ЛЕКЦИЯ 4. Магматизм и магматические горные породы

Магма - это вещество Земли в расплавленном жидком состоянии. Она образуется в Земной коре и верхней мантии в интервалах глубин 30-400 км.

По составу - это силикатный расплав + атомы растворенных металлов и растворенные газы.

Из магматического очага магма движется к поверхности Земли. При этом ее внутреннее давление и температура понижаются, начинается процесс кристаллизации и переход из жидкого в твердое состояние. Образуются магматические горные породы. Это общая схема магматического процесса. В свою очередь в нем выделяют два типа (или две ветви).

I. Интрузивный магматизм - процесс внедрения магмы в вышележащие толщи и ее кристаллизация в земной коре не достигая поверхности на разных глубинах. Для этого процесса характерно медленное снижение температуры и давления, кристаллизация в замкнутом пространстве. Магматические породы состоят из полностью раскристаллизованных зернистых агрегатов породообразующих минералов. Такие магматические породы называются интрузивными .

II. Эффузивный магматизм или вулканизм - процесс проникновения магмы в земную кору и выход ее в жидком расплавленном состоянии на поверхность Земли. При этом , происходит резкое снижение t и P в расплаве и от него отделяются растворенные газы. И уже такой расплав называют лавой. При резком снижении t и Р происходит быстрое остывание лавы и переход ее в твердое состояние. При этом кристаллизоваться успевают немногие минералы и образуются породы неполнокристаллические- эффузивные .

Химический состав магматических пород принято записывать в оксидной форме. Если общее количество минерального вещества в горной породе принять за 100%, то 99% в них представлены силикатами, состав которых определяют 12 оксидов- SiO₂ ; TiO₂ ; Al₂O₃ ; Fe₃O₄ ; Fe₂O₃ ; MnO , CaO , MgO , Na₂O; K₂O; H2O; P₂O₅ . Эти оксиды называют петрогенными, и их количество в составе магматических горных пород достигает 99,5%. Количественное соотношение между оксидами может изменяться, а это в свою очередь отражается на видовом составе породообразующих минералов, а значит на разнообразии разновидностей магматических пород. В тоже время было отмечено, что в каждой из разновидностей магматических пород количественное соотношение петрогенных оксидов является стабильным в определенных интервалах. Поэтому в основу их классификации положен химический состав, а ведущим признаком в ней является содержание SiO₂ . Все породы по содержанию кремнезема делятся на: ультраосновные, основные, средние и кислые. Содержание SiO₂ возрастает от ультраосновных пород к кислым (демонстрация табл.) и определяет не только разный минералогический состав и химические свойства, но и физические свойства - такие как плотность, температура кристаллизации, вязкость расплава. Последнее свойство определяет способность расплава к текучести, а следовательно с разной скоростью перемещаться и удаляться от очага, т.е. подвижностью. Наиболее подвижными являются магмы ультраосновного состава, соответственно кислые - более вязкие и менее подвижные.

Разделение магмы на составные части по химическому составу или дифференциация магмы происходит различными путями.

I. Считается возможным разделение магмы разного состава - ультраосновной, основной и кислой.

II. Кристаллизационная дифференциация - обусловлена различием в температуре кристаллизации породообразующих минералов. Это явление обосновано английским ученым Н. Боуэном, который сгруппировал породообразующие минералы в две серии. В первой (прерывной) помещены темноцветные минералы оливин, пироксены (ромбический и моноклинный), роговая обманка и биотит; а во второй (непрерывной) сери и- полевые шпаты: плагиоклазы (от основных к кислым) и калиевый полевой шпат. В каждой серии последовательность кристаллизации минералов связана с понижением температуры магматического расплава, которая убывает от оливина к биотиту. Из схемы реакционной серии Боуэна (плакат) видно как последовательная совместная кристаллизация влияет на разделение магматических пород по химическому и минеральному составу, а также позволяет судить об основных минеральных ассоциациях породообразующих минералов.

III. Дифференциация расплава по плотности называется ликвация . Этот процесс приводит к расслоению единого расплава на части отличающиеся по плотности: в нижней части как более плотные (или тяжелые) формируются породы ультраосновного и основного состава. Часто они сопровождаются ликвацией сульфидно-оксидной массы от силикатной. Так образуются ликвационные месторождения Cu-Ni руд. Выше этой части формируются породы среднего состава, а в верхней части - кислого. Яркий пример такого формирования - Бушвельдский интрузивный массив в ЮАР.

