Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




01.11.2019


01.11.2019


25.09.2019


14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019





Яндекс.Метрика
         » » Первичная кристаллизация магмы

Первичная кристаллизация магмы

09.12.2017

Застывание магмы по мере ее охлаждения представляет собой сложный физико-химический процесс, в котором можно выделить несколько стадий. Пo мере кристаллизации магмы образуется ряд минералов часто с гидроксилом, большей частью сложного состава, находящегося в тесной генетической связи с химическим составом магмы. Пo мере выделения минералов образуется остаточный магматический расплав, который все более и более обогащается летучими компонентами. Эта стадия застывания магмы носит название магматической.

Следующая за магматической пегматитовая стадия связана с продвижением остаточной магмы в части земной коры с уменьшенным давлением. В связи с обогащением остаточной магмы летучими компонентами, способствующими кристаллизации минералов, и окислами калия, алюминия, кремния, частью натрия из расплава, обладающего температурой около 500°, выделяются часто крупные кристаллы полевых шпатов, кварца и других минералов; одновременно выделяются некоторые минералы, содержащие редкие элементы.

Пегматитовую стадию сменяет пневматолитовая, связанная с окончанием выделения большинства минералов из расплава. Обогащенный летучими веществами остаточный раствор получает возможность проникать в окружающие породы (частью по трещинам) на большие или меньшие расстояния от магматического бассейна. При этом в связи с привносом легко подвижных соединений разрушаются ранее образовавшиеся минералы и образуются новые минералы.

При еще более низких температурах, приближающихся к 100°, в следующую, гидротермальную стадию образуются кварцевые жилы, часто в большей или меньшей степени минерализованные.

Последняя стадия, сольфатарная, сопровождается выделением сернистых газов и даров воды; ею заканчивается вулканический процесс.

В дальнейшем рассматриваем только первый, магматический процесс, выражающийся прежде всего в первичной кристаллизации магмы.

Порядок кристаллизации минералов в магме устанавливается либо путем изучения структуры минералов в шлифе, либо на основании данных, получаемых при опытах плавления и кристаллизации искусственных смесей в лабораториях.

Однако опыты с искусственными смесями минералов, сходными с горными породами, не всегда дают удовлетворительные результаты вследствие неполного соответствия горных пород и искусственных смесей; в обычно изучаемых расплавах отсутствуют летучие; различны также колебания температуры, давления, концентрации. Наиболее сходны условия кристаллизации расплавов с лавами, кристаллизующимися при атмосферном давлении, в то время как условия кристаллизации глубинных магм нам неизвестны.

Изучая шлифы под микроскопом, мы устанавливаем три правила, дающие возможность определять порядок кристаллизации минералов в горных породах. Эти правила следующие:

1. Если один минерал включает в себе другой, последний образовался ранее первого.

2. Более ранние минералы обычно лучше окристаллизованы, чем позднейшие.

3. В том случае, когда в породе присутствует минерал в виде как крупных, так и мелких кристаллов, предполагают, что более крупные кристаллы начали выделяться первыми.

Однако первое правило не всегда оправдывается. Так, в кристаллах лейцита присутствуют кольцеобразно расположенные зерна стекла, которые с течением времени могут преобразоваться в кристаллики авгита. Включения капель стекла в плагиоклазах дают кристаллики плагиоклаза, авгита и магнетита, более юные, чем содержащий их плагиоклаз. Боуэн указал на то, что положение включения одного кристалла в другом может зависеть от направления разреза шлифа.

He всегда можно опираться и на второе правило.

Основываясь на взаимоотношениях минералов в шлифах горных пород, форме кристаллов, включениях одних минералов в другие, Розенбуш установил правило по рядка кристаллизации, носящее его имя (правило Розенбуша):

1. Первыми выделяются минералы, обыкновенно играющие подчиненную роль, именно фосфаты (а п а т и т), железорудные минералы (магнетит, титанистый железняк), шпинели, циркон, титанит и др.

