Магматизм и формирование пород

    Столь же сложным и дискуссионным является вопрос о пневматолитическом процессе, или пневматолизе. В старом представлении пневматолиз также связан с процессами дифференциации магмы. По существовавшим ранее представлениям, остаточная магма, еще богатая растворенными в ней газами и другими летучими веществами, так же как и в пегматитовом процессе, проникает во вмещающие породы, застывая в них и видоизменяя их, образует контактово-пневматолитические изменения.

    Согласно  другой точке зрения, пневматолитические процессы вообще неотделимы от гидротермальных, т. е. они связаны с воздействием горячих вод на вмещающие породы.

    Гидротермальные процессы, как показывает само название, связаны с проникновением в земную кору горячих вод, несущих растворенные в них минералы. П. М. Татаринов и П. Г. Магакьян различают при этом зоны малых глубин, от сотни метров до 1 км, умеренные глубины - 1-3 км и область значительных глубин – 8-10 км от земной поверхности. Большое значение при гидротермальных процессах имеет температура вод: высокая - 600—300°, средняя – 300-200° и низкая - ниже 200° С.

    Путь  к решению сложной проблемы происхождения  магмы и магматических горных пород намечается в наши дни. Гипотеза о возможно холодном состоянии внутренних зон Земли позволяет покончить  со старыми представлениями о  «первозданности» магмы и выдвинуть  предположение о периодическом  зарождении магм в связи с динамикой  развития нашей планеты. Этим исключается  сама постановка вопроса о «родоначальной»  магме.

    Представление о периодическом рождении магмы  намечено в трудах   Ф. Ю. Левинсона - Лессинга и других ученых. «Источником, откуда получаются, начиная с архейской эры, изверженные породы, — писал Ф. Ю. Левинсои - Лессинг, - является твердая земная кора, отдельные участки которой, периодически расплавляясь, дают начало магмам». Им же была предложена первая классификация магматических пород, основанная на их происхождении. В этой классификации учитывались и собственно магматические породы, и продукты переплавления горных пород, и продукты ассимиляции.

    Современная наука еще не может дать исчерпывающего ответа на вопрос о причинах периодического расплавления магм. Этими причинами, по данным В. В. Белоусова, могут быть радиоактивные процессы, по данным Е. Н. Люстиха, - гравитационная дифференциация. Может быть высказано предположение о роли атомных и ядерных реакций в периодическом расплавлении магм[8]. 

    2.2 Классификация магматических пород

      В основу классификации магматических горных пород положено несколько признаков, а именно: степень кислотности горных пород, их минеральный состав, происхождение, структура и другие. Упрощенная классификация магматических горных пород приведена в Приложении 1.

    Степень кислотности горных пород зависит  от содержания в них кремнезема. В зависимости от содержания кремнезема выделяют: кислые породы, в которых SiO₂ больше 65%; средние породы, содержащие SiO₂ от 65% до 55%; основные породы, где SiO₂ составляет от 55 до 45%; ультраосновные породы, содержащие SiO₂ менее 45% (рис.4).

    По  происхождению  выделяются   интрузивные  и эффузивные породы, последние, в  свою очередь, разделяются на измененные (палеотипные) и свежие (кайнотипные). Разделение эффузивных пород на измененные и свежие основано на степени сохранности минералов, слагающих эти породы. В измененных (палеотипных) породах отмечается разложение первичных минералов с образованием за их счет альбита, эпидота, хлорита и других минералов. В общем минералогическом составе горных пород главное значение имеет наличие или отсутствие полевых шпатов (плагиоклаз, калинатровый полевой шпат, калиевый полевой шпат и др.)[13].

    Рис. 4. Магматические горные породы 

    Затем, при дальнейшем распознавании, обращается внимание на наличие или отсутствие кварца, роговой обманки, пироксена  и оливина. При выделении щелочных пород большое значение имеет наличие щелочных полевых шпатов, нефелина и других минералов [10].

