Учебное пособие: Магма и магмоообразование
Аналогичным
образом кристаллизация может происходить и в системах, содержащих твердые
растворы других составов (оливин, ромбические пироксены и т.д.). Кристаллизация
в системе KAlSi3O8-NaAlSi3O8 в «сухом» состоянии будет проходить так же.
В системе KAlSi3O8-NaAlSi3O8 с летучими компонентами
кристаллизация идет при более низких температурах, что может привести к распаду
твердых растворов и образованию пертитов или антипертитов.
Особенности
кристаллизации по закону непрерывного реакционного взаимодействия сохраняются и
в более сложных системах.
4.4
Влияние летучих компонентов на кристаллизацию магмы
При
кристаллизации расплавов, состоящих из одних силикатов можно не учитывать их
летучесть и исключить влияние давления на ход кристаллизации. Однако, если в
состав силикатного расплава входят такие летучие компоненты, как H2O, CO2, HCl, HF, H2 и т.п. пренебрегать
газовой фазой нельзя, так как она участвует в процессе кристаллизации расплава.
Магма или
лава всегда содержат летучие компоненты. На это указывают следующие факты: 1)
извержение лав любого состава сопровождается вывыделением пара или газа в
значительном количестве (на Аляске в вулканической области «Долина десяти тысяч
дымов» ежегодно выделяется 1,25 млн. тонн HCL и до 200 тыс. тонн HF); 2) главной составной
частью всех поствулканических выделений является вода; 3) все магматические
породы содержат в своем составе воду. В граните ее 0,69%, в нефелиновом сиените
– 1,38%, в габбро – 1,1%, в риолите – 1,54%, в базальте – 1,69%. В некоторых
вулканических стеклах содержание воды достигает 10%. Но горных породах находится
только небольшая часть воды, находящейся в магме. При кристаллизации большая
часть летучих компонентов выделяется из магмы.
Сколько воды
в магме точно неизвестно, но в 1938 г. экспериментами Горансона показано,
что растворимость воды в гранитном расплаве ограничена. Гранитный расплав при
давлении 100 атм (соответствует глубине 2 км) может растворить лишь 3,75%
воды, а при давлении 4000 атм (соответствует глубине 15 км) – 9,25%. Во
всяком случае нельзя считать, что магма может содержать неограниченное
количество воды и других летучих компонентов.
Присутствие
летучих компонентов в кристаллизующейся магме или лаве резко отражается на ее
свойствах и влияет на ход кристаллизации.
1.
Присутствие летучих компонентов резко снижает температуру начала
кристаллизации. Установлено, что 1% растворенной в расплаве воды понижает
температуру кристаллизации примерно на 50º, то есть при содержании 8–10%
воды температура должна понизиться на 400–500 º.
2.
Присутствие летучих компонентов резко понижает вязкость силикатного расплава,
и, следовательно, способствует росту кристаллов.
В системах с
ограниченной растворимостью летучего компонента в силикатном расплаве всегда
имеет место резкий переход от расплава к раствору, даже при высоких давлениях.
Отсюда следует наличие резкой границы между различными стадиями кристаллизации
– магматической и пневматолитовой.
Главная
особенность кристаллизации в системах с летучими компонентами – существование
«ретроградного кипения», то есть выделения газа при одновременной
кристаллизации. Оно начинается при понижении температуры. В результате
ретроградного кипения магма превращается в горную породу, пропитанную газовым
раствором, который находится в равновесии с породой и поэтому может вызвать
перекристаллизацию ее подобно тому, как перекристаллизовывается осадок,
остающийся в насыщенном растворе. В дальнейшем, если состав газового раствора
изменяется, то он не будет находиться в равновесии с породой, и тогда
магматические минералы начнут растворяться и замещаться вторичными минералами.
Таким
образом, присутствие в магме воды и других минерализаторов обусловливает
возникновение в конце кристаллизации газового раствора. Этот раствор в случае
насыщенности его компонентами горной породы вызывает перекристаллизацию породы с
образование грубозернистых структур. В другом случае, когда состав раствора
отличается от состава горной породы, он вызывает отложение вторичных минералов
с образованием различных структур замещения.
Общей
особенностью кристаллизации магмы с участием летучих компонентов будет то, что
этот процесс проходит в несколько стадий: 1) собственно магматическая стадия.
Когда силикат выделяется из магмы, а газовая фаза еще не появляется; 2)
«ретроградное кипение», когда из магмы выделяется и силикат и газовая фаза; 3)
пневматолитовая стадия, когда силикат выделяется из газа; 4) стадия
конденсации, когда появляются водные растворы и 5) гидротермальная стадия,
когда силикат выделяется из водного раствора.
4.5
Закономерности парагенетических ассоциаций и последовательность выделения
минералов
Подавляющее
большинство магматических пород состоит из нескольких минеральных видов, они
называются полиминеральными (гранит, гранодиорит, сиенит). Реже встречаются
биминеральные (габбро, диорит) и мономинеральные (лабрадорит, пироксенит,
оливинит) породы.
