ГлавнаяВ ряде стекловатых пород, как, например, в нехштейнах и вообще вулканически: стеклах, представляющих собой переохлажденные магмы, также присутствуют значительные количества главным образом воды (до 10% и более).
Во время извержений вулканов наблюдается выделение из лавы часто огромных количеств летучих веществ, обычно, в первую очередь паров воды. Пока магма находится на глубине в земной коре, газы не могут сколько-нибудь свободно удаляться за пределы магматического бассейна и сохраняются в самой магме в растворенном состоянии. Ho когда магма приближается к поверхности земли или выходит из земли, газы вырываются из магмы в огромных количествах.
Весовые проценты содержания воды были установлены Вашингтоном и Дэли в следующих породах и размерах:
Насколько велики количества выделяемых из магм летучих компонентов, видно по таким примерам.Во время извержения Везувия в 1906 г. в результате непрерывных взрывов над ним поднялся столб главным образом паров воды, достигший 13 000 м высоты и продержавшийся в течение 20 часов на этой высоте.
На Аляске в районе долины, называемой "Долиной десяти тысяч дымов", установлено ежегодное выделение соляной кислоты в количестве 1 250 000 т и плавиковой кислоты — 200 000 т; в прежние времена выделение этих летучих компонентов было значительно больше.
Гиллули полагал, что вода присутствует в жидкой гранитной магме в количестве около 8%, а в основной — около 4%. Много данных получено при изучении газов, выделяющихся из лав Гавайских островов.
Подводя итоги ряду химических анализов летучих компонентов, выделяющихся из лав Килауэа, Шепгерд подсчитал, что на долю воды приходится 70% общего количества выделяющихся газов, на втором месте стоит CO2, на третьем — SO2.Летучие компоненты вызывают понижение температуры плавления ряда других компонентов, входящих в состав магмы; кроме того, они обусловливают выделение из магмы тех или иных новых минеральных фаз. Большое значение имеет также и то, что эти компоненты могут вызывать повышение растворимости других компонентов. Так, например, присутствие в магме CO2 может вызывать повышение растворимости CaO, Летучие компоненты, таким образом, могут оказывать влияние на последовательность кристаллизации магмы, вызывая изменения в ней сравнительно с сухими расплавами.
Присутствие в магме летучих способствует развитию процессов ассимиляции, т. е. растворения ею соседних пород.
В том случае, когда магма, содержащая летучие, находится на не особенно значительной глубине, сумма парциального давления всех компонентов может оказаться в связи с процессами кристаллизации и обогащением остаточного расплава летучими больше, чем внешнее давление горных пород, налегающих на магматический бассейн. В таком случае может начаться кипение с выделением таких летучих, как H2O, СO2, F и др. Эти летучие будут удаляться по трещинам и порам окружающих пород в более высокие горизонты земной коры или в боковые породы, вызывая в них те или иные изменения.
Большое петрогенетическое значение имеют летучие в том отношении, что они могут вступать в реакции с другими, нелетучими соединениями и давать начало новым соединениям, относящимся также к типу летучих. Так, галоиды дают начало
летучим соединениям ряда металлов (железо, алюминий, титан и др.). В летучее состояние переходит в ряде случаев также н кремний.
С целью выяснения роли воды при кристаллизации силикатных расплавов, а следовательно и при кристаллизации в природных условиях гранитных магм, Горансон (1938 г.) провел ряд опытов с плавлением альбита и ортоклаза в присутствии воды, при высоких давлениях, в герметически запаянных металлических трубках. Эти опыты показали, что растворение воды в силикатном расплаве является функцией не только температуры и давления, но и химического состава силикатного расплава.
В этом: отношении особенно хорошо изучена была система альбит—вода. Опыты показал, что растворимость воды в расплаве альбита повышается по мере повышения давления. Нa рис. 13 дана проекция на плоскости плавления в системе альбит — вода: температура T (ордината) от 800 до 1100° и давление P (абсцисса) от 0 до 3 килобар. На этой диаграмме показано, что по мере увеличения содержания воды, а тем самым и с повышением давления температура плавления альбита понижается от 1100° при атмосферном давлении почти до 800° при давлении свыше 3 килобар. Дальнейшее повышение давления оказывает на понижение температуры плавления альбита лишь незначительное влияние.В несколько ином виде показаны те же результаты на рис. 14, где, наряду с изображением влияния давления в килобарах на температуру плавления альбита, показаны также и глубины в земной коре, соответствующие этим давлениям. Это же показывают и данные табл. 7.
