Причины многообразия магматических пород

Признание существования ограниченного числа первичных магм несколько противоречит огромному разнообразию магматических пород, встречающемуся в природе. Причина этого противоречия кроется в тех физико-химических процессах, которые нарушают однородность первичного магматического расплава и обусловливают образование различных по составу пород. К таким процессам относятся дифференциация, ассимиляция и гибридизация.

Дифференциация магмы – это процесс разделения однородного первичного расплава на различные по химическому составу фракции, из которых образуются горные породы разного минерального состава. Дифференциация может происходить в жидкой фазе до появления первых кристаллов – ликвация, или в процессе выделения кристаллов из расплава – кристаллизационная дифференциация. В процессе ликвации магма расслаивается на две различные по плотности и несмешивающиеся жидкие фазы.

Главной причиной разнообразия магматических пород является кристаллизационная дифференциация. Отделение кристаллов от расплава обусловливается главным образом действием силы тяжести (гравитационное фракционирование). Процесс гравитационного фракционирования заключается в последовательной кристаллизации силикатов, начиная от наиболее тугоплавких и тяжелых (железомагнезиальные силикаты и основные плагиоклазы) и кончая легкоплавкими и легкими (калиевые полевые шпаты и кварц). В процессе кристаллизации тяжелые минералы погружаются в нижние слои расплава, а остаточный расплав верхних частей обедняется железо-магнезиальными соединениями и обогащается кремнеземом. В результате гравитационного фракционирования в процессе кристаллизации основной магмы в нижних слоях расплава могут образовываться ультраосновные породы; при этом в верхних слоях расплав может приобрести такой состав, что из него начнут формироваться диориты, сиениты и даже граниты.

Процесс дифференциации может происходить как на больших глубинах, в магматическом очаге, так и в верхних частях земной коры, в магматической камере. В результате дифференциации в магматическом очаге в верхние горизонты коры внедряются уже готовые дифференциаты первичной магмы, при застывании которых образуются породы различного состава, слагающие самостоятельные тела. Процесс дифференциации в магматической камере приводит к формированию расслоенных интрузий, в которых основность горных пород уменьшается снизу вверх. При излиянии магмы на поверхность кристаллизационная дифференциация практически не имеет места, так как магма затвердевает быстро и не успевает раскристаллизоваться.

Ассимиляция – процесс полной переработки вмещающих пород, контактирующих с магмой или попадающих в нее в виде обломков – ксенолитов. Магма изменяет свой состав, расплавляет и растворяет вмещающие породы. Особенно резко изменяется состав первичной магмы, если она ассимилирует осадочные или метаморфические породы, существенно отличающиеся от нее по химическому составу. В таких случаях образуются новые разновидности магматических пород, мало сходные по составу с породами первичной магмы.

Гибридизация – процесс неполной переработки магмой вмещающих пород. В ходе этого процесса внутри магматиче­ской камеры сохраняются непереплавленные ксенолиты, а на окружающих их участках магма «загрязняется» чужеродными компонентами. При застывании в таких участках образуются гибридные породы, которые содержат не характерные для магматических пород минералы. По своему составу участки гибридных пород резко отличаются от пород главной части массива.

Интрузивный магматизм

Слова и словосочетания

Формы проявления магматизма зависят от геологической обстановки образования и внедрения магмы и тесно связаны с тектоническими движениями земной коры. Если поднимающаяся магма не достигает поверхности Земли, а застывает внутри коры, образуются глубинные магматические тела – интрузии. Форма интрузивных тел может быть очень разнообразной. Она зависит от залегания вмещающих пород, их трещиноватости и физических свойств магмы – ее вязкости.

Существуют два основных механизма внедрения магмыво вмещающую толщу. Подвижная магма может проникать по плоскостям напластования осадочных пород или по трещинам. При этом она может поднимать пласты кровли или, наоборот, вызывать прогибание подстилающих пластов, воздействуя своей массой.

Расплав прокладывает себе дорогу вверх и обрушивает породы кровли, которые тонут и ассимилируются в нем. В этом случае магма сама формирует пространство, которое она занимает.

От механизма внедрения магмы зависит не только форма, но и контакт интрузивных тел с вмещающими осадочными породами. В зависимости от соотношения с вмещающей осадочной толщей, интрузивные тела подразделяются на согласные и несогласные (классификация Р. Дэли). Согласные интрузивные тела образуются в результате внедрения магмы по плоскостям напластования осадочных пород. К этому классу интрузии относятся силлы, лакколиты, лополиты и факолиты.

