 Подавляющее
большинство пород на Земле образуется путем кристаллизации из магмы, т.е.
является магматическими породами. Магма может изливаться на поверхность
или застывать на глубине. Все закономерности кристаллизации вытекают из
исходного состава магмы, содержания в ней летучих компонентов, глубины
ее зарождения. Для исследования этих закономерностей используются методы
экспериментальной петрологии, позволяющие в лабораторных условиях смоделировать
условия земной коры или верней мантии.
Для экстраполяции экспериментальных
данных, полученных в лабораториях, на природные магматические объекты принципиальна
информация о составах реальных расплавов, из которых кристаллизуются те
или иные породы. При кристаллизации природных магм широко распространены
механизмы фракционирования и, поэтому, валовые составы пород, как правило,
не отвечают составам расплавов, из которых эти породы формировались. На
настоящее время существует всего три метода, позволяющих оценивать прямыми
измерениями состав расплава в магматических камерах: 1) Прямые замеры состава
лавы и флюидного режима в лавовых озерах (кратерах вулканов); 2) Изучение
состава закалочных стекол кайнотипных (свежих) эффузивных пород; 3) Изучение
расплавных включений. Первый способ связан с большой опасностью для жизни
и позволяет определять только составы расплавов, существующие в приповерхностных
условиях (малое давление, существенная дегазация). Изучение закалочных
стекол также не может дать представления о ранних стадиях эволюции магм.
Стекла основной массы эффузивов легко
подвергаются вторичным изменениям и поэтому их можно изучать только в кайнотипных
эффузивах. Кроме того, с помощью первых двух методов нельзя получить прямые
данные о составах расплавов, формирующих интрузивные породы.
Изучение расплавных включений
позволяет получать сведения о составах расплавов для очень широкого спектра
магматических горных пород. Методы изучения расплавных включений дают возможность
проследить эволюцию состава расплава от его зарождения (плавления коры
или мантии) до консолидации горной
породы.
 Расплавные
включения представляют собой участки расплава, захваченные и законсервированные
кристаллом в процессе роста или перекристаллизации из-за различных дефектов
структуры поверхности.
Качество поверхности кристалла
зависит от многих параметров, основным из которых является скорость роста
кристалла. Чем быстрее растет кристалл, тем больше турбулентных течений
возникает в зоне расплава, непосредственно прилегающей к растущей грани.
Вследствие этих турбулентных течений возникает неоднородность составов
расплава и затем дефекты поверхности. На
фотографии представлен срез природного кристалла кварца с заливообразными
дефектами поверхности, которые практически обособились от окружающего их
расплава в процессе роста вкрапленника.
Часто, вследствие ограниченного
потока вещества к растущему кристаллу, рост ребер опережает рост граней
кристалла, что приводит к образованию скелетных форм кристаллов. Ниже представлены
две фотографии природных кристаллов кварца демонстрирующие такие скелетные
формы.
Фотография в отраженных электронах
D представляет собой поперечный разрез кристалла
на фотографии C. На обоих фотографиях
достаточно хорошо видно, что при скелетном росте образуется много полостей,
которые способны изолироваться от внешнего расплава при замедлении скорости
роста кристаллов.
Изучение расплавных включений,
образованных подобным способом, позволяет определить:
-
Составы расплавов в ходе их
кристаллизации
-
Приблизительные (
20°
С)
температуры кристаллизации
-
Количество и состав летучих
компонентов растворенных в расплаве
-
Минимальное давление кристаллизации
-
Прямые признаки смешения магм
или ликвации.
 После
захвата кристаллом, расплавное включение продолжает эволюционировать. В
зависимости от своих размеров и от скорости остывания магматической системы
расплавное включение может остаться стекловатым или раскристаллизоваться,
образовав газовый пузырек и дочерние кристаллические фазы.
Кроме того, даже в быстроостывшем
(закаленном) включении, стекло, как
метастабильная фаза со временем претерпевает раскристаллизацию. В природных
условиях очень редко возникают условия очень быстрого остывания с образованием
твких включений, как на рис. A. Чаще
встречаются стекловатые включения с газовым пузырьком (рис. B)
или частично раскристаллизованные включения (рис.
C).
 Реально
захваченные стекловатые расплавные включения показаны на фотографии зерна
кварца в скрещенных николях в поляризованном свете. В них хорошо заметен
газовый пузырек и небольшое количество кристаллической фазы. После захвата
включений, минерал-хозяин продолжал кристаллизоваться на стенки включений,
поэтому прямые замеры состава стекла не дают возможности оценить составы
захваченных расплавов. Однако, в лабораторных условиях возможно провести
обратный эксперимент по восстановлению условий захвата включения.
При постепенном нагреве
до магматических температур вначале происходит раскристаллизация включений,
с образованием мелкокристаллического агрегата внутри включения (рис. A).
Затем происходит частичное плавление этого
агрегата; расплав хорошо виден на рис.
B по краям включения. При дальнейшем
нагреве (рис. C) происходит полное
плавление кристаллической фазы внутри включения и остается только газовый
пузырек. При дальнейшем нагреве его объем постепенно уменьшается,
пока не произойдет полная гомогенизация включения (рис. D).
Температура исчезновения газового пузырька (гомогенизации) соответствует
температуре захвата этого включения кристаллом. Затем, после закалки опыта
(рис. E) мы можем получить анализ стекла
во включении, который будет соответствовать составу захваченного расплава.
 Кроме
стекла во включениях, мы можем анализировать газовый пузырек, который представляет
собой избыточный (нерастворенный в расплаве) флюид. На рисунке видно, что
газовый пузырек инкрустирован различными кристаллами, анализируя которые
можно предсказывать появление месторождений тех или иных металлов. На фотографии
газового пузырька хорошо видны кристаллы меди на фоне крупного кристалла
галита (NaCl). Характерно, что данный
магматический объект тесно связан с
крупным постмагматическим месторождением меди.
|
