Кристалізаційна диференціація магматичних розплавів як головний фактор магматичної еволюції.

Диференціація магми– розділення первинної магми під дією фізико-хімічних процесів на частини з різним хімічним складом, що веде до виникнення різних мінеральних комплексів. Розрізняють Д. м.: к р и с т а л і з а ц і й н у (розділення твердих кристалічних фаз магми в процесі її кристалізації) - основний механізм Д.м.; ф р а к ц і й н у (широко виявляється при формуванні розшарованих інтрузій основних і ультраосновних гірських порід, що утворилися в результаті осаду продуктів кристалізації на дно магматичної камери, яке поступово підіймається, а також при формуванні глибоко диференційованих масивів рідкіснометальних гранітоїдів (лужних, літій-флуористих, онгонітів і інш.); к і н е м а т и ч н о - г р а в і т а ц і й н у (різновид кристалізаційної Д.м. при якій іде перерозподіл сполук у фронтальних та нижніх шарах магми, збагачення нижніх шарів СаО, MgO, FeO; л і к в а ц і й н у - розділення розплаву на дві рідкі фази що не змішуються; е м а н а ц і й н у - розділення речовини магматич. розплаву за рахунок утворення хім. сполук, компонентів магми з флюїдами, здатними до відособлення (протікає під впливом потоків трансмагматичних флюїдів).

Любой магматический расплав - 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.

Процесс кристаллизационной дифференциации хорошо изучен. 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.

Самый главный фактор, вызывающий понижение температуры кристаллизации,- это флюидное давление. Чем оно выше, тем температура кристаллизации ниже. Особенно велико влияние воды на структурные и химические свойства силикатных расплавов. Увеличение давления Н₂O и ее растворение понижает вязкость расплавов и превращает алюмосиликатные расплавы в силикатные. Важное значение имеет продукт восстановления воды - водород H₂ и так называемое водно-водородное отношение Н₂O/Н₂, в зависимости от которого варьирует соотношение Fе₂Оз и FeO, показывающее степень окисления - восстановления расплава. Повышенное содержание летучих (флюидов) компонентов способствует сохранению расплавов в жидком состоянии до сравнительно низких температур, если сопоставлять их с таковыми "сухих" расплавов.

Таким образом, флюидные компоненты, обладающие высокой растворимостью в расплавах, т.е. трудно отделяемые от него, 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 извержениях вулканов. Отделение летучих компонентов от магмы происходит обычно в верхних горизонтах земной коры, где давление ниже. 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. Важно подчеркнуть, что потоки глубинных флюидов, проходя через расплав и взаимодействуя с ними, изменяют его состав за счет привноса одних и выноса других компонентов. Таким образом, флюидный режим, различная растворимость (магмофильность) флюидных компонентов в расплаве, повышение или понижение их давления оказывают решающее влияние на дифференциацию магматических расплавов, их вязкость и температуру кристаллизации.

Важным фактором эволюции и дифференциации магматических расплавов является их взаимодействие с вмещающими породами. На больших глубинах перемещение магмы может происходить только при явлении магматического замещения, когда глубинные трансмагматические флюиды реагируют с вмещающими породами, растворяя их, при этом осуществляется привнос - вынос различных элементов.

Кристалізаційна диференціація пов'язана з тим, що мінерали., що виділяються в початкові стадії твердіння, мінерали по питомій вазі відмінні від розплаву. Це веде до спливання одній їх частині (наприклад, кристали плагиоклаза в діабазах Кольського півострова) і опусканню інший (наприклад, олівіна і авгита в базальтах Н. Шотландії). В результаті у вертикальному розрізі магматичні тіла утворюються породи різного складу. Можлива зміна складу магми. при віджиманні залишкової рідини від кристалів, що виділилися, і в результаті взаємодії магми. з вміщаючими породами. Спочатку передбачалося, що магматична диференціація і взаємодія з вміщаючими породами (асиміляція, контамінація) ведуть до різноманітності мінералів. Теперь цими процесами частіше пояснюють деталі будови окремих масивів магматичних порід, смужчату будову інтрузивних тіл, відмінності у складі лав, що одночасно виливаються з вулкана на різних гіпсометричних рівнях, і зміну складів лав, що виливаються з вулкана. Для визначення ходу еволюції магми. важливе значення має послідовність виділення мінералів при кристалізації магми. Немецким петрографом До. Р. Розенбушем і американським петрографом Н. Боуеном була розроблена схема, згідно якої при кристалізації магми. в першу чергу завжди виділяються рідкі (акцесорні) мінерали, потім магнезійно-залізисті силікати і основні плагиоклази, далі слідують рогова обманка і середні плагиоклази, а в кінці процесу утворюються біотіт, лужні польові шпати і кварц. У основних магм. той же закон визначає звичайне випадання в першу чергу олівіна, пізніше піроксенов і лише в кінці — амфіболов і слюда. Проте універсальної послідовності кристалізації магми. не існує. Це узгоджується з представленнями про магму як про складний розчин, де випадання твердих фаз визначається законом мас, що діють, і розчинністю компонентів. Тому в магмі, багатою алюмосилікатнимі і лужними компонентамі, польові шпати виділяються раніше за темноцветних мінерали (у гранітах). У сильно пересичених кремнеземом породах незрідка першим виділяється кварц (кварцеві порфіри). Навіть у магм одного складу порядок кристалізації міняється залежно від вмісту в них летких компонентів.