Химический состав основных типов магм

В зависимости от химического состава среди природных магм, на­блюдаемых в областях современного вулканизма, выделяют следую­щие главные типы: ультраосновные (SiO₂ < 44 %), основные или ба­зальтовые (SiO₂ = 44-53 %), средние или андезитовые (SiO₂ = 53-64 %), кислые или гранитные (SiO₂ > 64 %).

По уровню зарождения магмы условно подразделяются на мантийные, нижне- и верхнекоровые, что подтверждается изучением очагов многочисленных современных вулканов. По составу они крайне разнообразны: базальтовые (разной щелочности), андезитовые и кислые. В отдельных регионах устанавливаются экзотические по составу карбонатитовые, ультраосновные (коматииты) магмы

О реальности существования в природе различных по составу магм свидетельствуют деятельность современных вулканов и продукты их деятельности (покровы, потоки лав, пирокластики, экструзивные купола и др.). Таким образом, реальность магматической деятельности и ее масштаб доказываются мощностью и разнообразием вулканических толщ, количеством вулканических аппаратов.., На интенсивность вулканической (магматической) деятельности влияют следующие факторы: а) термическое состояние глубин, влияющее на процесс генерации магм; б) наличие избыточного (сверх литостатического) давления,; в) проницаемость среды, что в самом общем случае определяется количеством разломов на единицу площади той или иной территории.

В процессе остывания магматического расплава и его дифференциации образуются магматические горные породы, подразделяющиеся по содержанию SiO₂ и окислов щелочных металлов (Na₂O и K₂O) на ультраосновные, основные, средние и кислые типы. В свою очередь каждый тип подразделяется на породы нормального, субщелочного и щелочного класса. Экзотические магматические породы (карбонатиты и др.) имеют свою классификацию.Значительно реже и в несоизмеримо меньшем количестве встреча­ются несиликатные магмы, например карбонатные (в Танзании один из современных вулканов извергает лавы, близкие по составу к соде — (Na,K)₂CO₃). Однако такие магмы являются экзотикой.

Почти все образующиеся при застывании магмы горные породы состоят из силикатов — кислородсодержащих соединений кремния. Кроме того, маг­матический расплав содержит сульфиды и соединения типа Fe₂O₃, атомы отдельных металлов, молекулы растворенных газов (летучие компоненты).Лавы вулканов сильно отличаются от магм глубин Земли, но тем не менее, многие особенности магмы распознаются на примере современ­ных вулканических извержений.

Магмы разных типов имеют различные физические свойства.

Температура силикатных магм в момент зарождения варьируется от 1800-1600 до 600-500 °С. Максимальные значения характерны для глу­бинных ультраосновных расплавов, возникающих при плавлении верх­ней мантии или астеносферного слоя, а минимальные — для наименее глубинных кислых магм, образующихся в земной коре и обогащенных водой или фтором, которые понижают температуру плавления.

Вязкость магм определяет их подвижность (текучесть). Наименьшей вязкостью и максимальной подвижностью обладают высокотемпературные магмы ультраосновного и основного состава, а наибольшая вязкость харак­терна для кислых магм, возникающих при относительно низкой температу­ре. Присутствие летучих значительно понижает вязкость расплавов.

Среди стоящих перед геологами задач важнейшим является восстановление исходного состава магмы генерированной различными по составу исходными породами мантии и земной коры. Важное значение имеет степень плавления, при которой избирательно в состав расплавов поступают химические элементы с разными свойствами. Не менее важной является реконструкция процессов эволюции магмы от источников ее происхождения, через серию глубинных и периферических магматических очагов, вплоть до излияния на поверхность в вулканических центрах.

Причиной возникновения магм является нагревание выше температуры плавления глу­бинного вещества, то есть выше температуры солидуса.Магмы меняют свой состав в результате дифферен­циации.

Дифференциация магмы – непрерывный процесс изменения ее состава под влиянием разных процессов.

Кристаллизационная дифференциация.Универсальную модель петрогенезиса магматических пород сформировал Н.Л.Боуэн. Согласно его представлениям, последовательная фракционная кристаллизация исходной базальтовой магмы приводит в итоге к формированию всех типов магматических пород от основных базальтового ряда до кислых гранитного.На изменение состава магмы,помимо кристаллизационной дифференциации, влияют также ликвация,смешение магм, ассимиляция (полное усвоение и плавление боковых пород) и другие процессы.

