Геохимия магматических процессов

6.1. Человек не может видеть, как образуются изверженные горные породы. Он судит об этом по конечным продуктам (состав, геологическое положение, взаимоотношение и т.д.). Петрохимия как раздел геохимии изучает миграцию «Э» в условиях застывания магматических расплавов.

6.2. Геохимия магматических процессов в свете современных данных:

6.2.1. Первичное разделение вещества Земли: образование а) ядра (железного); б) сульфидно-окисного слоя и в) силикатной оболочки.

Общепринято, что все горные породы образовались из базальтовой магмы. Базальтовый слой – стекловатое или кристаллическое состояние, может расплавляться (давая базальтовую магму). Имеются и другие представления (наличие пород перидотитового состава на глубине 37-60 км из которого может образоваться базальтовая магма).

Общий вывод: наряду с единством магмы существуют представления о двух видах магмы: кислой и основной (яркий представитель российский ученый Левинсон-Лессинг). В настоящее время большинство придерживается позиции о единстве магмы.

6.2. Дифференциация исходной магмы – главное условие генезиса разнообразных горных пород. В противном случае получили бы:

а) Породу ГАБРО для интрузивных тел.

б) Породу БАЗАЛЬТ для эффузивных тел.

В результате действия факторов миграции-гравитации, концентрации вещества в расплаве, t⁰ и Р - образуется сложная палитра пород.

6.2.3. Сульфидно-силикатные расплавы разделяются на две не смещивающиеся жидкости: сульфидную и силикатную. Как доказательство – металлургический процесс на заводах (шлак вверху, металл – внизу, посредине – штейн).

6.2.4. Очень сложный вопрос: дифференциация силикатов. Долго не удавалось экспериментально разделить, но в 1935-1937 г. впервые Д.П. Григорьеву (СССР) удалось разделить силикатный расплав – SiO₂, Al₂O₃, MgO, K₂O, CaF₂ при t⁰C=1250⁰С в угольных тиглях с последующим охлаждением на две части: а) жидкость богатая SiO₂, K₂O и F и б) богатая MgO, CaO и Al₂O₃. Первая – кислая, легкая и следовательно вверху, вторая – более основная и тяжелая – внизу. Очень важное условие: есть фтор - жидкость дифференцируется, нет F – масса однородная. Роль фтора по Д.П. Григорьеву может играть бор и Н₂О.

6.2.5. Очень важна в дифференциации расплавов роль АССИМИЛЯЦИИ. Впервые об этом высказался в 1897 г. Левинсон-Лессинг. Многие наблюдали последствия ассимиляции гранитными интрузиями пород богатых Са, Мg, Fe, в результате образуются различные виды уже кислой магмы, а с ней разнообразные месторождения полезных ископаемых. Важно учесть, что в пределах России кислые породы занимают площадь в 15 раз больше основных и следовательно перспективы поиска полезных ископаемых в России очень и очень велики.

6.2.6. На разных стадиях дифференциации (эволюции) первичной магмы образуются кристаллические продукты различных типов:

а). Породы протокристаллизации;

б). Породы мезокристаллизации;

в). Породы телокристаллизации – гранитные пегматиты;

г). Магматические сульфиды;

д). Гидротермальные образования;

е). Контактово-метаморфические породы.

6.2.7. Основные особенности стадийности кристаллизации магмы:

Протокристаллизация: из единой магмы (базальтовой) образуются основные и ультраосновные породы: перидотиты, дуниты, пиротениты, амфиболиты, базальты, габбро. Больше всего в них: SiO₂ – 41,35%; MgO – 32,10%; FeO – 7,80%; Al₂O₃ – 4,9% и др. В этих продуктах широко развито явление изоморфизма. С этой стадией связана высокая твердость продуктов в первую очередь алмазов, шпинелей, хромита, платины и следовательно исключительно высокую ценность для техники.

Конечная или пегматитовая кристаллизация: своеобразие этой ситуации заключается в формировании остаточной гранитной магмы, отличающейся от исходной высоким содержанием кремнекислоты, щелочей, летучих компонентов, редких элементов. Из нее выделяются летучие погоны (следовательно идут пневмотолитовые и гидротермальные процессы), большое количество элементов в форме таких минералов как полевые шпаты, слюды, кварц и др. (они и образуют гранит). Но остается еще так называемый флюидно-надкристаллический расплав при кристаллизации которого и образуются пегматитовые жилы. Поскольку это легкие фракции магматического расплава, то они занимают самые верхние места в гранитных массивах. Пегматитовые жилы очень богаты минералами: сейчас их выделяют более 300 видов.

Интересно сравнить пегматитовые жилы с другими стадиями по химсоставу (%):

В среднем (в %): Li в габбро 1,5∙10^-3%, а в П.Ж. 0,15 (больше в 100 раз) Ga (галлия) в перидотите 2∙10^-4%, в П.Ж. 0,01% (>> в 15 раз), Rb (рубидий) в габбро 4,5∙10^-3%, в П.Ж. – 0,18% (>> в 18 раз). То же самое для тантала и особенно ниобия (в 150 раз >> чем Кларк Земли).

Самое важное отличие П.Ж. от всех других видов кристаллизации: в П.Ж. преобладают нечетные элементы, а во всех других случаях всегда >> четные (исключение О (кислород) и Si (силициум) - они четные!).

Генезис П.Ж. до конца не выяснен. Если Ферсман А.Е. и его последователи считают, что в основе их формирования лежит исходная магма, насыщенная всеми минералами, то крупнейший геохимик А.Н. Заварицкий пытался доказать, что особой пегматитовой магмы нет. Тела П.Ж. получаются путем перекристаллизации участков материнских пород (гранитов, аплитов, сиенитов, габбро и др.) под воздействием газового раствора, насыщенного компонентами этих пород, т.е. в результате метаморфизма.

Не исключено, что эти позиции верны обе. Их синтез может дать решение этой проблемы.