Результаты опытов Горансона над плавлением ортоклаза привели его к тем же выводам (рис. 15). По мере увеличения содержания воды в расплаве ортоклаза и повышения давления понижается температура плавления ортоклаза от 1200° с лишний при нормальном давлении, до 950° при давлении около 2 килобар, причем инконгруентное плавление ортоклаза происходит только при давлении менее 2 килобар, при большем давлении лейцит не образуется и ортоклаз плавится конгруентно.Опыты плавления гранита и обсидиана и растворения в их расплавах воды показали, что получаются такие же кривые, как и при плавлении чистого альбита. Опыты показали также, что в расплавах смеси 25% кварца и 75% ортоклаза при давлении до 4 килобар растворимость воды всего на 1% ниже, чем в расплаве альбит — вода. В расплаве ортоклаз — вода, соответствующем сиенитовой магме, растворимость воды ниже на 1—1,5%.
Процесс растворения воды в расплавах горных пород экзотермический. В гранитном расплаве с температурой 900°, в котором, как показывает табл. 8, при давлении 1000 атм присутствует 5,75% воды, удаление 1% воды вызывает понижение температуры на 3°. Геологические термометры показывают, что гранитная магма кристаллизуется при 870°.Рассмотренные выше результаты опытов Горансона, касающиеся смесей силикатных расплавов и воды, представляют собой экспериментальные данные, которые могут служить основанием для правильного суждения о роли летучих компонентов в магме.
В настоящей магме, кроме воды, присутствуют также разнообразные другие летучие компоненты, которые могут оказывать несколько иное влияние на ход магматических процессов.
В продуктах извержения Везувия и Этны Сен-Клер Девилль установил такую последовательность выделения летучих компонентов:
1. Безводные хлориды щелочей и марганца с небольшими количествами фторидов и с сернокислыми щелочами. Они выделяются либо из кратера, либо с поверхности лав, обладающих особенно высокой температурой.
2. Хлористый аммоний, много водяных паров, следы сероводорода и серы.
3. Соляная и серная кислоты с очень значительным количеством водяных паров, вместе с хлоридами железа и меди.
4. Различные смеси HCI, SO2, Н, S и H2О.
5. CO2.
6. Чистые пары воды.
По существу все компоненты магмы могут переходить в газообразное состояние.
Феннер (1938 г.) дал такой обзор магматических фаз:
1. В некоторых магмах путем ликвации выделяются из силикатной магмы сульфидные частя ее, обладающие лишь частичной смесимостью с силикатной магмой. В результате образуются ортомагматические сульфидные рудные месторождения.
2 Путем кристаллизации обратится осадок преимущественно силикатных и окисных минералов, из которых получаются крупные массы горных пород.
3. При ослаблении внешнего давления, как правило, образуется газовая фаза (магма начинает кипеть), сильно отличающаяся своим составом от первичной магмы.
4. При взаимодействии трех указанных процессов образуется в конце концов остаточный магматический раствор, в котором накапливаются легко растворимые и легко подвижные компоненты.
При дальнейшей кристаллизации этого остаточного раствора может быть достигнута "вторая точка кипения", при которой образуется новая газовая фаза.
Выделение из магмы газов может происходить в случаях развития в кровле и стенках магматического бассейна трещин, в которые проникают как магма, так и летучие компоненты. Благодаря этому ослабляется в магме давление и усиливается кипение. Однако это кипение ("второе") происходит в основном без привноса тепла, за счет понижения температуры и повышения внутримагматического давления в результате кристаллизации магмы.
Процесс этот происходит при температуре выше критической, в частности для воды 374,5°; критическая температура ряда других летучих компонентов, широко распространенных в магме, еще ниже: H S — 100,4°; HCl — 51,4°; CO3 — 31,1°. Их присутствие понижает критическую температуру смеси. В то же время критическая температура других летучих компонентов, в частности галоидных металлов, значительно выше, но количество их весьма незначительно, и потому они не оказывают сколько-нибудь значительного влияния на повышение критической температуры смеси.
Пузырьки смеси газов, подымаясь в магме, обогащаются газами также и других составов.
При обменных реакциях, которые происходят при образовании, например, галоидных летучих соединений, всегда присутствуют свободные кислоты, например HF, HCl, что видно из таких обратимых реакций:
2 AlCl3 + 3H3O <—> Al2O3 + 6НСl.
Способность HCl усиливать реакцию справа налево с увеличением концентрации в 6 раз вытекает из данного уравнения. Отсюда видно, насколько большое значение имеет присутствие HCl, а в других случаях HF в газовой фазе.
