Магматизм

Магматические процессы связаны с возникновением, эволюцией и кристаллизацией магматических расплавов. Магма – это сложный многокомпонентный раствор-расплав, образующийся в недрах Земли, большая часть всего объёма которого имеет силикатный состав (т.е. основными химическими компонентами этих расплавов являются кислород и кремний), магмы иного химического состава встречаются изредка. Состав магм. Известные в природе магмы разнообразны по химическому составу. Разные по составу магмы образуются в различных условиях, а при их кристаллизации образуются горные породы различного минерального состава. Известны следующие типы магматических расплавов (и соответствующих им типов магматических горных пород):

- силикатные, ведущими компонентами которых являются O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na и K; расплавы этого типа имеют подавляющее преобладание среди всех известных нам земных магм;

- сульфидные; ведущие компоненты – S и ионы различных металлов (Fe, Cu, Ni и др.); в результате их кристаллизации образуются горные породы, сложенные сульфидами названных металлов (их скопления могут формировать крупные рудные месторождения – например, Норильские);

- карбонатные; ведущие компоненты – O, C, Ca, нередко Fe; продукт их кристаллизации – магматические породы карбонатного состава (карбонатиты);

- фосфатные (O, P, Ca и др.); из них образуются породы существенно апатитового состава (примером их являются апатитовые месторождения Хибин);

- железистые (O, Fe); очень редкий тип расплавов, но их производными являются породы, сложенные преимущественно магнетитом – лучшей железной рудой.

Наиболее распространённые силикатные магмы (как и горные породы магматического происхождения) дополнительно подразделяются по кремнекислотности (содержанию SiO₂) и щёлочности (суммарному содержанию Na₂O и K₂O). Подробно это подразделение мы рассмотрели ранее.

В ходе глубинных магматических процессов состав магматических расплавов непрерывно изменяется. Это связано с тем, что магмы могут разделяться и смешиваться, взаимодействовать с окружающими их твёрдыми горными породами, терять какие-либо компоненты. В результате формирование магм, различных по химическому составу и, приводит к образованию различных видов магматических горных пород.

Существенную роль в составе многих магматических расплавов играют растворённые в них так называемые летучие компоненты – различные газы (водяной пар, F, Cl, CO₂). Наличие газов снижает вязкость магматических расплавов, температуру их кристаллизации, влияет на процессы взаимодействия магмы с вмещающими породами, характер вулканических извержений и многие другие аспекты магматической деятельности, находит отражение в минеральном составе магматических пород.

Как мы уже знаем, и земная кора, и мантия нашей планеты в целом находятся в твёрдом состоянии. Целиком расплавленным является лишь внешнее ядро (находится на глубинах – более 2900 км).

Магма образуется на различных глубинах внутри мантии, и в нижних горизонтах земной коры, где формируются различные по размеру очаги расплавленного вещества. Известно, что температура внутри Земли с увеличением глубины возрастает, но одновременно возрастает и давление, что и удерживает основной объём вещества земной коры и мантии в твёрдом состоянии. В тех же участках, где по каким-либо причинам повышается температура, либо снижается давление, начинается плавление вещества. В расплавленное состояние переходят те компоненты, для плавления которых достаточно более низких температур. А более тугоплавкий остаток сохраняется, как правило, в твёрдом состоянии.

Сформировавшийся на глубине магматический расплав оказывается менее плотным и, соответственно, более лёгким, чем окружающие его горные породы, и он начинает постепенно мигрировать вверх, в сторону земной поверхности.

Магма может либо достичь земной поверхности (эффузивный магматизм), либо застыть на глубине (итрузивный магматизм). Отличия: На поверхности Земли охлаждение расплавов происходит с большей скоростью. На глубине газы (флюиды) удерживаются в магме давлением, а в поверхностных условиях они практически мгновенно отделяются от расплава.

Продукты вулканической деятельности разнообразны:

Лава – магматический расплав, излившийся на поверхность и потерявший газы; При застывании магматических расплавов на поверхности образуются: лавовые потоки – уплощённые тела языковидной формы, образуемые лавой, стекающей по склонам вулканических построек; лавовые покровы отличаются от потоков большей площадью распространения; они формируются в результате растекания лав с очень низкой вязкостью по обширной территории; купола формируются при извержениях экструзивного типа, в результате застывания очень вязких лав над жерлом и в непосредственной близости от него.

Твёрдые продукты извержений – вулканический пепел, вулканический песок, лапилли, вулканические бомбы и глыбы, являются производными магмы застывшей в жерле вулкана;

Вулканические газы – ведущий среди них компонент – водяной пар. Его доля среди газообразных продуктов извержений обычно составляет от 50 до 90%. Важную роль могут играть CO₂ (углекислый газ), SO₂ (сернистый газ), F, Cl, N, H₂S (сероводород); встречаются CO (угарный газ), CH₄ (метан) и другие газы;

Термальные воды – продукт конденсации отделяющихся от магмы водяных паров, могут быть высоко минерализованными, содержать большое количество растворённых газов, разнообразны по температуре (может достигать точки кипения). Изливаясь на поверхность, они образуют термальные источники (спокойно изливающиеся) и гейзеры. Гейзерами называют фонтанирующие источники, в которых горячая вода выбрасывается под давлением скапливающегося внизу пара. Вулканические термальные воды могут использоваться в качестве лечебных, а также как источник тепловой энергии.

Если поднимающиеся к поверхности вулканические газы проникают в рыхлые осадки, конденсация водяных паров может привести к насыщению их водой. Образуется полужидкая грязевая масса, которая может под действием газов выдавливаться на поверхность. Так появляются грязевые вулканы. Грязевые вулканы могут возникнуть и вне связи с обычным вулканизмом, если смешиваются подземные воды и поступающие с глубины под давлением газы не вулканического происхождения (например, нефтяные).

Магматические расплавы могут не достигать земной поверхности и застывать на глубине. В этом случае температура расплава снижается очень постепенно, и процесс кристаллизации растягивается на длительное время. Вначале кристаллизуются компоненты, являющиеся избыточными (для магм силикатного состава это: железо, магний, кальций). Поэтому первыми кристаллизуются минералы, содержащие именно эти химические элементы (оливин – пироксены – роговая обманка – биотит) и плагиоклазы (вначале – содержащие больше кальция, то есть более основные). На поздних стадиях кристаллизации образуются лишь светлоокрашенные минералы: калиевые полевые шпаты, мусковит, кварц или фельдшпатоиды.

Продукты эксплозивных извержений залегают в форме пластов, подобно горным породам осадочного происхождения.

При застывании лавы в жерле вулкана центрального типа формируется некк – узкое цилиндрическое тело вертикальной ориентировки. А при застывании её в трещинном канале – дайка, тело в форме узкой пластины, рассекающей окружающие горные породы.

Магма, внедрившаяся в окружающие её горные породы и застывшая на глубине, слагает интрузивные тела (или интрузии) разнообразной формы.

Лакколиты – линзовидные полого залегающие тела с выпуклой (куполообразной) кровлей. Формируются, когда большая порция магмы при внедрении приподнимает перекрывающие её слои.

Лополиты – прогнутые линзовидные тела, образуются в результате внедрения расплава между слоями полого изогнутой книзу складки вмещающих пород.

Штоки – субвертикальные, изометричные в плане тела, уходящие на большую глубину. Морфологически сходны с некками, но отличаются большим диаметром и меньшей геометрической правильностью формы.

Интрузивные тела очень больших размеров (занимающие площади во многие тысячи квадратных километров) и неправильной формы нередко называют батолитами.