    Структура горных пород, по Г. Розенбушу, объединяет вес отношения, связанные с формой и величиной составных частей пород. Текстура обусловливается пространственным  распределением минеральных скоплений, т. е. способом их сочетания при образовании горной породы. Рис. 5. Структуры распространенных изверженных горных пород под микроскопом: верхний ряд — интрузивные породы (слева направо): гранит, диорит, габбро; нижний ряд — эффузивные породы (слева направо): риолит, андезит, базальт; 

    Для интрузивных пород характерна полнокристаллическая структура и массивная текстура: в такой породе отчетливо можно видеть слагающие ее минералы (рис. 5). Образование таких структур обусловлено медленной раскристаллизацией магматического расплава. В зависимости от условий образования могут возникнуть структуры: гигантозернистые (кристаллы более 10 мм), крупнозернистые (кристаллы 5—10 мм), среднезернистые (1—5 мм) и мелкозернистые (менее 1 мм). Кристаллы в породе могут иметь одинаковые размеры и образовывать равномернозернистые структуры, но могут возникать и неравномерно зернистые структуры. Иногда минералы в породе, занимая ограниченное пространство или будучи оплавленными, не имеют свойственных им очертаний (аллотриоморфная структура).

    Для эффузивных пород, застывших на поверхности (во время движения), характерны флюидальные текучие и полосчато-флюидальные текстуры. В таких текстурах можно видеть параллельное расположение различно окрашенных полос вулканического стекла. Если же лавы застывают не при движении вещества, возникают массивные текстуры. В условиях быстрого охлаждения лавы образуется порфировая структура, в которой на фоне стекловатой или микрозернистой массы видны отдельные, хорошо выкристаллизованные вкрапленники (порфировые вкрапленники) [4].

    Кроме перечисленных внешних признаков, при определении пород должны учитываться цвет, удельный вес и  некоторые другие признаки. Цвет пород может быть от темно - зеленого до черного для ультраосновных и основных пород и светло - серый, зеленоватый, красноватый для кислых и средних пород.

    Для точного определения горных пород  применяются микроскопические, химические и другие методы исследований.

    Ниже  приводится характеристика магматических горных пород. 

2.1.1Породы  кислого состава

      Характерной горной кислой породой  является гранит. В окрестностях  г. Свердловска, по берегам  Шарташского озера, можно видеть  матрацевидные глыбовые отдельности кислых интрузивных горных пород — гранитов, Массив Шарташских гранитов сформировался на некоторой глубине от поверхности в конце палеозойской эры. Позднее, в мезозойскую и кайнозойскую эры, верхние слои были размыты, и Шарташские граниты таким образом оказались на поверхности. Подобные гранитные массивы имеют большое распространение в пределах Советского Союза. Их можно встретить, кроме окрестностей Свердловска, на восточном склоне Урала, в Карелии и на Кольском полуострове, на Украине, в Енисейском кряже, в верховьях рек Алдана и Анабара и в других местах.

    Для гранитов характерно наличие кварца, ортоклаза, слюды и темноцветных минералов.  Если отсутствуют слюды и темноцветные минералы, то такая порода называется аляскитом. Структура гранитов и аляскитов полнокристаллическая, равномерно зернистая. Иногда среди полей распространения гранитов можно видеть небольшой мощности жилы, прорезающие гранитные тела. Структура жильных пород резко отличается от структуры  вмещающих пород. Она может быть пегматитовой и мелкозернистой. Пегматитовая структура отличается от гранитной крупными размерами и закономерными срастаниями  кристаллов отдельных минералов: кварца и полевого шпата. Кроме кварца и полевого шпата,  в пегматитовых  жилах иногда  встречаются рудные минералы сфалерит, галенит.

    Липариты обладающие мелкозернистой структурой, являются, так же как и пегматиты, аналогами гранитов.

    Эффузивные  аналоги гранитов кайнотипного облика - липарит и обсидиан в небольшом количестве развиты среди лав Армении, на Центральном Кавказе и на Южном берегу Крыма.

    Обсидиан, или вулканическое стекло, представляет бурую или черную стекловатую  горную породу. Липарит - слабо раскристаллизованная масса порфировой структуры, содержащая во вкрапленниках кварц. Такой же облик имеют палеотипные кварцевые порфиры, широко распространенные среди силурийских, девонских и каменноугольных вулканических пород Урала [14]. 