.Смотри фильм 1»кристаллизационная дифференциация»Ctrl+щелчок

Смотри фильм 2»последовательность кристаллизации»Ctrl+щелчок

Рис.5.3. Бинарный реакционный ряд последовательного формирования магматических пород в ходе кристаллизационной дифференциации базальтовой магмы (Н.Л.Боуэн)

Рис. 5.4.Кристаллизационная дифференциация магмы в магматической камере.Кристаллы опускаются на дно камеры,образуя породу более основного состава по сравнению с остаточным расплавом

Рис.5.5. Кристаллизационная дифференциация магмы в магматической камере.Последовательность событий:охлаждение магмы,кристаллизация(возникновение кристаллов),образование магматической породы вдоль стенок камеры,выход остаточной магмы на поверхность (вулкан).Полная кристаллизация завершает формирование интрузива.

При ликвационной дифференциации, реже встречающейся в приро­де по сравнению с кристаллизационной, происходит разделение едино­го родоначального расплава на две несмешивающиеся жидкие фазы с различным химическим составом.

Рис.5.6. Расслоение магмы (ликвация) по составу (сочетание основной и кислой магмы)

.

Рис.5.7 .Ликвация на примере доменного процесса.Доменный расплав расслаивается на тяжелый расплав железа и легкий-шлака.

Ассимиляция.Магмы способны усваивать и переплавлять материал горных пород, вмещающих магматический очаг или в виде обломков (ксе­нолитов) попадающих в расплав в ходе его подъема и внедрения в высо­кие горизонты земной коры. Этот процесс называется ассимиляцией.В результате ассимиляции первичный состав магмы меняется. Воз­никают так называемые гибридные магмы, состав которых отличается от родоначального.

Смотри фильм 1»контаминация»Ctrl+щелчок

Рис.5.8.Ассимиляция магмой боковых пород, частичная ассимиляция с сохранением ксенолитов (включений) вмещающих пород (слева) и полной ассимиляции (справа)

Рис.5.9 .Блоки боковых пород в магматической камере.Их ассимиляция изменяет состав магмы и продуктов вулканизма (слева)

Рис.5.10 .Смешение основной и кислой магмы в магматической

Камере (справа)

Рис.5.11.Андезитовая магма среднего состава как результат смешения основной и кислой магм.А -два типа магм в разных очагах,В-смещение основной и кислой магм,С=образование андезитовой магмы среднего состава

Дифференциация обусловлена перемещением в пространстве и последующим обособлением минералов, возникших в процессе кристаллизации магматического расплава.Перемещение минералов происходит при гравитационном осаждении выпав­ших из расплава кристаллов с относительно большим удельным весом (например, оливина и пироксенов), всплывании относительно легких минералов (полевых шпатов, плагиоклазов) или в результате действия конвекционных токов в магматическом очаге. Результатом может явиться выделение из единой магмы более основной и более кислой составляющих.

Значительные объемы магмы, обладающие избыточным давлением, поднимаются вверх, раздвигая стенки ранее существовавших трещин, заполняя плоские и линзообразные трещинные каналы и формируя систему промежуточных магматических очагов. При этом скорость подъе­ма наиболее подвижных магм, как показывают расчеты, может дости­гать нескольких километров в час.

Рис.5.12.Состав магмы зависит от состава исходных пород.Основные магмы при извержениях образуют потоки лавы,кислые-вулканические конусы

Рис.5.13. ДифференциациЯ магмы происходит на пути ее перемещения в очагах магмагенерации в астеносфере и земной коре (А-астеносфера,Л-литосфера,К-кора)

Коровые магмы, образовавшиеся выше поверхности Мохоровичича, легче, чем материал земной коры, и такие расплавы часто достигают земной поверхности.При характеристике магматических процессов следует исходить из состава пород в очагах магмагенерации с учетом адиабатических условий и солидуса минералов, слагающих соответствующие интервалы разреза мантии и земной коры. Возникающая в этих условиях магма по мере ее продвижения к поверхности подвергается необратимым изменениям, что приводит к многообразию как самих магматических пород, так и генетических связей между ними. Магматизм отражает радиальность глубинных процессов дифференциации вещества Земли от ее недр к поверхности. Этот процесс начинается в мантии, где рождается магма.