Силл – пластообразное интрузивное тело, размеры которого могут быть разными (рис. 61, а). Силлы являются широко распространенной формой залегания основных магматических пород, поскольку базитовые магмы очень и подвижные легко проникают по плоскостям напластования. Как правило, они залегают группами и встречаются в толщах не дислоцированных или слабодислоцированных осадочных пород.

Лакколит – тело, имеющее плоское основание и куполообразный свод (рис. 62, б). Лакколиты образуются при внедрении кислой магмы, которая вследствие большой вязкости с трудом проникает по плоскостям наслоения, скапливается на одном участке и приподнимает породы кровли. Форма лакколитов в плане округлая, с диаметром от сотен метров до нескольких километров.

Лополит – чашеобразное тело, его вогнутая форма обусловлена прогибанием подстилающих пластов под тяжестью магмы (рис.61, в). Лополиты чаще всего сложены породами базитового или ультрабазитового состава и представляют собой очень крупные интрузивные тела, площадь которых достигает десятков тысяч квадратных километров.

Факолит – линзообразное тело, залегающее в ядре антиклинальной или синклинальной складки (рис. 61, г), факолиты имеют небольшие размеры, встречаются редко и только в складчатых областях. Образуются они одновременно со складками.

Несогласные интрузивные тела формируются при заполнении магмой трещин во вмещающей толще и при внедрении магмы путем обрушения пород кровли. К ним относятся дайки, жилы, штоки и батолиты.

Дайка – плитообразное тело, мощность которого значительно меньше его протяженности (рис. 62, а). Дайки образуются при заполнении трещин и ориентированы в земной коре вертикально или наклонно. Размеры их колеблются в очень широких пределах. Самая крупная из известных даек – «Большая дайка» Родезии – имеет мощность около 5 км и протяженность около 500 км. Различают особую разновидность даек – кольцевые дайки, которые возникают при заполнении магмой трещин отрыва, появляющихся при растяжении блоков горных пород. Как правило, дайки сложены породами базитового состава и встречаются группами, составляя серии параллельных или радиальных тел. Жила отличается от дайки меньшими размерами и невыдержанной извилистой формой (рис. 62, б).

Шток – тело неправильной цилиндрической формы, с крутопадающими или вертикальными контактовыми поверхностями (рис. 62, в). В плане очертания его могут быть неправильные, но, в общем, изометричные. Корни штоков уходят на большие глубины. Площадь поперечного сечения не превышает 100 км². Штоки представляют собой широко распространенную форму залегания магматических пород различного состава.

Батолит – самое крупное интрузивное тело. Площадь батолитов измеряется десятками и сотнями тысяч квадратных километров. Один из крупнейших батолитов, обнаруженный в Северо-Американских Кордильерах, имеет длину около 2000 км и ширину около 200 км. Форма батолитов в плане несколько вытянута в соответствии с направлением осей складчатых структур, контактовые поверхности крутые, кровля куполо­образная с выступами и впадинами (рис.62, г). В виде батолитов залегают граниты и породы близкого к ним состава. Относительно условий их образования не существует единого мнения. В результате исследований В.С. Коптева-Дворникова, Н.А. Елисеева и других ученых доказано, что большинство тел этого типа сформировались в результате многократного повторного магмообразования в крупных очагах.

Эффузивный магматизм

Слова и словосочетания

Эффузивный магматизм проявляется в обстановке дробления земной коры и образования разломов, по которым магма поднимается и изливается на поверхность Земли. Магма, излившаяся на поверхность, превращается в лаву. Лава отличается от магмы тем, что почти не содержит летучих компонентов, которые при падении давления отделяются от магмы и уходят в атмосферу.

При излиянии магмы на поверхности образуются вулканы различного типа. По строению вулканических аппаратов вулканы подразделяются на площадные, трещинные и центральные. Площадные вулканы существовали только на самых ранних этапах развития Земли, когда земная кора была тонкой: на отдельных участках могла целиком расплавиться. И излияния магмы происходили на обширных площадях. Практически площадные вулканы – это моря расплавленной лавы. В трещинных вулканах подводящий магму канал представляет собой протяженную трещину. Вулканизм трещинного типа в отдельные отрезки времени достигал очень широких масштабов, в результате чего на поверхность Земли выносилось огромное количество вулканического материала. На современном этапе трещинных вулканов мало, они встречаются в отдельных районах, например вулкан Лаки в Исландии, Толбачинский на Камчатке. Большинство современных вулканов относится к центральному типу. При извержении таких вулканов обычно образуются конусообразные постройки.

