18. Причины многообразия магматических пород

Гранитная эвтектика (гранитная магма) формируется при плавлении вещества земной коры при температуре 600-700⁰С и давлении 2-5 кбар. Базальтовая эвтектика (базальтовая магма) возникает при плавлении вещества верхней мантии при температуре 900-1100⁰С и давлении до 10 кбар. Андезитовая эвтектика (андезитовая магма) – это продукт сухого плавления верхней мантии при температуре около 900-1000⁰С, но высоком давлении.

Эвтектоидный расплав возникает лишь на первых стадиях плавления. По мере прогревания соответствующего блока литосферы температура системы все более и более превышает эвтектическое значение, в эвтектоидном расплаве растворяются во все большем количестве более тугоплавкие части плавящейся породной массы. В итоге формирующаяся магма все более уклоняется от эвтектики. И с этого момента первостепенную роль начинает играть состав тех самых исходных пород, за счет плавления которых возникает магма в очаге плавления, или, как говорят обычно, состав магмаобразующего субстрата. Если на ранних стадиях исходная порода любого состава в зоне плавления гранитной эвтектики дает гранитный расплав, а в зоне базальтового плавления – базальтовый, и различия в составе субстрата проявляются лишь в разном количестве возникающего расплава (к примеру, кислые гнейсы дают больше гранитного расплава, а меланократовые гнейсы – меньше, а полевошпат-амфиболовые сланцы – еще меньше), то с повышением температуры и вовлечением в расплав все более тугоплавких компонентов состав последнего будет все более приближаться к составу субстрата.

Если магма переместится на более высокие уровни литосферы, где температура меньше, она остывает. В таком случае область взаимной смесимости тех или иных входящих в ее состав компонентов уменьшается, и первоначально единый расплав может разделиться на несмешивающиеся обособленные жидкости (две или даже более). Первоначально обособления одной жидкости в другой могут иметь форму капель. Если капли легче, чем материнская магма (например, капли карбонатного расплава в силикатном), то они вплывают. Если они тяжелее (скажем, капли сульфидного расплава в базальтовом) – то тонут. В конечном счете жидкость расслаивается, как сливки и молоко. Такой процесс называется ликвацией.

Дальнейшее снижение температуры приводит в какой-то момент к началу кристаллизации расплава. Далее опять могут вмешаться силы гравитации: легкие кристаллы могут всплывать, тяжелые тонуть, в итоге придонная часть магматической залежи обогатится одними компонентами, а прикровельная – другими. Такое разделение магмы называют кристаллизационной дифференциацией. Материал магматической залежи, обогащенный тяжелыми или легкими кристаллами, называют кумулятом. Магму, полученную после отделения кристаллической фазы, называют деплетированной магмой (обедненной магмой). Процесс деплетирования может быть и не только гравитационным. Возможно, в принципе, выжимание расплавной фазы из частично раскристаллизованной магмы в результате сжатия, подобно тому, как вода отжимается из снежка, сжатого ладонями. Такой гипотетический процесс именуют фильтр-прессингом, что означает “процеживание-сжатие”.

На расплав воздействует не только поле тяготения: на него действуют и иные поля – электрическое, магнитное. Поведение магм в этих полях по существу все еще не изучено. Ясно лишь, что эффективность воздействия этих полей не должна уступать эффективности гравитационного поля, а порой может и превосходить его. Есть и другие процессы, которые могут способствовать разделению компонентов в растворах и расплавах. Например, термодиффузия: если какой-либо раствор или расплав находится в поле перепада температур, то более легкоплавкие компоненты мигрируют в зону пониженных температур, а тугоплавкие – идут к горячему контакту. Соответственно горячий эндоконтакт интрузии должен обогащаться тугоплавкими компонентами, а более холодный контакт (обычно это верхний контакт интрузии) должен обогащаться легкоплавкими компонентами, что также должно приводить к разделению расплава на различные по составу порции еще до начала кристаллизации.

Составы исходных магм могут изменяться и за счет загрязнения их материалом вмещающих пород. Такое явление называют гибридизмом или контаминацией. Расплавы эвтектического состава не могут поглощать что-либо, ассимилировать вещество извне - любая добавка приведет к отклонению состава от эвтектического, а значит неизбежно повысит температуру его кристаллизации. Если t магмы лишь незначительно превышала t эвтектоидного плавления, то самое незначительное отклонение состава от эвтектического приведет к немедленной кристаллизации. Гибридизм (контаминация) возможен только в магмах перегретых, t которых существенно превышает t кристаллизации эвтектики данного типа (гранитной, базальтовой, андезитовой).

Добавление летучих даже в эвтектоидные расплавы снижает t их плавления (или кристаллизации). Любая магма охотно поглощает летучие компоненты (воду, углекислоту, фтор и т.д.) из пород и жидкостей, с которыми она так или иначе соприкасается.

Кристаллизация "сухой" и водонасыщенной магмы приводит к образованию разных минералов. Отличен и минеральный состав продуктов кристаллизации магм, насыщенных углекислотой, серой, галоидами, фосфором и т.д. Из сухой гранитной магмы кристаллизауется ортоклаз, а из водонасыщенной – мусковит, из сухой – пироксен, а из водонасыщенной – амфибол, биотит.

Итак:

1. Разные Р-Т условия плавления и различия в составе исходных субстратов приводят к возникновению изначально различных расплавов.

2. В процессе остывания расплавы эти могут дифференцировать. Механизм дифференциации может быть различным: ликвация, фильтр-прессинг, термодиффузия и др.

3. Разные темпы остывания приводят к возникновению разных структур.

4. Вносит свою лепту гибридизация (контаминация).

5. Магмы могут почти неограниченно поглощать летучие компоненты, что приводит к изменению минерального состава кристаллизатов (магматических пород, образующихся при их остывании).

6. Продукты магматической кристаллизации могут вступать в реакции с остаточными растворами (флюидами), что опять-таки приводит к изменениям минерального состава: замещению плагиоклаза скаполитом, серицитом; оливина и ромбического пироксена – серпентином, биотита и амфибола – хлоритом и т.д. При таких изменениях меняются не только минеральный состав, но и структуры пород.

Все эти (да и некоторые иные) процессы могут проявляться в разных сочетаниях – т.е. в разной степени интенсивности, с разной относительной ролью, в разной последовательности – все это и приводит в конечном счете к огромному разнообразию конечных продуктов, а отсюда и к огромному (в сравнении с возможным числом исходных расплавов) количеству магматических горных пород.