Магматическим очагом называется жидкий расплав вещества мантии, занимающий некоторый объем в теле Земли. Считается, что исходная магма имеет химический состав, аналогичный веществу мантии – основной или даже ультраосновной. Главным критерием определения химического состава магмы, как и магматических горных пород, является содержание SiO2 – кремнезема:
– кислой считается магма, содержащая более 65 % SiO2;
– средняя магма содержит от 65 до 53 % SiO2;
– основная магма содержит от 53 до 45 % SiO2;
– ультраосновная магма бедна кремнеземом – менее 45 % SiO2.
Из приведенного становится понятным, что для образования расплавов, отличных от первичных (основных и ультраосновных), требуется преобразование магмы. Такое разделения исходной (основной) магмы на расплавы разного состава называется дифференциацией магмы.
Дифференциация магмы происходит разными путями, из которых, возможно, главное значение принадлежит следующим.
1. Кристаллизационно-гравитационная дифференциация заключается в том, что кристаллизация минералов при остывании расплава идет в строгой последовательности: первыми кристаллизуются самые тугоплавкие (тяжелые) минералы, а затем все менее тугоплавкие, и, соответственно, легкие. Образующиеся кристаллы минералов могут вступать в реакцию с оставшимся магматическим расплавом и последовательно замещаться все менее тугоплавкими минералами. Если реакция окончательно не завершается, то внутри позднее возникших кристаллов сохраняются остатки предшествующих. Данная последовательность, по имени выявившего ее канадского петрографа названная реакционным рядом Боуэна, выглядит примерно следующим образом: оливин – пироксен – плагиоклаз – роговая обманка – биотит – ортоклаз – мусковит – кварц. Оставшиеся после образования кварца магматические пары и растворы также могут реагировать с минералами, в результате чего образуются хлорит, серпентин или другие минералы. Названные растворы, проникая в трещины, формируют рудоносные пегматитовые дайки и жилы. Если кристаллизация происходит быстро, то образующиеся первыми тяжелые минералы оседают на дно магматической камеры, формируя основные породы (габбро). Оставшаяся магма окажется более кислой, и богатой подвижными компонентами, следовательно, поверх основных пород начнут возникать средние (диориты, сиениты), а затем и кислые магматические породы (граниты).
2. Процесс фильтрации и отжимания остаточной магмы под влиянием давления происходит в результате того, что объем расплава примерно на 10 % больше, чем объем образующихся из него магматических пород. Следовательно, оставшаяся жидкой часть расплава, будучи гидростатически более легкой, станет отжиматься вверх по трещинам под давлением окружающих пород.
3. Ликвация – разделение магмы на два несмешивающихся расплава. При этом насыщенная кремнеземом, а значит более легкая жидкость, скапливается в верхней части камеры, а более тяжелая – в нижней. Возможно, ликвация также принимает участие в образовании пегматитов.
4. Ассимиляция заключается в том, что, по мере подъема магма растворяет (расплавляет) окружающие горные породы, обогащается продуктами растворения, и, следовательно, изменяет свой химический состав. О процессе ассимиляции свидетельствуют ксенолиты – «впаянные» в интрузив обломки вмещающих пород.
5. Гибридизация проявляется в смешении разных расплавов, что ведет к образованию магматических пород неупорядоченного химического и минералогического состава.
По мере остывания интрузивных тел, от них отделяются и поднимаются по трещинам перегретые водные растворы и летучие компоненты, создавая пневматолитовые месторождения минералов, содержащих олово, вольфрам и другие металлы. На значительном расстоянии от интрузива летучие компоненты исчезают, температура растворов падает, идет формирование гидротермальных месторождений галенита, сфалерита, халькопирита, кварца, кальцита и других минералов.
ТИПЫИНТРУЗИВНЫХ ТЕЛ
Предполагается, что не менее 90 % объема возникающего магматического расплава останавливается и застывает в толще литосферы, образуя интрузивные тела различной формы и объема. По соотношению с условиями залегания вмещающих пород интрузивы подразделяются на конкордантные (залегающие согласно, т. е. контуры их совпадают с контурами вмещающих пород) и дискордантные (залегающие несогласно, т. е. произвольно рассекающие собою слои вмещающих пород). В зависимости от глубины образования все интрузивы делятся на абиссальные (сверхглубинные) и гипабиссальные (приповерхностные). Отличительным структурным признаком всех интрузивных пород является полнокристалличность, а характерной текстурой – массивная.
Абиссальные интрузивы характеризуются большими объемами и тесной связью с магматическим очагом. Благодаря длительному (миллионы лет) остыванию магмы в условиях высочайших температуры и давления, происходит полная кристаллизация вещества. В силу этого, абиссальным породам свойственны структуры полнокристаллическая, обычно крупно- или среднекристаллическая. В составе абиссальных пород чаще всего встречаются граниты, а также диориты, габбро, пироксениты и перидотиты. По условиям залегания все абиссальные тела являются дискордантными. Главными типами их являются батолиты и штоки.