Иногда на склонах конуса возникают маленькие конусы. Они образуются в месте выхода побочных каналов, ответвляющихся от основного. Такие маленькие конусы получили название побочных или паразитических.

С течением времени конус вулкана, сложенный лавами и туфами, может быть полностью или частично разрушен процессами денудации. После сильных извержений на месте вулканических построек могут образоваться обширные впадины – кальдеры, которые по происхождению подразделяются на кальдеры взрывные и кальдеры оседания. Как правило, эти кальдеры имеют крутые внутренние стенки и довольно плоское дно.

Извержения вулканов носят различный характер: могут сопровождаться взрывами и землетрясениями, или протекают спокойно. Взрывы часто происходят в результате закупорки центрального канала вязкими лавами и скопления газов под образовавшейся пробкой. Жидкие лавы спокойно переливаются через край кратера и растекаются по окружающей местности. В целом при извержениях продукты вулканической деятельности могут быть газообразными, жидкими и твердыми.

Газообразные продукты, или фумаролы, характеризуются высокой температурой и разнообразным составом. В них содержатся водяные пары, углекислый газ, азот, сернистый газ, водород, оксид углерода, хлор и др. Газовый состав фумарол во многом определяется их температурой. В зависимости от температуры выделяются сухие, кислые и щелочные фумаролы.

Газовые выделения с температурой около 100–180°С называются сольфатарами. Они состоят преимущественно из водяных паров и сероводорода. Газовые выделения с температурой ниже 100°–180° С называются мофетами они представлены главным образом углекислым газом и водяными парами.

В ряде случаев выделение вулканических газов достигает грандиозных масштабов. Наличие газов в магме замедляет ее остывание, а их потеря приводит к быстрому затвердеванию жидких продуктов извержения.

Жидкие продукты, или лавы, при извержении характеризуются высокими температурами от 900 до 1200° С. Как отмечалось ранее, лава представляет собой магму, потерявшую газовые компоненты. Лавы, как и магмы, различаются по химическому составу, опре­деляющему их физические свойства. В зависимости от содержания SiO₂ выделяют лавы кислые (риолитовые) и базитовые (базальтовые).

Кислые (риолитовые) лавы светлые, окрашены обычно в серые тона, вязкие, тугоплавкие, медленно остывают и содержат много газов. Базитовые (базальтовые) лавы, наоборот, окрашены в темные тона, имеют большую плотность, жидкие, легкоплавкие, быстро остывают и содержат мало газов. При застывании лав образуются излившиеся, или эффузивные, горные породы.

Поскольку лавы обладают различными физическими свойствами, то при излиянии их на поверхность Земли образуются эффузивные тела разной формы: купола (конусы), покровы и потоки.

Покровы возникают при излиянии лав базитового (базальтового) состава и нередко занимают огромные площади. Лавовые потоки значительно меньше по площади, образуются в тех случаях, когда лава движется по ущельям, речным или ледниковым долинам. При сравнительно небольшой ширине лавовые потоки бывают вытянуты на десятки километров. Остывание лавовых тел происходит неравномерно. В их теле появляются характерные трещины, по которым происходит своеобразное растрескивание пород; это явление называется отдельностью. Различают отдельность столбчатую, матрацевидную, шаровую и др.

Помимо газообразных и жидких продуктов, во время извержения вулкана выбрасывается большое количество твердых продуктов, которые представлены обломками горных пород или кусками успевшей застыть лавы. Твердые продукты, выбрасываемые в воздух, падают на различном расстоянии от кратера. При этом наблюдается определенная закономерность: более крупные обломки падают у края кратера и скатываются вниз по его внешнему и внутреннему склонам, а мелкие выбрасываются на прилегающие равнины или падают у подножия конуса. В зависимости от величины обломков твердые продукты вулканических извержений подразделяются на вулканические бомбы, лапилли, вулканический песок и пепел.