Геодинамические условия возникновения магм.Первичная магма основного (базальтового) состава формируется в астеносфере и далее поступает к поверхности в зоне спрединга в пределах срединноокеанического хребта,где формирует океаническую кору (интрузии габбро,дайковый комплекс,пиллоу-лавы).

Рис.5.14.Расположение очагов магмагенерации в зонах спрединга и субдукции

Следующей областью магмагенерации является зона субдукции,где происходит переплавление океанической коры и образуются очаги магмы среднего (андезитового) состава.В разрезе островной дуги по мере подъема расплава они испытывают дифференциацию вплоть до кислых магм.Отсюда понятен пестрый состав магматических пород.При субдукции под континент происходит ассимиляция кислых пород континентальной коры.Поэтому в подобных условиях формируются крупные тела гранитоидных интрузий.

Рис.5.15.Очаги магмагененерации в зоне коллизии при схождении континентов

О собо сложные условия магматизма наблюдаются внутри континентов,в рифтовых областях.Здесь наиболее ярко проявляются все способы магматической дифференциации.Именно поэтому в пределах областей континентального магматизма присутствуют все виды магматических п ород от основных до кислых и ультракислых.

Рис.5.16.Возникновение магмы в зоне рифтогенеза

Магматизм в целом, в зависимости от того, достигает ли расплав дневной поверхности или застывает на глубине, подразделяется на вул­канизм и интрузивный магматизм (плутонизм).

Классификация и номенклатура магматических пород.Под магматическими породами обычно понимаются естественные ассоциации минералов, и вулканического стекла или только вулканического стекла, возникших благодаря кристаллизации и остыванию магматических расплавов. Их химический и минералогический состав очень сложный, что предопределяет огромное разнообразие магматических пород. Предложены различные их классификации: по глубине образования – (интрузивные и эффузивные), составу и соотношениям породообразующих и акцессорных минералов, химическому составу, структурным особенностям и др. Важнейшими классификационными критериями являются химический и минералогический состав магматических пород.

Рис.5.17.Главные породообразующие минералы

магматических

пород

Рис.5.18.Температура кристаллизации главных породообразующих минералов магматических пород

Рис.5.19. Последовательность кристаллизации минералов магматических порд

Наибольшим признанием пользуется классификация, базирующаяся на изменениях химического и минералогического состава магматических пород. Согласно классификации они образуют иерархические последовательности – тип, класс, группа, ряд и семейство горных пород. Типы пород включают магматические, осадочные и метаморфические. Среди первых выделяют два основных класса – плутонические (интрузивные) и эффузивных (вулканические) породы. Их последующая классификация производится по изменению химического состава с учетом ассоциаций минеральных компонентов.Важнейшее значение в классификации имеет содержание кремнезема (SiO₂) и щелочей (Na₂O и К₂О), что позволяет выделять группы и ряды магматических пород.По содержанию кремнезема они подразделяются на четыре группы: ультраосновные (SiO₂=30-44%), основные (44-53%), средние (53-64%) и кислые (64-78%) породы. Важно отметить, что при этих групп как и входящих в их состав более дробных градаций (ряды и семейства), границы между ними не являются (переход из одной категории в другую) происходит постепенно, что обусловлено изменениями химического состава магм в ходе их кристаллизационной дифференциации и другими причинами.

Изменение щелочности магматических пород играет важнейшую роль классификации. По содержанию Na₂O и К₂О они делятся на породы нормальной щелочности, субщелочные и щелочные.

Подобный принцип классификации магматических пород не исчерпывает все их многообразие. Важными диагностическими признаками являются изменения содержаний железа, магния, аллюминия, редкоземельных и других химических элементов. Их значение велико не только в классификационных целях, но и, особенно, при реконструкции условий возникновения магм, их дифференциации и, наконец, образования бесчисленного множества различных по составу и происхождению магматических пород. По соотношениям разделяются нормально-щелочные и субщелочные породы Изменение степени железистости и глиноземистости - важный диагностический признак .

Рис.5.20 .Типы магматических пород и их минералогический состав

. Смотри фильм »классификация магматических пород»Ctrl+щелчок

Рис.5.21.Основные признаки магматических пород