2. Вслед за ними выделяются темные минералы, именно магниевые силикаты, а далее магнезиально-кальциевые и железо-кальциевые силикаты, часто в следующем порядке: оливины — пироксены — амфиболы. При этом ортосиликаты (оливины) — выделяются ранее метасиликатов.(пироксенов) и амфиболов.

3. Вслед за темными минералами начинается выделение бесцветных силикатов, именно кальциевых, кальциево-щелочных и щелочных, в порядке возрастающей кислотности: анортит выделяется ранее известково-натровых полевых шпатов, более основные плагиоклазы — ранее более кислых, последние — ранее щелочных полевых шпатов, нефелина, лейцита.

4. В конце выделяются остающаяся свободной кремнекислота в виде кварца и аморфные продукты (стекло).

Выделение каждой следующей группы минралов начинается еще до окончания выделения предшестующей группы, поэтому степень идиоморфизма одних минералов до отношению к другим уменьшается.

Однако правило Розенбуша, как показали дальнейшие исследования порядка кристаллизации магматических расплавов, оказывается не всегда соответствующим действительности.

Порядок кристаллизации в ряде случаев удается особенно правильно устанавливать на основании непосредственного изучения процессов кристаллизации силикатных расплавов в лабораторных условиях.

Кристаллизация мелких магматических тел происходит сравнительно быстро; в крупных магматических телах, по причине слабой их теплопроводности, кристаллизация может продолжаться сотни и тысячи лет. Вычислено, что если магматическая камера достаточно велика, то на глубине 700 м при температуре стенок бассейна, равной 30°, остывание происходит лишь через 6400 лет.

Если остывание происходит достаточно быстро, а магма (лава) более или менее вязкая, кристаллизация не начинается вовсе; магма переохлаждается, вязкость ее постепенно возрастает и в конечном результате получается полностью аморфная масса — стекло. Вязкость магмы (лавы) находится в тесной связи с содержанием в ней летучих. В присутствии их диффузия в магме усиливается, в особенности если остывание замедляется и магма начинает кристаллизоваться, причем кристаллизация усиливается с возрастанием в магме (например в остаточной гранитной магме) летучих компонентов. При достаточно медленном ходе остывания в магме выделяются кристаллы, величина которых зависит в первую очередь от вязкости расплава и скорости охлаждения.

Температуры плавления и кристаллизация минералов магматических пород. Эти температуры, в особенности для силикатов, определяются с большими затруднениями. Одна из основных причин этого заключается в том, что часто неизвестно, в какой именно момент следует отмечать температуру плавления минералов,— в момент ли начала плавления или в момент полного их расплавления. Оказывается, как показали опыты, температуры этих двух моментов могут сильно отличаться друг от друга.

Дельтер, в течение ряда лет работавший над определением температуры плавления минералов, считает, что точкой плавления следует считать только момент полного перехода твердой фазы в жидкую. Разница температуры между началом плавления и полным расплавлением для ряда минералов достигает 10° и более. Большое влияние на температуру плавления минералов оказывают примеси некоторых окислов, хотя бы количество их было незначительно. Одни из них, например примеси щелочей, окислов железа, окиси кальция, двуокиси титана и т. д., понижают температуру плавления; другие, наоборот, повышают температуру плавления (окись магния, окись алюминия и др.).


Большинство минералов обладают конгруентным плавлением, т. е. при плавлении они переходят в жидкость того же состава. Так, при плавления альбита или анортита получается расплав того же состава, как н сами минералы.