2.2.2.Породы среднего состава

    К средним породам относятся сиениты и их аналоги. На восточном склоне Среднего Урала, в окрестностях Нижнего Тагила и Кушвы, расположены широко известные в нашей стране месторождения высококачественных железных руд - г. Высокая и г. Благодать, приуроченные к контакту сиенитов с вмещающими породами.

    Уральские сиениты так же как сиениты других районов, являются средними, бескварцевыми породами, сложенными ортоклазом, с большим количеством темноцветной слюды и роговой обманки. Они обладают хорошо выраженной полнокристаллически - зернистой структурой. Текстура их массивная.

    Тот же состав, но при наличии мелкозернистой или стекловатой структур, имеют аналоги сиенитов - трахиты и ортоклазовые порфиры, также весьма распространенные на восточном склоне Урала.

    Сиениты и их аналоги часто называют щелочными  породами по наличию в них щелочных полевых шпатов.

    К средним породам, но плагиоклазовым (а не ортоклазовым), принадлежат  диориты и их эффузивные аналоги. Диориты состоят из роговой обманки и среднего плагиоклаза. Аналогами их среди палеотипных пород являются андезитовые порфириты, имеющие, так же как и диориты, большое развитие на Урале, в Казахстане и на Кавказе. Кайнотипные аналоги диоритов — андезиты распространены среди лав вулканов, окаймляющих Тихий океан [14]. 

2.2.3. Породы основного, ультраосновного и щелочного состава

    Основного состава. К числу основных пород относятся габбро и их аналоги. В осевых участках Уральского хребта, в особенности в его средней и северных частях, габбро и их производные имеют большое развитие. Они состоят из основных плагиоклазов (от анортита до Лабрадора) и пироксена. Обычно эти минералы бывают хорошо огранены, что обеспечивает полнокристаллически - зернистую структуру пород.

    Палеотипные эффузивные аналоги габбро - авгитовые порфириты и диабазы широко развиты на Урале и на Кавказе. Кайнотипные эффузивы - базальты известны среди современных лав Камчатки; они распространены в Армении, на Гавайских островах и др.

    Ультраосновные  породы - перидотиты, пироксениты и дуниты встречаются в осевых участках Уральского хребта. Различие этих пород основано на присутствии или отсутствии в них оливина, а также других темноцветных минералов. Пироксениты почти нацело состоят из пироксена, дуниты — из оливина с примесью хромита, эффузивные аналоги этих пород встречаются редко [12].

    Щелочные  породы. Породы, обладающие большой  щелочностью, выделяются в особую группу нефелиновых сиенитов и их производных. Большое развитие нефелиновые сиениты имеют на Урале, в Ильменском государственном заповеднике имени В. И. Ленина, и в Хибинских тундрах, на Кольском полуострове.

    Промежуточными  между осадочными и магматическими являются туфогенные горные породы, возникшие  за счет накопления обломков различных размеров, выбрасываемых при извержении вулканов. Большая часть пород данного класса представлена в виде рыхлых образований. Они рассматриваются при обзоре осадочных пород[8]. 

    2.3. Причины разнообразия магматических пород

    Признание существования ограниченного числа  первичных магм несколько противоречит тому огромному разнообразию магматических пород, которое имеет место в природе. Причина этого кажущегося противоречия кроется в тех физико-химических процессах, которые нарушают однородность первичного магматического расплава и приводят к образованию различных по составу пород. Такими процессами являются дифференциация, ассимиляция  и гибридизация.

    Дифференциация  магмы — это процесс разделения однородного первичного расплава на различные по химическому составу фракции, из которых образуются горные породы разного минерального состава. Дифференциация может происходить в жидкой фазе до появления первых кристаллов — ликвация или в процессе выделения кристаллов из расплава — кристаллизационная дифференциация. В процессе ликвации происходит расслоение магмы на две различные по плотности и несмешивающиеся жидкие фазы. Существующие к настоящему времени петрографические и экспериментальные данные говорят о том, что процессы ликвации не играют существенной роли в формировании основной массы магматических пород.