Свойства и состав магмы

Магма представляет собой гетерогенный силикатный расплав. Содержит около 5 % воды, в неизмененных магматических породах редко превышает 1 %. При высоком давлении летучие компоненты находятся в подвижном состоянии. Как многокомпонентная система магма хорошо растворяет породообразующие оксиды редких элемен­тов (Li2O, Rb2O, BeO, ZrO2, Ga2O3, Nb2O5 и др.).

Чем больше компонентов в силикатном расплаве, тем ниже тем­пература его остывания и меньшая вязкость, что ведет к повышению реакционной способности силикатного расплава и скорости диффузии компонентов реакции. Например, гранитный расплав застывает при температуре 1100–900 °С, однако при высоком давлении паров воды может находиться в жидком состоянии при температуре 700 °С.

Магма характеризуется кислыми или основными свойствами. По убыванию основности (щелочности) катионы образуют ряд: Cs > Rb > K > Na > Li > Ba > Sr > Ca > Mg > Fe²⁺. По В.В. Щербине (1964), анионы изополикремниевых кислот образуют ряд с повышающейся кислотностью: SiO 4^4–< Si2O6^4– < Si3O8^4–< Si4O10^4–.Чем крупнее анион при одном и том же заряде, тем легче он отрывается от катиона и сильнее у него кислотные свойства. Дальнейшее возрастание кислот­ных свойств происходит при переходе от силикатов к алюмосилика­там (AlSiO 4^–, AlSi6O6^–, AlSi3O8^–): Si > B > P > Al. Снижение основно­сти оксидов повышает кислотность и подвижность силикатного рас­плава и приводит к расслоению его на две несмешивающиеся жидко­сти. Летучие компоненты повышают кислотность и подвижность си­ликатного расплава. В процессе дифференциации происходит отжим жидкой фазы от породы, а при кристаллизации в расплаве увеличива­ется количество SiO2, летучих соединений и воды, уменьшается со­держание оснований. На ранних стадиях выкристаллизовываются темноцветные минералы (пироксен, амфибол, биотит), позже – свет­лые полевые шпаты, кварц.

В кислом расплаве окислительно-восстановительный потенциал выше, чем в щелочном. Поэтому в кислой среде элементы стремятся восстановиться, а в щелочной – окислиться. Вязкость магмы вызыва­ется следующими геохимическими особенностями. Ультраосновные и основные магмы менее вязкие, так как оксиды образуют форму, близ­кую к шарообразной. Кислые магмы вязкие, так как кремниевая ки­слота может быть представлена в них в виде тетраэдра (Si2O7), замк­нутых колец (Si3O9, Si6O18), цепи (SiO3), ленты (Si4O11), т. е. длинных, с трудом поворачивающихся для полимеризации в расплаве молекул. Если на место атома кислорода становятся F, Cl, OH, то цепь укорачи­вается и легче идет образование кристаллической решетки:

Вязкость повышается в расплавах, обогащенных Al2O3, частично Na2O и понижается с увеличением содержания FeO, MnO, MgO, осо­бенно летучих соединений (H2O, CO2, HF, HСl, H2S, B2O3, WO3). Под­вижность ионов зависит от их положения в структуре силикатного расплава. Подвижны ионы с «дальней структурой» и меньшей энерги­ей связи, поэтому щелочные металлы более подвижны. Освобожден­ные ионы щелочных металлов образуют свободные структурные группы R–OH, не связанные с основной структурой расплава.

Для магмы характерны два типа массопереноса:диффузия и конвекция. Важное значение в массопереносе имеют газовые растворы – флюиды. Согласно Ф. А. Летникову (1985), основой всех эндогенных флюид­ных систем служат углерод и водород. В связи с этим он различает С-­структуры и Н-структуры.

Углеродные структуры встречаются в глубинных разломах и зо­нах с углеродной спецификацией флюидов. Вследствие эволюции этих систем образуются карбонатиты, кимберлиты, щелочные породы с высоким содержанием карбонатов, углеводородов и графита. С ними связаны месторождения алмазов, Ta, Nb, Zr, Tr.

Для водородных структур характерна H2O в флюидах и меньшая глубина залегания магм. Образуются породы кислого и основного со­става и рудные месторождения. В чистом виде такие структуры не существуют. Для летучих компонентов основных магм характерен CO2, для кислых – H2O.

Магматические минералы при кристаллизации удерживают изо­морфно много примесей. Поэтому их формулы сложные. Здесь изо­морфны многие ионы, что невозможно было бы в гипергенных усло­виях. На примере магматических минералов установлены главные за­кономерности изоморфизма.

Массоперенос магмы может происходить путем «эманационной дифференциации» (концентрации), т. е. флотации пузырьков водяного пара, в котором разбавлены другие газы и летучие компоненты, вклю­чая рудные (Li, Be, Rb, Cs, Sn, Nb, Ta и др.). В магме удержи­ваются углеводороды, битумы, преобладают сильные катионы (Na⁺, K⁺, Ca⁺, Mg²⁺) над сильными анионами (Cl^–, F^–, OH^–, CO3^2–, O^2–), что создает преобладающую слабощелочную среду.