Дифференциация магмы при ее остывании схема боуэна реферат
Обновлено: 02.07.2024
Одним из процессов дифференциации является ликвация, т.е. разделение материнского расплава при определенных физико-химических условиях на две несмешивающиеся жидкости. Обычно при этом одна из жидкостей (расплавов-растворов), обогащенная кремнеземом, щелочами, летучими и соответственно более легкая, занимает верхнюю часть камеры или магматической колонны, а другая, обедненная этими компонентами, скапливается в их нижней части.
Ликвация, возможно, ответственна за образование таких пород, как пегматиты. По другим представлениям, пегматитовые водно-соле-силикатные расплавы-растворы отщепляются от исходной магмы вследствие накопления летучих (HF, HCl и др.) в ходе кристаллизационно-гравитационной дифференциации.
Другим процессом дифференциации является
кристаллизационно-гравитационная дифференциация, которая заключается в том, что породообразующие минералы кристаллизуются из магматического расплава не одновременно, а в определенном порядке – сначала более тугоплавкие, потом остальные. Канадский петрограф Норманн Леви Боуэн выявил последовательность выделения минералов из магматического расплава. Эта последовательность получила название реакционного ряда Боэна, так как выпадающие из магмы минералы могут вступать в реакцию с остаточным расплавом и замещаться следующим в этом ряду; например, оливин – пироксеном, пироксен – роговой обманкой и т.д. Однако, если минералы быстро осаждаются на дно магматической камеры, они сохраняются и их агрегат образует породу более основную, чем исходная магма (например, оливин и анортит дадут оливиновое габбро), а остаточный расплав, напротив, окажется более кислым, (или щелочным) и более богатым летучими.
Гравитационное осаждение является не единственным механизмом разделения на фракции исходного расплава по плотности. Другим механизмом являются фильтрация и отжимание остаточной жидкости под влиянием литостатического (всестороннего) или ориентированного (стресс) давления.
Окончательное остывание и полная кристаллизация крупного плутона по данным радиогеохронометрических исследований занимают период в несколько миллионов или даже десятков миллионов лет. Отделяющиеся при этом перегретые водные растворы и летучие компоненты проникают по трещинам во вмещающие породы и создают в них минеральные месторождения, называемые пневматолитовыми. К ним относятся многие месторождения вольфрама, олова, бериллия, молибдена, лития и других.
При дальнейшем охлаждении интрузивных массивов и на большем отдалении от них летучие исчезают, температура растворов падает, но они остаются еще горячими, и из них отлагаются руды, главным образом, сульфиды меди, цинка, свинца и сопутствующие нерудные (кварц, барит, кальцит и др.) минералы, которые именуются гидротермальными.
Ассимиляция и гибридизм.
По пути к поверхности магма вступает во взаимодействие с вмещающими породами, нередко поглощая и переплавляя их и тем самым изменяя свой состав. Это явление получило название ассимиляции. В наиболее широких масштабах оно проявляется при образовании гранитных батолитов. Свидетельством поглощения вмещающих пород служат ксенолиты.
В некоторых случаях имеет место смешение двух магм разного состава. В результате образуются породы гибридного характера, отличающиеся неупорядочным минеральным составом, отражающим разнородность исходных магм.
Полезные ископаемые интрузивного магматизма.
1. Облицовочный материал (граниты, лабрадориты, диориты, диабазы и др.).
2. Руды многих металлов: хромиты, сульфиды цветных металлов (меди, никеля, свинца, цинка),
Ряд реакционный (Боуэна) - эмпирически установленная Боуэном последовательность кристаллизации минералов из магмы в виде двух реакционных рядов:
1. прерывистого ряда фемических минералов: оливин -> ромбический пироксен -> моноклинный пироксен -> амфибол -> биотит;
2. непрерывного ряда салических минералов: основной плагиоклаз -> средний плагиоклаз -> кислый плагиоклаз -> калиевый полевой шпат.
Совместная кристаллизация минералов двух рядов протекает с образованием эвтектики и в этом случае последовательность выделения зависит от состава расплава. Предложенные Боуэном реакционные ряды кристаллизации минералов могут нарушаться в зависимости от состава расплава, от температуры, давления и других условий. Каждый вышестоящий минерал в ряду Боуэна при реакциях с расплавом образует минерал, стоящий по схеме ниже. Кристаллизация магмы совершается из многокомпонентных систем. Среди минералов различают главные породообразующие минералы, слагающие основную массу породы, и второстепенные минералы, присутствующие в меньшем количестве, а иногда и вовсе отсутствующие. Главными породообразующими минералами магматичесих горных пород являются кварц, калиевые полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, пироксены, амфиболы, слюды, оливин и некоторые другие.
