Магматизм — процесс возникновения в мантии и земной коре магматических расплавов , последующего их подъёма и затвердевания на разных глубинах или извержения на поверхности Земли . Магматизм является одним из главных факторов формирования земной коры . Выделяются следующие основные его этапы: зарождение, подъём и затвердевание.

Жизненный цикл

Зарождение магмы

Магмы выплавляются в интервале глубин от 15 до 250 км при частичном плавлении вещества земной коры и мантии. При этом «… в природных магматических очагах доля жидкой фазы обычно не превышает 20-30 %, а во многих случаях составляет всего несколько процентов и менее. … Температура силикатных магм в момент зарождения варьирует от 1800—1600 до 600—500 °C. Максимальные оценки относятся к наиболее глубинным ультраосновным расплавам, возникающим при плавлении перидотитов верхней мантии, а минимальные — к наименее глубинным кислым магмам, образованным в земной коре и обогащенным водой или фтором, которые значительно понижают температуру плавления.»

Выделяют 3 основных механизма зарождения магмы:

1. Нагрев выше температуры плавления глубинного вещества. Причинами эпизодического и локального нагрева, возможно, являются: радиоактивный распад U, Th, K и/или выделение тепла от трения при пластических деформациях.

2. Адиабатический подъём глубинного вещества до линии солидуса и выше.

3. Дегидратация гидроксил -содержащих минералов глубинного вещества. "Распространенными минералами такого рода являются, например, слюды, которые при нагревании выделяют до 4 мас.% воды. Если в магматическом источнике имеется вода, то температура плавления силикатного вещества понижается на десятки и сотни градусов.

Подъём и дифференциация магмы

В областях зарождения за счет меньшей плотности и вязкости расплав выжимается из связной системы межзерновых пор, наподобие того, как выжимается вода из рыхлого осадка на дне моря. Cкопления относительно легкой жидкости обладают некоторым избыточным давлением и начинают пробивать путь наверх, самостоятельно раздвигая стенки ранее существовавших трещин. При этом скорость подъёма не очень вязких магм может достигать километров и даже десятков километров в час. Глубина, до которой может подняться расплав, определяется общим его количеством, соотношением плотностей расплава и вмещающих пород, а также соотношением между температурой и содержанием растворенной воды .

При подъёме магмы она эволюционирует в сторону обогащения более поздних выплавок кремнезёмом и литофильными элементами и обеднения мафическими компонентами ( MgO , Fe _n O _m ) а также прочими преимущественно сидерофильными элементами. Эволюция обусловлена магматической дифференциацией исходно гомогенного расплава, при которой происходит разделение на различные по составу и свойствам фазы. Этот процесс осложняется рядом явлений, среди которых, пожалуй, основным «конкурентом» является ассимиляция магмой боковых пород магмаводов, стенок и крыш магматических камер.

Механизмы дифференциации

1. кристаллизационная дифференциация — процесс разделения на фазы исходно гомогенного расплава, обусловленный последовательным выпадением из расплава минералов со все меньшей энергией связи в кристаллической решетке ( ). «Обычно такая дифференциация происходит при фракционировании к-лов в результате отделения кристаллич. фракции от магматич. расплава (фракционная кристаллизация). При этом прекращается взаимодействие между к-лами и расплавом. Этот процесс может сопровождаться конвекцией и переносом к-лов в сторону холодных частей магматич. камеры и осаждением их, иногда ритмическим, на ее дне (дифференциация конвекционная). Удаление из расплава к-лов изменяет его химич. состав. Благодаря последовательно-дискретному образованию м-лов, состав расплава изменяется дискретно и продукты каждой последующей стадии кристаллизации расплава будут заметно различаться, как правило, в сторону образования более кислых и легкоплавких г.п.» ;

2. гравитационная дифференциация — процесс разделения на фазы исходно гомогенного расплава в гравитационном поле. Погружение отделившейся от расплава более плотной фазы или, наоборот, всплытие менее плотной. Характерна для ультраосновных, основных и щелочных магм, из-за их относительно низкой вязкости, в связи с малой концентрацией SiO ₂ ;

3. диффузионная дифференциация — процесс разделения на фазы исходно гомогенного расплава, обусловленный диффузией ионов или молекул в гравитационном поле, либо в условиях температурного градиента;

4. эманационная дифференциация — процесс разделения на фазы исходно гомогенного расплава, обусловленный эманацией легких элементов. Особенно характерна в протяженных по вертикали магматических колоннах в присутствии растворенных в расплаве летучих компонентов, в частности воды;

5. ликвационная дифференциация — разделение расплава на две несмешивающиеся жидкие фазы.

«Выделение газ. фазы и всплывание газ. пузырьков также приводит к дифференциации магмы, причем, если началась кристаллизация, этот процесс может сопровождаться флотацией к-лов.»