Наоборот, некоторые минералы, как, например, клиноэнстатит, ортоклаз и эгирин, отличаются тем, что при плавлении их получается жидкость иного состава, в которой присутствуют мелкие, кристаллы другого состава, чем состав первичного минерала, и которая обогащается кремнекислотой. Так при плавлении клиноэнстатита получаются твердая фаза, — форстерит и жидкая фаза — кремнекислота, при охлаждении снова получается клиноэнстатит (обратимая реакция):
При плавлении ортоклаза получается твердая фаза — кристаллики лейцита и жидкая фаза — кремнекислота (обратимая реакция):
Давление и температура магм. Давление, в магматических бассейнах обусловлено: 1) давлением вышележащих пород; 2) давлением паров (воды, углекислоты и др.), растворенных в магме и выделяющихся из нее но мере кристаллизации магмы и понижения температуры; 3) давлением на достаточно вязкую-магму во время горообразования (изменяющего форму магматического тела), в полной силе проявляющихся лишь после окончания кристаллизации магмы. В общем данных для суждения о размере давления на глубинную магму пока далеко не достаточно.

Очень трудно судить также о температуре глубинных магм. Райт и Ларсен применили в качестве геологического термометра кварц.

Признаки отнесения данного кварца к высокотемпературному а-кварцу: 1) присутствие плоскостей тригонального трапецоэдра; 2) различное развитие ромбоэдрических плоскостей; 3) правильно расположенные и резко выраженные двойниковые линии; 4) взаимное прорастание правых п левых форм, правильное и постоянное; 5) призматический габитус кристаллов кварца; 6) присутствие трещин

Признаки в-кварца или кварца, преобразованного из а-кварца: 1) отсутствие плоскостей тригонального трапецоэдра; 2) одинаковое развитие пирамидальных плоскостей; 3) очень неправильные двойниковые линии; 4) очень неправильное взаимное прорастание правых и левых форм; 5) пирамидальный габитус; 6) множество трещин.

В гранитах и гранит-порфирах присутствуют кристаллы а-кварца, в пегматитах — в-кварца.

Гибсон, основываясь на своих опытах, полагал, что на глубине 110 км температура инверсии кварца поднимается до 644°. Гольден показал, что розовый кварц некоторых пегматитов обесцвечивается при температуре около 575° и ори более высоких температурах уже бесцветен, несмотря на более или менее значительные количества марганца.

При температуре 870° кварц переходит в тридимит. Обломки кварца, перешедшего в тридимит, встречаются в лавах и на их поверхности, однако в глубинных породах они отсутствуют.

Гольдшмидт полагал, что повышение давления на 400 атм может повысить температуру инверсии кварца в тридимит на 100°; однако Рант и Ларсен полагают, что давление изменяет температуру инверсии кварца лишь в слабой степени и, когда кварц появляется в природе, температура его образования не превышает 870°.

Другой геологический термометр — образование волластонита в контакте кремнистых известняков с магматической породой по фомуле:
Это уравнение передвигается налево при температуре свыше 500° (рис. 17).

Волластонит переходит в псевдоволластонит (необратимая реакция) при температуре 1150°, но последний получен лишь в исчах. Следовательно, в природе всегда присутствует волластонит, т.е. магмы, проникавшие в известняк, всегда имели температуру ниже 1150°. По Эскола, присутствие в таких известняках кварца говорит о том, что температура в контакте была ниже 500°.

Боуэн показал, что нефелин при температуре 1248° переходит в карнегиит. Но карнегиит в природе не был обнаружен. Следовательно, все нефелинсодержащие породы образуются при температуре 1230°.

Акмит, по данным Шерера и Боуэна, плавится инконгруентно при температуре 990°.
В присутствии полевых шпатов, нефелина и т. д. температура инконгруентного плавления эгирина понижается. Из ряда опубликованных различными петрографами данных относительно определения температур глубинных магм видно, что эта температура вряд ли где-либо достигает 1170° или приближается к ней. В очень большом числе случаев она, по всем признакам, не превышает 870°.

Когда магма выливается в виде лав, температура ее повышается примернo до 1300°. Эта высокая температура обусловлена газовыми реакциями и окислением; нельзя думать, что на глубине в лавовом потоке или покрове температура может достигать таких размеров.