МАГМАТИЗМ ЗЕМЛИ

МЕХАНИЗМ ЗАРОЖДЕНИЯ МАГМ

Судя по распространению упругих волн и другим физическим характеристикам, современная кора и мантия Земли находятся в твердом состоянии. Жидкие магматические расплавы возникают сейчас и возникали в не очень далеком геологическом прошлом лишь эпизодически и на локальных участках. Известные на Земле интрузивные и вулканические породы связаны с источниками, которые расположены в интервале глубин от 15 до 250 км. С самыми глубинными мантийными источниками (150-250 км) сопряжены алмазоносные кимберлиты. Возможно, перидотиты верхней мантии испытывают плавление и глубже, но возникающие при этом расплавы не достигают доступных для наблюдения глубин. Основные породы - базальты и габбро - также зарождаются в верхней мантии. Под континентами источники этих пород находятся на глубине 50-150 км, а под океанами - возможно, и выше.
Материал континентальной земной коры сам неоднократно испытывал плавление с образованием разнообразных вторичных магм, главным образом кислых. Наименее глубинные коровые магматические очаги находятся на глубине около 15 км; с ними связаны многие гранитные плутоны.
По сравнению с радиусом Земли (6371 км) интервал глубин, где происходит магмообразование (250-15 км), представляет тонкую приповерхностную пленку. Высказаны гипотезы о возможности существования значительно более глубоких источников магм вплоть до границы мантии и ядра. Однако реальность подобных предположений сомнительна, так как на столь больших глубинах температура плавления вещества мантии сильно превышает температуру природных магм и, кроме того, неясен механизм перемещения магматических масс на тысячи километров в обстановке огромного всестороннего сжатия.

Рис. 1. Механизмы плавления, приводящие к образованию магм.

Существуют три главных механизма зарождения магм в верхней мантии и земной коре (рис. 1). Наиболее универсальным является нагревание выше температуры плавления глубинного вещества, т.е. выше температуры солидуса (см. рис. 1, а). Конкретные источники тепла известны лишь для коровых магматических очагов, которые возникают под тепловым воздействием мантийных магматических масс, нагретых до высокой температуры. Причины эпизодического и локального нагрева самого мантийного вещества во многом остаются неясными. Обычно нагрев связывают с выделением тепла при радиоактивном распаде U, Th, K; однако надо иметь в виду, что эти элементы сосредоточены в коре, а мантия бедна ими. Рассчитаны физические модели, связывающие нагрев глубинного вещества с выделением тепла от трения при пластических деформациях.
Другим возможным механизмом зарождения магм служит адиабатический (почти изотермический) подъем нагретого вещества, при котором на некоторой глубине достигается температура солидуса (см. рис. 1, б). Этот механизм реализуется при быстром (в геологическом масштабе времени) перемещении крупных масс нагретого и пластичного глубинного материала.
Третий механизм связан с дегидратацией гидроксил-содержащих минералов, имеющихся в горных породах. Распространенными минералами такого рода являются, например, слюды, которые при нагревании выделяют до 4 мас.% воды. Если в магматическом источнике имеется вода, то температура плавления силикатного вещества понижается на десятки и сотни градусов. Чем больше давление, тем больше воды может раствориться в силикатном расплаве и тем ниже температура, при которой расплав может оставаться в жидком состоянии. В отличие от "сухих" систем, не содержащих воды, насыщенные водой магматические расплавы характеризуются не положительным, а отрицательным наклоном линии солидуса в рТ-координатах (см. рис. 1, в). Если в глубинном веществе имеются гидроксил-содержащие минералы, то при нагревании они разлагаются с выделением воды, которая растворяется в возникающем магматическом расплаве.
При любом способе плавления на начальной стадии процесса возникает очень мало магматической жидкости, и источник остается в эффективно твердом состоянии, представляя пористую среду, состоящую из межзернового расплава и твердого каркаса, еще не подвергшегося плавлению. В ходе дальнейшего плавления количество жидкой фазы возрастает, и наступает такой момент, когда источник превращается в эффективно жидкую магматическую суспензию - расплав с заключенными в нем тугоплавкими кристаллами. При этом механическая устойчивость магматического очага резко падает, и суспензия выжимается в область низкого давления. Переход от твердого состояния к жидкому происходит при условии, что доля расплава достигает примерно 40 объемн.%.
В природных магматических очагах доля жидкой фазы обычно не превышает 20-30%, а во многих случаях составляет всего несколько процентов и менее. Другими словами, магмообразование почти всегда сводится не к полному, а лишь к частичному плавлению мантийного или корового вещества. Заметим, что даже при минимальных степенях плавления система пор, заполненных расплавом, оказывается связанной тончайшими межзерновыми каналами, и магматическая жидкость может быть выжата из твердого каркаса.

Назад| Следуюшая страница