Вулканические бомбы – это крупные в диаметре, от нескольких сантиметров до 1 м и более, куски затвердевшей или частично затвердевшей лавы. Форма бомб самая различная – от шаровидной до веретенообразной. Встречаются бомбы неправильной формы. Лапилли (лат. «лапиллис» – камешек) – представляют собой обломки шлака величиной до 1,5 – 3 см в диаметре. Форма лапиллей, как и бомб, весьма разнообразная. Вулканическим песком называются твердые продукты извержения, размер обломков не превышает 1–5 мм. Вулканический пепел состоит из мельчайших (менее 1 мм) частиц лавы, вулканического стекла и других пород. Пепел оседает на склонах конуса или разносится на большие расстояния; при накоплении и уплотнении пепла формируются породы, которые называются вулканическим туфом. Из скоплений вулканического материала различных размеров образуются породы, получившие название агломерата, или вулканической брекчии.

Типы вулканических извержений. Характер извержений бывает весьма различным и зависит от температуры лавы и ее химического состава. Эти свойства определяют количество продуктов извержения, сопровождающих землетрясений и т.д. По таким признакам установлено несколько типов извержений – гавайский, стромболианский, везувианский и пелейский (рис. 63).

В настоящее время на суше известно более 700 действующих вулканов. Число подводных вулканов практически не поддается учету – только в Тихом океане предполагается наличие не менее 10 тыс. конусов и центров излияния лав.

Извержения вулканов – грозные явления природы, часто сопровождающиеся человеческими жертвами и значительными разрушениями. Одно из сильнейших извержений произошло в 1815 г на о-ве Сумбава в Индонезии, когда взорвался вулкан Тамбора. Из кратера было выброшено около 100 км³ пепла на высоту до 20 км. При этом на удалении до 40 км были разбросаны бомбы диаметром 13 м, а в 150 км от вулкана толщина слоя выпавшего пепла достигала 0,5 м. При взрыве иот его последствий погибло 100 тыс. человек.

Другими крупными извержениями в истории являются извержение вулкана Кракатау в Индонезии (1883 г.), при котором погибло 36 тыс. человек; извержение вулкана Мон-Пеле на о-ве Мартиника (1902 г.) с 30 тыс. жертв; извержение Везувия (79 года н.э.), вулкана Лаки (Исландия, 1783 г.), вулкана Унзедоке (Япония, 1792 г.) и другие. Катастрофическим было извержение вулкана Арепас в Колумбии в ноябре 1985 г., когда погибло более 20 тыс. человек.

Существенно сказывается деятельность вулканов и на глобальном климате, поскольку в атмосферу выбрасывается огромное количество пыли, в результате чего снижается прозрачность атмосферы, и соответственно, происходит похолодание. Так, в результате извержения вулкана Тамбора в 1815 г. практически не было лета; в Лондоне отмечалось снижение среднегодовой температуры на 2–3° С, в Северной Америке вообще не созрел урожай. В целом результаты воздействия вулканических извержений на климат могут ощущаться в течение нескольких лет.

Изучение действующих вулканов показывает, что вулканическая деятельность приурочена к тектонически активным участкам земного шара – областям современного горообразования и развития глубинных разломов (рис 64). Из анализа приведенной карты следует, что большая часть действующих в настоящее время вулканов (около 60 %) сосредоточена на побережье Тихого океана, в зоне так называемого Тихоокеанского «огненного» кольца. Известны вулканы на Аляске и западном побережье Северной Америки, далее цепь их протягивается вдоль Тихоокеанского побережья Южной Америки до Огненной Земли. На западном побережье Тихого океана вулканы непрерывной цепочкой тянутся от Новой Зеландии через острова Фиджи, Соломоновы до Новой Гвинеи, далее через Филиппинские острова, Японию и Курильские острова на Камчатку, где сосредоточено большое количество действующих и потухших вулканов. В северной части Тихого океана известны многочисленные вулканы Алеутских островов, которые, протягиваются от Камчатки к Аляске, как бы замыкая «огненное» кольцо.

Другой зоной повышенной вулканической деятельности является Средиземноморско-Гималайский пояс. Эта зона прослеживается в широтном направлении от Альп через Апеннины, Кавказ до гор Малой Азии. Здесь расположены такие вулканы, как Везувий, Этна, вулканы Липарских островов и Эгейского моря, Эльбрус, Казбек, Арарат и др.

Менее обширной зоной распространения вулканов является субмеридиональная Атлантическая зона, которая прослеживается от Исландии через Азорские и Канарские острова до островов Зеленого Мыса. Большинство вулканов здесь потухшие. Наиболее известен действующий вулкан Гекла в Исландии.

Небольшая группа вулканов находится в Восточно-Африканской зоне разломов. Здесь расположены вулканы Кения и Килиманджаро.

Тектонические движения