Выделяют также акцессорные минералы, присутствующие в небольшом количестве в виде редкой, но характерной примеси. Минералы, богатые Si и Аl, называются сиалическими, они имеют светлую окраску. Это полевые шпаты, кварц, мусковит и другие. Минералы, содержащие Мg и Fe, называются мафическими или фемическими. Они темноокрашенные. Это пироксены, амфиболы, биотит, оливин. Минералы магматических пород разделяются по происхождению на первичные (магматические) и вторичные. Первичные минералы образуются в результате кристаллизации из магматического расплава. Вторичные минералы всегда образуются за счет первичных в последующие этапы существования горных пород. Типичными процессами вторичного минералообразования являются серпентинизация, хлоритизация, серицитизация, каолинизация и другие.
Таблица твердости
| Название | Твердость |
| Оливин | 6,5-7 |
| Пироксены | 5-6,5 |
| Амфиболы | 5-6 |
| Биотит | 2-3 |
| Анортит | 6-6,5 |
| Плагиоклаз | 6-6,5 |
Кристаллизационная дифференциация
— обусловленная перемещением и пространственным обособлением возникающих в процессе кристаллизации минер. фаз под влиянием разл. причин (напр., гравитационное осаждение выделившихся из расплава к-лов, перемещение их конвекционными токами и др.), что приводит к изменению нормального течения реакции к-лов с расплавом, т. е. фракционной кристаллизации магмы. Д. к. является основным механизмом дифференциации магм. расплавов. Особенно широко она проявляется при формировании расслоенных интрузий основных и ультраосновных п., образовавшихся в результате последовательного осаждения продуктов кристаллизации на постепенно поднимающееся дно магм. камеры.
ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ МАГМЫ (от лат. differentia — разность, различие * а. differentiation of magma; н. Magmaspaltung; ф. differenciation du magma; и. diferenciacion de magma) — процессы разделения и сегрегации жидких и кристаллизующихся магматических расплавов, приводящие к образованию разных по минеральному и химическому составу горных пород или пород с различными количественными соотношениями одних и тех же минералов.
Основной механизм разделения магмы — кристаллизационная дифференциация магмы, т.е. разделение твёрдых кристаллических фаз магмы в процессе её кристаллизации, обусловленное перемещением и пространственным обособлением возникающих минеральных фаз под влиянием различных факторов (например, гравитационное осаждение выделившихся из расплава кристаллов или перемещение их конвекционными токами).
Кристаллизационная дифференциация магмы равновесна, когда между кристаллами и расплавами сохраняется химическое равновесие и происходит механическое отделение кристаллов от равновесной с ними магмы. В случае нарушения равновесия между кристаллами (в целом) и магмой с образованием, например, зональных кристаллов отделение их от магмы приводит к изменению нормального течения реакции кристаллов с расплавом, т.е. к фракционной дифференциация магмы. Последняя широко проявляется при формировании расслоенных интрузий основных и ультраосновных пород, образовавшихся в результате последовательного осаждения продуктов кристаллизации на постепенно поднимающееся дно магматической камеры, а также при формировании глубоко дифференцированных массивов редкометалльных гранитоидов (щелочных, литий-фтористых, онгонитов и др.). Разновидности кристаллизационной дифференциации магмы — дифференциация в процессе зонной плавки, а также кинематически-гравитационная, в результате которой в поднимающейся к верхним горизонтам литосферы колонне магмы происходит обогащение фронтальных её частей SiO2, Al2О3, Na2О, К2О, а в нижних — CaO, MgO, FeO.
Дифференциация магмы ликвационная — разделение расплава на две несмешивающиеся жидкие фазы (разделение в жидком состоянии), возникающие в процессе охлаждения в результате диффузии, гравитации (поднятие или погружение лёгких или тяжёлых молекул) и др. Ряд исследователей относят к ликвационному типу сульфидные месторождения в основных и ультраосновных породах, некоторые железорудные (апатит-магнетитовые) и хромитовые месторождения.
При эманационной дифференциации магмы происходит разделение вещества магматического расплава за счёт образования химических соединений различных компонентов с флюидами, способными к обособлению. Эманационная дифференциация магмы предполагается под воздействием потоков трансмагматических флюидов.
Дифференциация магмы обусловливает не только широкое разнообразие магматических горных пород, но и образование магматических рудных месторождений.