Осложняющие явления

1. магматическая ассимиляция — «поглощение и расплавление магмой пород кровли и стенок резервуара, в результате чего магма подвергается контаминации. М. а. вызывает значительные локальные химические изменения магмы.» Например, при внедрении гранитного расплава в известняки и ассимиляции их заметно увеличивается в расплаве содержание кальция. При кристаллизации будет образовываться не кислый плагиоклаз , что характерно для нормальных гранитов, а более основной. В результате ассимиляции гранитной магмой глиноземистых пород (например, слюдистых сланцев) могут появиться такие высокоглиноземистые минералы, как кордиерит или андалузит ;

2. гибридизм — процесс смешения двух разных по составу расплавов (синтексис) или ассимиляции расплавом ранее застывшей магматической фазы. В гибридной магме возможно присутствие реликтов вмещающих пород ( ксенолитов ) или их отдельных, обычно тугоплавких минералов ( ксенокристаллов );

3. десиликация — извлечение кремнезема из расплава за счет связывания его Mg , Ca , Fe вмещающих пород при внедрении магм богатых SiO ₂ в породы бедные этим компонентом (например, в известняки или ультрабазиты ). Это приводит к обеднению расплава кремнеземом и нарушению изначально нормальной пропорции SiO ₂ и Al ₂ O ₃ . Глинозем оказывается в вынужденном избытке, в связи с чем возникают минералы обогащенные Al , а количество кварца уменьшается вплоть до полного исчезновения. Если при этом количество глинозема оказывается особенно велико, он может выделиться в свободном виде, образуя корунд .

Затвердевание

При затвердевании магматического расплава происходит полная или частичная кристаллизация вещества и образуются твердые тела магматических горных пород . В случаях близповерхностных извержений (вулканизм) характерно формирование пород с порфировыми или порфировидными текстурами, что обусловлено неравновесностью такого процесса. Остывание часто сопровождается процессами автометаморфизма и , тектоническими явлениями (образованием кальдер и кольцевых структур, в связи с контракцией крупных интрузий и пр.).

Магматизм в мантийно-коровом круговороте вещества

В зонах спрединга происходит подъём и частичное плавление вещества астеносферы . При этом выплавляется относительно легкая базальтовая магма, которая затем извергается в зонах срединно-океанических хребтов и , а относительно тяжелый остаточный расплав перидотита опускается обратно. «Базальтовая магма, разные формы кристаллизации которой дают породы II и III слоев океанской коры , обнаруживает общие особенности состава во всех зонах спрединга, что послужило основанием для выделения особого геохимического типа базальтоидов» — БСОХ ( )

В зоне глубоководного желоба гетерогенная, состоящая из смеси безводных базитов , , амфиболитов и серпентинитов , океаническая кора субдуцирует и испытывает ряд превращений. По мере погружения превращаются в амфиболиты, а высвободившаяся вода вступает в реакцию с безводными базитами с образованием еще большего количества амфиболитов. Согласно , погружающаяся океаническая кора находится в таких Р-Т-условиях, что изобарический переход амфиболита в эклогит происходит в субсолидусных условиях при довольно низких температурах (<700°С). Высвобожденные воды поднимаются в перекрывающий , способствуют снижению вязкости и вызывают подъём мантийных диапиров , что в свою очередь вызывает их частичное плавление. Таким образом формируются водные толеитовые магмы, дифференциация которых приводит к появлению ранних островных дуг .

На глубинах более 100 км океаническая кора представлена эклогитом + серпентином . При давлении приблизительно 50 кбар и температуре около 500°С серпентин распадается на фазу + энстатит + вода. При этом же давлении и более и температурах 500…1600°С фаза DHMS вступает в реакцию с энстатитом с образованием форстерита и воды. Реакции дегидратации осуществляются постепенно и на большом интервале глубин, так как толща Qu -эклогита прогрет неравномерно. При наличии воды Qu -эклогит подвержен частичному плавлению с образованием риодацитовой магмы. Поступая наверх эти магмы вступают в реакции с веществом мантийного клина и вызывают подъём диапиров , состоящих из Ol -пироксенита. В результате возникают родоначальные для известково-щелочных серий базальтовые магмы. Эти магмы по мере подъёма испытывают фракционирование, контролируемое в основном гранатом , пироксеном и амфиболом .

Образующиеся при всех этих процессах относительно кислые магмы транспортируются к поверхности и совместно с осадочными породами присоединяются к окраине континента, наращивая, континентальную кору . Наращивание в результате привноса материала, а также ввиду скучивания и деформаций пород при сжатии над зонами субдукции или в областях коллизии приводит к увеличению радиогенного тепла, генерирующегося in situ. Это приводит к разогреву и, как следствие, к региональному метаморфизму и частичному плавлению с образованием вторичных гранитных магм. К этому времени приурочено образование горных цепей и хребтов.

Проявления магматизма

Выделяют 3 типа магматизма по месту его проявления:

• Континентальный.
• Окраинно-континентальный.
• Океанический.

В их составе выделяются разные, более локальные подтипы. Например: магматизм островодужный, рифтовый , плюмовый , горячих точек и некоторые другие.

По глубине проявления магматизм разделяется на 4 класса:

• ультраабиссальный (очень глубокий),
• абиссальный (глубокий),
• гипабиссальный (приповерхностный),
• поверхностный.

По составу магмы на 6 видов, соответствующих рядам кремнезёмистости .

В современную геологическую эпоху магматизм особенно развит в пределах Тихоокеанского подвижного пояса, срединно-океанических хребтов , рифтовых зон Африки и Средиземноморья и др. С магматизмом связано образование большого количества разнообразных месторождений полезных ископаемых .

Магматогенные металлические руды

См. также

• Петрогенезис
• Горячая точка (геология)
• Магматические горные породы
• Магма
• Азональность

Список литературы

Дополнительные материалы