Виды магматизма

Изотопный состав газа метаморфических и магматических пород

По немногочисленным данным метан изверженных пород, как и ожи­далось, весьма тяжел. В щелочных породах было обнаружено распределение изотопов в ряду СН₄—С₂Н₆—С₃Н₈, обратное тому, которое встречается в газах осадочной толщи. Здесь углерод становился легче. Этому явлению не найдено обоснованного объяснения.

Э. М. Прасоловым было проведено детальное изучение распределения изотопов гелия и аргона в микровключениях горных пород различного состава и происхождения. Во включениях были обнаружены в измеримых количествах все исследуемые изотопы (³Не, ⁴Не, ⁴⁰Аг, ³⁶Аг), их содержания и соотношения варьировали в широких пределах.

Отношение изотопов гелия ³Не/⁴Не находилось в основном в пределах 10 ^-7—10^-6, на порядок превосходя характерное для газов осадочной толщи. Доля мантийного гелия в породах, естественно, гораздо выше, но в большинстве случаев она все равно не превышала 10%, т. е. в газах изверженных пород гелий преимущественно коровый.

Отношение ⁴⁰Аг/³⁶Аг находилось в пределах 300—40000. Причем около половины всех образцов характеризовалось значением, превышающим 2000, что соответствует доле воздушного аргона 15%. Тем самым было показано, что хотя вклад флюидов близповерхностного происхождения гораздо ниже, чем в осадочной толще, но все же заметен и в магматогенных и метаморфогенных процессах.

В целом изучение инертных газов пород показало, что в магматических и метаморфических породах присутствуют газы всех трёх источников: мантии, коры и атмосферы. Конечно, вклад второго из них и особенно третьего гораздо ниже, чем в газах осадочной толщи, но все же существен. Это говорит о том, что в формировании даже изверженных пород принимали участие флюиды, зародившиеся в неглубоких слоях коры, в том числе и в осадочной толще.

Контрольные вопросы:

1. Охарактеризуйте явление грязевого вулканизма.

2. Какие компоненты преобладают в газах грязевых вулканов?

3. Существует ли зависимость УВГ и Сорг в параметаморфических породах?

15. ГЕОХИМИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

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 неполно кристаллические - 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.

По химическому составу и в частности по содержанию кремнезема SiO ₂ все породы делятся на:

· ультраосновные SiO₂ >45%

· основные SiO₂ до 45-52%

· средние SiO₂ до 52-65%

· кислые SiO₂ до 65-75%

В свою очередь среди этих групп каждая подразделяется по генезису на интрузивные и эффузивные.

Термин «магма» используется для обозначения в природе подвижноговещества, в основном из жидкой фазы, имеющей состав силикатного расплава. Бунзен предполагает существова­ние двух первичных магм: гранитной; базальтовой.

По его мнению изверженные породы земного шара образовались из этих магм, что менее вероятно. Возможное образование магм различного состава может быть объяснено фракционной кристаллизацией базальтовой магмы, отделением остаточ­ных магм различных типов и ассимиляцией материаларазного состава, от­делением летучих веществ. Очаги гранитоидного магматизма залегают на глубине 8–25 км, базальтового– 50–500 км.

Геохимия магматических процессов тесно связана с температурой, давление м и концентрацие й раствора. При понижении температуры про­исходит выделение тепла и кристаллизация магмы. Температура магмы колеблется в пределах 900–1200 °С. Повышение давления приводит к уменьшению объема и повышению плотности магмы. Если повышается концентрация магмы, то происходит переход ее в твердую фазу, при по­нижении– сохраняется ионная жидкая фаза.

В магматических процессах А. Е. Ферсман (1938) выделил геофазы – отрезок времени в длительных геохимических процессах, характеризую­щийся более или менее определенным комплексом минералов и связанных с ними элементов. Выделяются следующие геофазы процессов при пони­жении температуры магмы:

ü А – магматический, выше 900 °С;

ü B–C – эпимагматический (800 °С) – пегматитовый (700 °С);

ü D–E–F–G – пневматолититовый, 600 – 500 °С;

ü H–I–K – гидротермальный, 400–50 °С;

ü L – гипергенный, ниже 50 °С.

Основы процесса дифференциации и кристаллизации магмы за­ложены трудами Г. Боуэна, В. М. Гольдшмидта, П. Ниггли, Р. Фогта и других ученых. Показано, что при кристаллизации расплава минералы выделяются в определенной последовательности.

В кристаллизационной стадии дифференциации магмы идет обра­зование трех самостоятельных комплексов: твердог о остатк а поро­ды, остаточног о расплав а; дистиллятов (ряд погонов).

Остаточ­ный расплав превращается в пегматитовы й расплав, а дистилляты – в пневматолиты, которые при охлаждении дают горячи е водны е рас­твор ы и их осадки – гидротермалиты.

В кристаллизации магмы вы­деляют следующие последовательные этапы:

ü протокристаллизацию,

ü главную кристаллизацию,

ü остаточную кристаллизацию.

Протокристаллизаци я – образование наиболее ранних продуктов кристаллизации из расплава, флюида или раствора. Происходит обра­зование темных и устойчивых минералов. По Г. Боуэну, кристаллиза­ция расплава начинается с образования наиболее тугоплавких, бога­тых Mg и Fe (фемических) силикатов. Собственные минералы обра­зуют в первую очередь элементы с четными номерами и малыми раз­мерами ионных радиусов. Атомные массы большинства из них крат­ны четырем. Энергия кристаллических решеток этих минералов высо­кая, ионные радиусы малые. Этим требованиям согласно А. Е. Ферсману, отвечают следующие элементы (у выделенных эле­ментов атомные массы кратны четырем: Mg, Si, O, Ti, Fe, Cr, C, S, Ca, Ni, Pt, Ru, Os.

В период главно й кристаллизации (мезокристаллизации) по мере падения температуры в породах увеличивается содержание Ca – Mg силикатов и алюмосиликатов Ca, Na, K. Выделяются распространен­ные минералы (плагиоклазы, слюды, амфиболы, калиево- и натриевые полевые шпаты). В минералах возрастает роль одновалентных хими­ческих элементов (Na, K) и уменьшается роль двухвалентных (Mg, Ca, Fe). У одновалентных элементов ионные радиусы большие. Энергия кристаллических решеток низкая. Минералы с содержанием этих эле­ментов неустойчивы в гипергенных условиях.

Остаточна я кристаллизация (телокристаллизация) приводит к образованию кислых пород, обогащенных редкими элементами и ле­тучими компонентами. Характерны четные химические элементы (O, Si) и резко возрастает роль нечетных (Al, K, Na), усложняется струк­тура основных породообразующих минералов. При остывании про­дуктов остаточного расплава образуются крупнокристаллические по­роды, иногда сильноминерализованные, которые называют пегмати­тами. Наиболее широко распространены гранитные пегматиты с тем­пературой кристаллизации 700–850 °С. В минерализованных пегмати­тах формируются крупные минералы в природе, например, сподумен длиной до 14 м, берилл весом до 18 т, кварц до 14 т, циркон до 6 кг.

Таким образом, последовательность кристаллизации зависит от термических и кристаллохимических свойств реагирующих веществ и их количественных отношений в расплаве. Химическая лаборатория природы представляет собой ряд медленных превращений атомов на пути к достижению максимального химического равновесия, за ис­ключением отдельных моментов этого процесса, и формирования ус­тойчивыхминеральных видов.

Дата добавления: 2014-01-07