Магматизм — процесс возникновения в мантии и земной коре магматических расплавов, последующего их подъёма и затвердевания на разных глубинах или извержения на поверхности Земли. Магматизм является одним из главных факторов формирования земной коры. Выделяются следующие основные его этапы: зарождение, подъем и затвердевание.
Магматическим очагом называется жидкий расплав вещества мантии, занимающий некоторый объем в теле Земли. Считается, что исходная магма имеет химический состав, аналогичный веществу мантии – основной или даже ультраосновной. Главным критерием определения химического состава магмы, как и магматических горных пород, является содержание SiO2 – кремнезема: 1) кислой считается магма, содержащая более 65 % SiO2; 2) средняя магма содержит от 65 до 53 % SiO2; 3) основная магма содержит от 53 до 45 % SiO2; 4) ультраосновная магма бедна кремнеземом – менее 45 % SiO2.
Из приведенного становится понятным, что для образования расплавов, отличных от первичных (основных и ультраосновных), требуется преобразование магмы. Такое разделения исходной (основной) магмы на расплавы разного состава называется дифференциацией магмы.
Дифференциация магмы происходит разными путями, из которых, возможно, главное значение принадлежит следующим.
1. Кристаллизационно-гравитационная дифференциация заключается в том, что кристаллизация минералов при остывании расплава идет в строгой последовательности: первыми кристаллизуются самые тугоплавкие (тяжелые) минералы, а затем все менее тугоплавкие, и, соответственно, легкие. Образующиеся кристаллы минералов могут вступать в реакцию с оставшимся магматическим расплавом и последовательно замещаться все менее тугоплавкими минералами. Если реакция окончательно не завершается, то внутри позднее возникших кристаллов сохраняются остатки предшествующих. Данная последовательность, по имени выявившего ее канадского петрографа названная реакционным рядом Боуэна, выглядит примерно следующим образом: оливин – пироксен – плагиоклаз – роговая обманка – биотит – ортоклаз – мусковит – кварц. Оставшиеся после образования кварца магматические пары и растворы также могут реагировать с минералами, в результате чего образуются хлорит, серпентин или другие минералы. Названные растворы, проникая в трещины, формируют рудоносные пегматитовые дайки и жилы. Если кристаллизация происходит быстро, то образующиеся первыми тяжелые минералы оседают на дно магматической камеры, формируя основные породы (габбро). Оставшаяся магма окажется более кислой, и богатой подвижными компонентами, следовательно, поверх основных пород начнут возникать средние (диориты, сиениты), а затем и кислые магматические породы (граниты).
2. Процесс фильтрации и отжимания остаточной магмы под влиянием давления происходит в результате того, что объем расплава примерно на 10 % больше, чем объем образующихся из него магматических пород. Следовательно, оставшаяся жидкой часть расплава, будучи гидростатически более легкой, станет отжиматься вверх по трещинам под давлением окружающих пород.
3. Ликвация – разделение магмы на два несмешивающихся расплава. При этом насыщенная кремнеземом, а значит более легкая жидкость, скапливается в верхней части камеры, а более тяжелая – в нижней. Возможно, ликвация также принимает участие в образовании пегматитов.
5. Гибридизация проявляется в смешении разных расплавов, что ведет к образованию магматических пород неупорядоченного химического и минералогического состава.
По мере остывания интрузивных тел, от них отделяются и поднимаются по трещинам перегретые водные растворы и летучие компоненты, создавая пневматолитовые месторождения минералов, содержащих олово, вольфрам и другие металлы. На значительном расстоянии от интрузива летучие компоненты исчезают, температура растворов падает, идет формирование гидротермальных месторождений галенита, сфалерита, халькопирита, кварца, кальцита и других минералов.
Магма представляет собой огненно-жидкий силикатный расплав, образующийся в глубинных зонах Земли. Часть ее изливается через жерла вулканов или трещины на земную поверхность и быстро застывает в виде потоков или покровов стекловатых (частично раскристаллизованных) лав — эффузивов, другая часть не доходит до поверхности и медленно застывает па глубинах 1 км и более, образуя интрузивные полнокристаллические породы. Именно при кристаллизации магмы возникла большая часть минералов, слагающих земную кору. Когда говорят о магматическом происхождении минералов, то обычно указывают, с какими по составу породами они связаны: кислыми, средними, основными, ультраосновными. Разнообразие магматических горных пород объясняется процессами дифференциации магмы при ее кристаллизации и ассимиляции ею вмещающих пород.
К числу минералов, образующихся путем непосредственной кристаллизации магматических расплавов, относятся, в основном, различные силикаты. Таким же путем образуются сульфиды железа, никеля, меди, а также хромит, апатит, алмаз и целый ряд других.
Читайте также: