Магма, ее дифференциация и кристаллизация.

Геохимия магматического процесса по современным представлениям может быть представлена в следующих чертах.

В результате первичного разделения вещества Земли, согласно идеям Гольдшмидта и других ученых, образовалось металлическое ядро (железное), сульфидно-окисный слой и силикатная оболочка. Средний состав силикатной оболочки – литосферы – вероятно, был более основным, чем базальты, приближаясь к составу каменных метеоритов, т.е. к перидотиту.

Магма – сложная система с резко меняющимся содержанием воды, летучих и прочих компонентов, находящаяся в стадии расплавления и имеющая силикатный состав. Температура – 800-1200^оС. Магма обладает подвижностью, свойственной жидкому веществу. По данным Кларка и Вашингтона магма имеет следующий средний химический состав (%):

SiO₂ – 59.14

Al₂O₃ – 5.34

Fe₂O₃ – 3.08

FeO – 3.8

MgO – 3.49

CaO – 5.08

Na₂O – 3.84

K₂O – 3.3

H₂O - .15

TiO₂ -1.02

По данным Дели 95% всех интрузивных пород - это граниты и гранодиориты, 98% эффузивных пород – базальты и пироксеновые андезиты. Исходя из этогоФ.Ю.Левинсоном-Лессингом был сделан вывод о существовании двух первичных магм – кислой и основной. Большинство петрологов склонны считать все горные породы производными от базальтовой магмы, этот базальтовый слой находится в стекловатом или кристаллическом состоянии и может расплавляться, давая базальтовую магму (теория единой материнской магмы – базальтовой). В последнее время появляются гипотезы о существовании 3 материнских магм.

Исходя из единой базальтовой материнской магмы, все многообразие магматических горных пород объясняется дифференциацией, т.е. разделением магмы, которое приводит к разделению вещества и миграции атомов. Без дифференциации исходной магмы мы бы не имели всего разнообразия горных пород, а получили бы лишь габбро для интрузивной фации и базальта – для эффузивной.

Важные факторы миграции при магматическом процессе: гравитационные, концентрация вещества, температура, давление. Сила гравитации является универсальной и постоянной величиной, переменными факторами будут температура и давление. Температура магмы постепенно понижается; концентрация веществ в магме, вследствие выпадения некоторых из них в твердую фазу, меняется; давление вначале меняется незначительно, затем с накоплением в расплаве газообразных веществ сильно возрастает, а при благоприятных тектонических условиях (глубокие разломы) может сильно понизиться.

Каждое равновесное состояние магмы будет характеризоваться определенными величинами температуры, давления, и концентрации – изменение каждого из них приведет к нарушению равновесия, т.е. вызовет дифференциацию.

Причины дифференциации:охлаждение (основная) – изменение температуры; ассимиляция (изменение концентраций); дестилляция (изменение давления).

В результате взаимодействия факторов миграции атомов в магме возникают различные процессы дифференциации, главными из которых, по классификации Ф.Ю.Левинсона-Лесинга, будут: кристаллизационная (главная); ликвация; концентрационная; ассимиляция; смешение магм.

Ликвация.В некоторых случаях дифференциация может совершаться под влиянием ликвации, важная роль которой признается рядом исследователей. Стало общеизвестным, что при охлаждении сульфидно-силикатного расплава, он может расслаиваться на 2 несмешивающиеся жидкости – сульфидную и силикатную (месторождения медно-никелевых руд и др.).

Д.П. Григорьев в 1937 г. доказал, что при температуре 1250^оС и последующем охлаждении могут возникнуть 2 несмешивающиеся жидкости – тяжелая и легкая, при условии, если первичный состав был следующим (силикатным) – SiO₂, Al₂O₃, MgO, K₂CO₃, CaF₂ и др. Тяжелая (основная) жидкость собирается внизу – MgO, CaO, Mg₂O, а легкая (кислая), образует верхний слой – SiO₂, K₂O, KF. Было установлено, что несмешиваемость зависит в данном случае от фтора – если фтор отсутствует, расплав такого же состава застывает в совершенно однородную массу, без всяких следов дифференциации. Поэтому, для ликвации силикатного расплава требуется наличие легколетучих компонентов – фтора, бора, воды и др.

Концентрационная дифференциация. Кроме ликвации, разделение жидких фаз может происходить и другим путем – путем концентрационной дифференциации, под влиянием термических токов или согласно правилу Соррэ: концентрация возрастает в более холодных частях раствора и проявляется в краевых частях массива.

Отжимание. По Боуэну, Дели и Харнеру отжимание имеет очень большое значение. Этот процесс заключается в отжимании жидкой части магмы от уже выделившихся кристаллов (фильт-прессинг), главная роль здесь принадлежит давлению. Левинсон-Лесинг на основе экспериментальных данных отрицал такую возможность, так как считал, что отжать жидкость от кристаллов, между которыми она заключена, невозможно без раздробления последних, но в структурах пород подобного раздробления не наблюдается.

Ассимиляция. Важную роль при кристаллизации магмы играют такие факторы, как изменение концентрации, присоединение новых химических соединений (вплавление, ассимиляция). Ассимиляция – это процесс усвоения магмой вмещающих пород. Она приводит к изменению одного из основных факторов равновесия системы – концентрации тех или иных веществ.

Х.М.Абдуллаев придает явлениям ассимиляции гранитными интрузиями пород, богатых кальцием, магнием и железом, решающее значение в дальнейшей эволюции этих магм. Он считает, что при этом образуются различные сложные интрузивные комплексы кислой магмы, с которыми могут быть связаны свои особые генетические ряды постмагматических месторождений. Он допускает также, что в ряде случаев ассимилированные гранитной магмой породы могут быть источников обогащения этой магмы некоторыми металлическими элементами. На основании этого он выдвинул гипотезу ассимиляционной металлогенической специализации магм и постмагматических растворов, в которой основная роль придается влиянию окружающих пород.