяют его состав за счет привноса одних и выноса других компонентов. Таким образом, флюидный режим, различная растворимость флюидных компонентов в расплаве, повышение или понижение их давления оказывают решающее влияние на дифференциацию магматических расплавов, их вязкость и температуру кристаллизации.

Рис. 2.6.4.Влияние флюидного давления на температуру кристаллизации магматического расплава:

1 - сухая эвтектика, 2 - водная эвтектика; I-III- снижение температуры кристаллизации твердых растворов А и В при увеличении давления воды

Важным фактором образования магматических расплавов является их взаимодействие с вмещающими породами. При взаимодействии магмы с вмещающими породами часто происходит их усвоение, ассимиляция, что приводит к возникновению новых пород, называемых гибридными.

Кристаллизация магмы происходит не мгновенно, а в определенном интервале температур (рис.2.6.4.). С падением температуры в точке 1 появляется кристалл, который сосуществует с жидкостью. Эта точка располагается на линии, примыкающей к жидкому расплаву,- линии ликвидуса, Дальнейшее падение температуры, происходящее в некотором интервале, будет приводить к кристаллизации новых минералов, находящихся в окружении остаточного расплава. Выделение минерала в точке 2 произойдет, когда весь расплав уже раскристаллизован, т.е. эта точка лежит на линии, примыкающей к твердому телу, называемой линией солидуса или солидусом. Охлаждение и потеря летучих компонентов оказывают на расплав одинаковое влияние.

Канадский геолог Н.Боуэн предложил последовательность кристаллизации минералов из расплава при понижении температуры и формирования глубинных магматических пород.

МИНЕРАЛЫ ПОРОДЫ

Оливин Кальциевый полевой шпат } Габбро