Магматизм и магматические породы

Наиболее значительным проявлением внутренней энергии Земли является процесс магматизма. Он выражается в поднятии из недр Земли к ее поверхности силикатного расплава или магмы, насыщенной газами, перегретой водой и ее парами. При остывании и кристаллизации магмы образуются магматические горные породы.

В зависимости от того, изливается магма на поверхность или застывает на глубине, магматизм подразделяют на эффузивный (или вулканизм) и глубинный (интрузивный). При излиянии магмы на поверхность Земли образуется лава.

Магматические породы состоят главным образом из силикатных минералов. Состав магматических пород зависит от состава магмы, из которой они образовались. При этим магма состоит преимущественно из восьми самых распространенных на Земле элементов, образуюющих силикаты. Главными из них являются кремний (Si) и кислород (O). Химические анализы показывают, что эти два элемента, а также Al, Ca, Na, K, Mg и Fe составляют 98% массы всех магм. Кроме того, магма содержит небольшое количество других элементов, включая Ti и Mn и примеси более редких элементов, таких как Au, Ag, U.

Когда магма остывает и кристаллизуется, комбинации этих элементов образуют две основные группы силикатных минералов. Одна из них – группа темноцветных силикатов, которые богаты Fe и Mg и сравнительно бедны кремнеземом (SiO2). Оливин, пироксен, амфибол и биотит – наиболее распространенные в земной коре темноцветные минералы.

Другая группа – светлоокрашенные силикаты с повышенным содержанием K, Na и Ca и пониженным содержанием Fe и Mg. Минералы этой группы содержат больше кремнезема, чем темноокрашенные. К ним относятся: кварц, мусковит и большая группа полевых шпатов. Полевые шпаты составляют не менее 40% состава большинства магматических пород.

По процентному содержанию темноцветных и светлоокрашенных минералов все магматические породы можно разделить на несколько больших групп (кислые, средние, основные и ультраосновные).

Основным индикатором состава магматической породы принято считать содержание в ней кремнезема. Это содержание напрямую связано с содержанием других элементов (так, магма, бедная кремнеземом, содержит повышенное количество Fe, Mg и Ca, а богатая кремнеземом, напротив, содержит мало этих элементов, но много Na и K).

Кроме того, от содержания кременезема зависят и другие ее свойства магмы, например температура кристаллизации и вязкость. Температура кристаллизации магмы, богатой кремнеземом (кислой), около 700ºС, при этом она имеет повышенную вязкость. Магма, бедная кремнеземом (основная), полностью застывает при температуре около 1000ºС ,эта магма имеет низкую вязкость, она текучая.

Происхождение магмы. Температура в центре Земли составляет 5500ºС, а на поверхности около 0ºС. Даже небольшая доля тепла, поступающего из недр к поверхности Земли способна обеспечить всю магматическую деятельность.

Как известно, земная кора и мантия состоят из твердых, не расплавленных пород. Только вещество внешнего ядра находится в расплавленном состоянии. Однако в этом расплаве много железа, поэтому он имеет очень высокую плотность, а следовательно, не поднимается, а, напротив, остается глубоко в недрах Земли. Сейчас установлено, что большая часть магматического расплава образуется, когда плавятся твердые породы верхней мантии и земной коры. Для того, чтобы началось образование расплава, необходимо, чтобы температура вещества поднялась выше точки плавления.

При образование жидкой магмы из твердого вещества важнейшую роль играют три фактора.

Тепло. На глубине около 100-200 км температура недр поднимается до 1200-1400ºС, что близко к температуре плавления. Здесь может происходить частичное плавление твердого мантийного вещества.

Давление. Повсеместного плавления вещества мантии и коры не происходит из-за высокого давления, которое также повышается с глубиной.

Однако, в зонах, где давление в недрах ослабевает, может происходить частичное плавление вещества мантии и земной коры. Это имеет место при определенных тектонических процессах, например, в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов. Встречные конвективные потоки поднимают твердое мантийное вещество к зонам растяжения земной коры, вдоль которых образуются глубинные разломы. Давление ослабевает, и мантийное вещество переходит в жидкое состояние. Сходный процесс имеет место в зонах мантийных плюмов (Гавайские острова).

Содержание жидкостей. Другой важный фактор, от которого зависит температура плавления пород – это содержание в них жидкости (прежде всего воды). Увеличение количества воды в породе приводит к понижению температуры ее плавления. При одном и том же химическом составе породы, которые содержат воду, плавятся при более низких температурах, чем те же породы, но без воды. Экспериментальным путем установлено, что температуру плавления базальта можно понизить на 100ºС, добавив к нему только 0,1% воды! Так, вода и другие жидкости, поступают в мантию в зоне субдукции океанической коры, что приводит к ее частичному плавлению.

Эффузивный магматизм. Вулканический процесс – это комплекс явлений, связанных с излиянием и выбросом магматического вещества на поверхность Земли и в атмосферу. При этом извергается не только жидкая лава, но и твердые продукты (глыбы, обломки, вулканические бомбы и пепел) и газообразные (пары воды и другие газы).

С вулканическим процессом связано создание вулканических форм рельефа, образование определенных минералов и горных пород.