|
МАГМАТИЗМ
ЗЕМЛИ
ЗАТВЕРДЕВАНИЕ
МАГМАТИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ
 |
| Рис. 4.
Зависимость скорости (v) образования зародышей
кристаллов (пунктир) и скорости роста зародышей
(сплошная линия) от переохлаждения расплава
относительно температуры равновесного
ликвидуса (DТ). * |
Высокая скорость
подъема является причиной того, что расплавы
начинают затвердевать, лишь достигнув дневной
поверхности или заполнив какую-либо
промежуточную камеру на глубине. Форма и размер
возникающих при этом кристаллов определяется
степенью переохлаждения расплава относительно
равновесной температуры
кристаллизации, что, в свою очередь, зависит от
темпа охлаждения. При быстром остывании магматических тел достигается высокая
степень переохлаждения, и в этих условиях вместо
хорошо ограненных кристаллов появляются
скелетные формы причудливых очертаний. О том, что
такое скелетный кристалл, можно судить по форме
снежинок, которые представляют скелетные
кристаллики льда.
При кристаллизации магматических расплавов
сначала возникают точечные зародыши кристаллов,
которые затем увеличиваются в размерах. Линейные
размеры кристаллов определяются соотношением
скоростей образования зародышей (количеством
зародышей в единице объема в единицу времени) и
их последующего роста (приращение длины или
ширины кристалла в единицу времени). Обе скорости
являются функциями переохлаждения расплава (DТ) и
достигают экстремума при определенных величинах
DТ (рис. 4). При малом переохлаждении скорость
возникновения зародышей мала, а скорость их
роста велика; в результате возникают
крупнозернистые кристаллические
агрегаты, состоящие из относительно
небольшого числа крупных кристаллов. При
значительном переохлаждении скорость
образования зародышей достигает максимума, а
скорость роста каждого зародыша падает; как
следствие этого формируются мелкозернистые магматические породы. Максимальное переохлаждение достигается при
затвердевании тонких лавовых потоков,
а минимальное - при кристаллизации крупных интрузивных тел. Отсюда и разница в
структуре вулканических и интрузивных пород.
МЕТОДЫ
ИЗУЧЕНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД И ПРОЦЕССОВ
Живые проявления магматизма можно изучать лишь
при современных
вулканических извержениях. Наблюдения активных вулканов на
протяжении многих лет ведутся на Камчатке, в
Японии, на Гавайских островах и в других местах.
Однако наибольший объем информации о
магматических процессах получен путем изучения
состава, строения и условий залегания
магматических пород, образованных в
геологическом прошлом. Описательный раздел
науки о магматических горных породах называется петрографией, а генетический раздел,
рассматривающий происхождение изверженных
пород, - петрологией.
Изучение магматических пород
начинают в полевых условиях геологических экспедиций, когда
выясняются условия залегания пород и
устанавливается последовательность их
формирования. Результатом полевых наблюдений
является геологическая карта,
которая представляет собой топографическую
основу с нанесенными на нее выходами пород
разного состава и возраста. Для специалиста это
очень важный документ, содержащий большой объем
геологической информации. Обзорные
геологические карты мелкого масштаба (в 1 см
10-100 км) охватывают огромные территории стран и материков, а карты более крупного
масштаба (в 1 см 2,0-0,5 км и крупнее) составляются
для локальных площадей. Геологические
наблюдения дополняются изучением физических
полей и анализом распространения упругих волн в
недрах Земли.
Много нового стало известно благодаря
международным и национальным программам
глубокого и сверхглубокого бурения в
океанах и на континентах. Со специальных
кораблей в океане пробурены сотни скважин.
Самая глубокая из них, пройденная у берегов
Коста-Рики (Центральная Америка), углубилась в базальты океанского дна на два
километра. Самая глубокая скважина на континенте
пробурена в России на Кольском
полуострове - ее глубина составляет 12,2 км. На
базе этой скважины создана постоянно
действующая лаборатория по изучению недр Земли.
При проведении полевых работ и бурении скважин
отбираются образцы магматических и других
горных пород для исследования в специальных
лабораториях. Комплекс исследований начинается
с изготовления прозрачных пластинок горных
пород толщиной 0,03 мм, которые изучаются с помощью
поляризационного
микроскопа. Впервые этот прибор был применен
в середине прошлого века и буквально произвел
революцию в петрографии, поскольку под
микроскопом удалось увидеть несравнимо больше,
чем невооруженным глазом или с помощью лупы. Так
как большая часть кристаллов оптически анизотропна
и обладает свойством двойного
лучепреломления, то при прохождении поляризованного
света сквозь кристаллическое вещество
возникают явления интерференции и
другие оптические эффекты, которые
используются для диагностики
минералов. Под микроскопом очень хорошо видна структура кристаллических агрегатов.
Вторая революция в петрографии произошла в 60-х
годах ХХ века, когда стали применяться рентгеноспектральные
микроанализаторы, которые иначе называют электронными микрозондами. Тонкий луч электронов падает на полированную
поверхность образца и вызывает рентгеновское
излучение возбужденных атомов исследуемого
минерала. По характеру рентгеновских
спектров можно за несколько минут узнать
химический состав минерала на очень малом
участке - фактически в точке. Применение этого
прибора вывело изучение минералов и пород на
качественно новый уровень по сравнению с тем, что
может быть получено только с использованием
поляризационного микроскопа.
Круг лабораторных методов, применяемых в
современной петрографии и петрологии, весьма
широк: электронные анализаторы микроскопических
изображений, разнообразные способы определения
очень малых концентраций элементов-примесей в
минералах и породах, изучение изотопного состава
химических элементов, исследование микровключений
затвердевших расплавов, захваченных во время роста кристаллов, и многое другое.
Высокого уровня достигла экспериментальная
петрология. Процессы зарождения, последующей
эволюции и кристаллизации магматических
расплавов воспроизводятся в лабораториях при
высоких температурах и давлениях. Современное
оборудование позволяет ставить опыты при
температуре до 2000 °С и при давлении около 20 ГПа,
что позволяет судить о природных магматических
процессах, протекающих на глубинах в сотни
километров.
Используя результаты полевых и лабораторных
наблюдений, разнообразных анализов и опытов,
можно с помощью компьютеров обосновывать и
рассчитывать модели природных магматических
процессов с такой определенностью и надежностью,
которые еще недавно казались недостижимыми.
Благодаря большому объему геологической
информации, накопленной за многие десятилетия, и
использованию новейшей аппаратуры и
аналитических технологий, современное учение о
магматических горных породах превратилось в
точную науку, которая стала одной из наиболее
развитых геологических дисциплин.
* В области 1, где скорость
образования зародышей невелика, а скорость роста
максимальна, образуются редкие крупные
кристаллы. В области 2 возникает множество мелких
кристаллов, а в области 3 кристаллизация
затруднена - здесь возможно появление
вулканического стекла (аморфной переохлажденной
жидкости).
Назад| Следующая
страница
|