IV. При движении магмы от магматического очага к месту кристаллизации часто происходит захват и переплавление магмой встречаемых ею пород. Это явление называется ассимиляцией, и оно тоже может стать причиной дифференциации магмы.

При снижении температуры и кристаллизации магмы от нее отделяются растворенные в расплаве минерализованные газы (флюиды) и растворы, которые определяют постмагматические процессы, среди которых кратко рассмотрим:

1. Пегматитовый - отделение остаточного расплава и газов-минерализаторов. Их кристаллизация происходит после остывания и кристаллизации основной части магмы на периферии интрузивного тела или даже за его пределами. В результате образуется своеобразная горная порода, в которой породообразующие минералы достигают больших размеров, часто образуют хорошо ограненные кристаллы и друзы кристаллов.

2. Пневматолитовый процесс-воздействие отделившихся от магмы газов (пневма) на окружающие породы. В результате этого воздействия происходит образование новых минералов, в том числе рудных. Так образуются месторождения вольфрамита и касситерита в породах при воздействии на них термальных газов гранитной интрузии.

3. Гидротермальный процесс - отделение минерализованных газов и растворов от остывающего интрузивного тела и перемещение их по трещинам в окружающие породы. При этом происходит снижение давления и температуры гидротермальных растворов и отложение из них минералов по трещинам с образованием жил. Гидротермальные жилы могут формироваться на разном удалении от интрузивного тела, как вблизи контакта, так и на несколько км от него. Минеральный состав жил очень разнообразен и при достаточной концентрации в них полезных компонентов они рассматриваются как месторождения полезных ископаемых на золото, серебро, ртуть, олово и др.

Образующиеся при остывании магмы интрузивные тела разделяются по глубинам образования и по форме.

Батолиты - глубинные, наиболее крупные тела (размеры достигают сотен км ).

Шток - отличается от батолита меньшими размерами и часто образуется как ответвление от батолита или на некотором удалении от него.

Интрузивные тела меньших размеров разделяются по условиям залегания во вмещающих породах на согласные и секущие. Согласные тела формируются между пластами пород - это силлы, лакколиты и лополиты.

Если магма застывает в трещинах пересекающих напластование пород, то образуются секущие тела - это жилы и дайки. Для них характерна небольшая мощность (несколько м) и значительная длина (до нескольких км ). Пример - Материнская дайка в Южной Африке.

Эффузивный магматизм тоже можно рассматривать как несколько последовательных процессов.

1. Излияние лавы и сопутствующих продуктов и образование вулканических пород. Скорость движения или подвижность лавы зависит от ее химического состава. Лавы основного состава с t~1200 о наиболее подвижны. Они образуют лавовые потоки и покровы, удаляясь от центров извержения на несколько км. Лавы кислого состава вязкие и малоподвижные.

Характер отделения газов от магмы зависит от степени ее насыщенности ими. Как правило, отделение газов имеет взрывной характер. При этом увлекаются не застывшие частицы лавы, которые, застывая в воздухе, дают твердые продукты извержения - бомбы, лаппили и пепел. Твердые продукты извержения в зависимости от размеров могут вместе с газами уноситься на различные расстояния. Бомбы - крупные куски застывшей лавы перемещаются недалеко от кратера вулкана. А вот пеплы - мельчайшие частицы лавы, размером до 1 мм, могут образовать пепловые тучи (наподобие пылевых) и уноситься газами на несколько км. Смешиваясь с парами воды, они оседают вместе с ливнями, и иногда это приводит к катастрофическим последствиям.

2. Выделение газов предшествует и сопровождает извержение лав и может продолжаться после прекращения извержения. Часто вулканическая деятельность не сопровождается излиянием лав, а представляет только выбросы газа и пепла. В зависимости от состава вулканические газы подразделяются на:

· фумаролы- HCl , HF, SO₄ ; CO, CO₂ ; B и т.д.

· сольфатары -SO₂ ; H₂S; CO, CO₂ ; H₂O, N, CH₄

· мофетты - преобладает в составе углекислый газ.

Вулканические газы, остывая, превращаются в твердое вещество и могут представлять месторождения серы, борной кислоты, карбонатов и др.

3. Поствулканические процессы - это процессы, связанные с затуханием активного вулканизма. Продуктами выделения являются пар и горячая вода. Вылетая из недр, периодически и под большим напором они образуют гейзеры. При отсутствии напора пара- образуются термальные источники .

Типы вулканизма, географию, причины вулканизма - самостоятельно(см. фото).