В состав
полиминеральных пород могут входить многие минеральные виды, но в сочетании
минералов, слагающих ту или иную магматическую породу, всегда есть
закономерности, обусловленные физико-химическими законами, управляющими
кристаллизацией магматического расплава. Парагенетические ассоциации в
магматических породах, возникших в различные геологические эпохи, очень близки,
а часто тождественны друг другу. Некоторые минеральные ассоциации невозможны в
магматических породах. Для щелочных пород характерны щелочные минералы
(например, нефелин, щелочные полевые шпаты, эгирин, щелочной амфибол в
нефелиновых сиенитах). В известково-щелочных породах цветные минералы
представлены оливином, пироксенами, роговой обманкой. Для кислых пород
характерным является кварц. Для средних и некоторых основных – насыщенные
кремнеземом силикаты и алюмосиликаты (ортоклаз, альбит, плагиоклазы, амфиболы,
пироксены. Для основных и ультраосновных пород характерны недосыщенные минералы
(оливин в известково-щелочных и фельдшпатоиды – в щелочных). Для определения
минералогического состава горной породы необходимо четко знать не только оптические
и морфологические свойства отдельных минералов, но и те парагенетические
ассоциации, в которых встречаются породообразующие минералы. Определив два-три
минерала необходимо уже ясно представлять себе, что может быть еще в данной
породе. Ниже перечисленные главные закономерности парагенезиса минералов в
магматических породах обоснованы общими представлениями об образовании этих
пород.
1. Кварц не
может быть вместе с фельдшпатоидами (нефелином и лейцитом).
2. Оливин не
встречается с кварцем, калиевым полевым шпатом, кислым плагиоклазом и биотитом.
3. Щелочные
пироксены и амфиболы находятся обычно с нефелином и не находятся с кварцем.
4. Зеленая
роговая обманка встречается в кислых интрузивных породах (с кислым плагиоклазом
и биотитом). В основных интрузивных породах (с основным плагиоклазом,
пироксеном и оливином) находится обычно бурая роговая обманка.
5. Зеленая
роговая обманка обычно сопровождается сфеном.
6. Мусковит
не встречается вместе с пироксеном и роговой обманкой.
7. В
нормальных) известково-щелочных) породах роговая обманка обрастает пироксен, в
щелочных – щелочной амфибол может иметь каемку из щелочного пироксена
(эгирина).
8.
Базальтическая роговая обманка встречается только в кайнотипных эффузивных
породах.
9. Лейцит
встречается только в кайнотипных эффузивных породах. В интрузивных породах он
переходит в псевдолейцит (псевдоморфозы из нефелина и калиевого полевого
шпата).
10. Санидин
находится только в эффузивных кайнотипных породах.
4.6
Реакционные ряды минералов
На основании
исследования силикатных расплавов и минерального состава магматических пород Н. Боуэн
изобразил последовательность выделения минералов из магмы в виде двух
реакционных рядов: прерывно-реакционного ряда фемических минералов и
непрерывно-реакционного ряда салических минералов. В прерывно-реакционном ряду
выделение происходит в следующем порядке: оливин→ромбический пироксен→моноклинный
пироксен→амфибол→биотит. В непрерывно-реакционном ряду выделение
происходит в следующем порядке: основной плагиоклаз→средний плагиоклаз→кислый
плагиоклаз→калиевый полевой шпат.
Каждому члену
первого ряда соответствует определенный член второго ряда. Совместная
кристаллизация минералов двух реакционных рядов протекает с образованием
эвтектики и в этом случае последовательность выделения зависит от состава
расплава.
Порядок
выделения фемических минералов в породах нормального ряда также иногда
нарушается в связи с тем, что каждый фемический минерал сам является членом
изоморфного ряда, в котором магнезиальные компоненты являются более тугоплавкими,
чем железистые. Поэтому в магмах, богатых железом может наблюдаться отступление
от обычного порядка выделения. Например, в траппах содержится высокожелезистый
гиперстен, который образовался позже моноклинного пироксена. В некоторых
породах можно встретить железистый оливин, образовавшийся вместе с калиевым
полевым шпатом, тогда как магнезиальный оливин кристаллизуется одновременно с
основными плагиоклазами.
Кристаллизация
начинается с наиболее высокотемпературных минералов: с оливина в левом ряду и
анортита в правом. При понижении температуры ранее выделившиеся минералы
реагируют с остаточной жидкостью, образуя нижестоящие минералы. Путем закалки
было установлено, что кристаллизация расплава, соответствующего энстатиту,
начинается с выделения кристаллов форстерита. При медленном понижении
температуры он реагирует с остаточной жидкостью, обогащенной кремнеземом, и
переходит в энстатит по схеме Mg2SiO4+SiO2→Mg2Si2O6. При быстром же застывании, или фракционировании,
оливин может сохраниться в породе. При реакции оливина с расплавом возникает
новый минерал – пироксен. Такое качественное изменение ранее выделившихся
минералов при реакции их с остаточным расплавом характерно для левого ряда,
который представляет собой так называемую прерывную реакционную серию. Каждый
минерал прерывной серии, может сам являться членом непрерывной реакционной серии.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 |