Батолиты являются крупнейшими интрузивными образованиями: площадь их поверхности превышает 100 кв. км, время остывания достигает десятков и сотен миллионов лет. Имеют в плане изометричную форму. В вертикальном разрезе могут как расширяться вверх, так и сужаться, образуя вверху купол или свод. Обычно батолиты сложены кислыми породами (гранитами). Крупнейшая из известных система батолитов, общей длиной около 8 000 км, представлена в Андах. Три входящих в ее состав батолита, расположенные на территории Перу и Чили, имеют протяженность по 1 300 км каждый. Батолит Берегового хребта на северо-западе США простирается на 2 000 км при ширине до 200 км.
Штоки подобны батолитам, но площадь их менее 100 кв. км.
Гипабиссальные интрузивы, по сравнению с абиссальными, характеризуются более тесной связью своего вещественного состава с составом вмещающих пород. Объяснить это можно, в первую очередь, несравнимо меньшим объемом приповерхностных магматических образований. Благодаря сравнительно невысоким температурам и давлению, остывание гипабиссальных тел идет гораздо быстрее, поэтому почти все или все кристаллы не достигают большого размера. Соответственно, характерными структурами являются полнокристаллическая, но мелкокристаллическая или порфировидная, что находит свое отражение в названиях гипабиссальных пород: гранит-порфир, сиенит-порфир, диорит-порфир. В этих же условиях образуются пегматиты, обладающие своеобразной пегматитовой текстурой, обусловленной разнонаправленным ростом кристаллов ортоклаза, слюд, кварца. По соотношению со вмещающими породами гипабиссальные тела бывают как дискордантными, так и конкордантными.
1. Конкордантные тела. При внедрении в слои вмещающих пород магма приспосабливается к условиям залегания последних.
Лакколиты в вертикальном разрезе имеют грибообразную форму, обусловленную тем, что магма приподнимает вышележащие слои осадочных пород. Поэтому верхняя часть лакколита куполообразна, а нижняя ровная, параллельная слоям осадочных пород. Если нижняя часть имеет вид воронки, то возникшую форму называют магматическим диапиром. Диаметр лакколитов достигает нескольких километров.
Лополиты являются чашеобразными телами, возникающими при заполнении магмой ядра синклинальной складки. Диаметр некоторых лополитов составляет более 100 000 кв. км (Бушвелдский лополит в ЮАР).
Факолиты также возникают при заполнении магмой ослабленных сводов синклинальных или антиклинальных складок. При этом образуются тела в форме линз, соответственно вогнутых или выпуклых.
Силлы (магматические залежи) формируются при заполнении магмой горизонтальных или наклонных пластов, часто образуют многоярусные серии. В составе силл преобладают породы основного, реже среднего химического состава.
2. Дискордантные тела прорывают собою слои вмещающих пород.
Дайки возникают при заполнении магмой узких трещин в земной коре, что ведет к образованию вертикальных или наклонных плит, длина которых многократно превосходит толщину. Часто дайки образуют системы в виде параллельных или радиально расходящихся от общего центра плит. Толщина даек варьирует от нескольких миллиметров до десятков и сотен метров, а протяженность иногда составляет несколько сот километров (Великая дайка Зимбабве). Химический состав слагающих дайки магматических пород бывает различным.
Жилы подобны по форме дайкам, но стенки их волнистые. Жилы часто ветвятся, переплетаются друг с другом.
Как дайки, так и жилы обычно отходят от более крупного интрузива, часто они играют роль связующих каналов между магматическим очагом и другими интрузивными телами.
Некки представлены трубообразными интрузивами в вулканических областях. Являются подводящими каналами от магматического очага к жерлу вулкана.
ЭФФУЗИВНЫЙ МАГМАТИЗМ
Эффузивным магматизмом, или вулканизмом называется выброс на земную поверхность различных магматических продуктов. Последние подразделяются на газообразные, жидкие и твердые. В развитии вулкана можно выделить три стадии:
1. Субвулканическая – на протяжении ее идут процессы формирования магматического очага и дифференциации магмы. Считается, что большая часть крупных магматических очагов формируется на глубинах 40 – 150 км. Отсюда магма поступает в сравнительно небольшие вторичные очаги, расположенные на небольших глубинах и непосредственно питающие извергающийся вулкан.
2. Собственно вулканическая (стадия извержения) – характеризуется выбросом твердых, жидких и газообразных вулканических продуктов на поверхность.
3. Поствулканическая (фумарольная) – происходит выход только газообразных продуктов.
В зависимости от характера подводящего канала вулканы можно разделить на два типа.
1. Трещинные вулканы изливают, как правило, очень жидкую и подвижную лаву, в силу чего извержения обычно носят спокойный характер. Растекающаяся по поверхности лава создает обширные уплощенные покровы. Такие извержения очень широко были представлены в геологическом прошлом Земли, а сохранившиеся от них лавовые покровы получили название трапповых.
2. Вулканы центрального типа в своей осевой части имеют цилиндрический канал (жерло), соединяющий кратер с магматическим очагом. Иногда на склонах вулканического конуса возникают паразитические кратеры.