Как только вмещающие породы нейтрализуют эти кислоты, происходит выпадение из газовой фазы различных сульфидов и окислов.
Как видно из этой таблицы, значительным давлением пара обладают галоиды таких металлов; как Zn, Cd, Pb, Ni, Sn, As, а также FeCl3 и AlCl3.Вполне вероятно, что этим именно путем они и концентрируются в значительных количествах в магмах. Эго особенно относится к Al и Fe. При этом легче и на большие расстояния мигрирует FeCl3. Путь миграции AlCl3 значительно короче, что связано с легким образованием Al2O3 в присутствии воды.
В ряде случаев пои нагревании вулканических стекол до температуры 800—1100° с большой сплои выделяются летучие вещества; иногда это носит характер взрыва. В составе этих летучих видную роль играют, кроме воды, такжe CO2, CO, CH4, H и NH4Cl, хлориды.
Изучение выделений фумарол показало, что в зависимости от их температуры выделяются крайне разнообразные, характерные для каждой из температурных ступеней летучке вещества: кроме H2O, CO2, выделяются Н, N, Cl п его соединения — HCl, NaCl, KCl, NH4Cl, CaCl2, MgCl2, AlCl3, FeCl2, FeCl3, которые имеют огромное петрогенетнческое и в особенности металлогенетическое значение. Встречаются также хлориды таких тяжелых металлов, как Pb, Cu, Ni, Co, Sn, Mn и др. Выделяются также соединения F, главным образом HF и SiF4, разнообразные фториды и соли кремнефтористоводородной кислоты.
Выделяются, кроме того, в крайне разнообразных видах сера и ее соединения — сероводород, SO2, H2SO4, мышьяк и его соединения — As, AsS, As2S2, также P, нередко В, H3BO3.
Кроме того, из магм (лав) выделяются такие вещества, как О, N, Н, местами также и благородные газы, в том числе в небольших количествах Ar и He.
Привнос летучих компонентов в окружающие магму породы выражается в виде крайне разнообразных проявлений метаморфизации этих пород: в процессах образования скарнов, когда в известняки привносятся из магм разнообразные летучие вещества, часто также и соединения редких элементов; в процессах грейзенизации, фельдшпатизации с привносом Al, Si, Na и ряда других элементов, феррификации с привносом железа; в ряде случаев наблюдается перенос в летучем состоянии, в процессе пневматолиза, Sn, Ag, Cu, Zn, Pb и др.
Наконец, нередко происходит перенос тех же элементов, в частности кремнекислоты, фтористого кальция и т. д., горячими водами, как продуктами остывания паров воды (гидротермальные процессы).
В этих процессах, температура которых все более и более понижается, можно выявить определенную закономерность переноса определенных типов элементов и соединений их. Большое петрогенетическое и металлогенетическое значение имеет то обстоятельство, что легкоподвижные и летучие компоненты дают в ряде случаев комплексные молекулы, также легкоподвижные и летучие, одновременно с тяжелыми металлами, и тем облегчают возможность передвижения последних в более высокие части земной коры.
Передвижение этих составных частей находится в зависимости от давления P и температуры Т, так как они устойчивы только при определенных условиях T и Р.
Благодаря этому образуются перимагматические (находящиеся около магмы) и апомагматические (вдали от магмы) месторождения.
В первые фазы переносятся галоиды, в частности ряд тяжелых металлов. Тяжелые металлы, как Cu, Pb, Zn и др., переносятся в дальнейшем горячими водами и осаждаются из них в виде сернистых соединений, т. е. крупную роль -здесь играет сероводород. На первой стадии гидротермальных процессов особенно велико значение сероводорода, на последней стадии — углекислоты.
В пегматитовой фазе, при кипении пегматитовой жидкости, переходят в газовое состояние такие составные части, как II, О, Cl, Р, В, К, Na, Fe, Tl, Al, из тяжелых элементов Pb, Cu, Ag и др. Характерно отсутствие Mg и Ca.
Показательным для присутствия летучих компонентов в магмах является также образование в глубинных магматических породах ряда минералов, содержащих H2O, галоиды, В и другие летучие; к этим минералам относятся амфиболы, слюды, турмалин и т. д.
Все летучие компоненты магмы входят в состав атомной решетки твердых растворов ряда минералов. Особенно крупную роль в этом отношении играют ОН и F, входящие в состав кристаллической решетки минералов группы роговой обманки, слюд и др. Благодаря этим компонентам магма может кристаллизоваться полностью и при высоких температурах (свыше 500°). Летучие компоненты отличаются от основных породообразующих только своей большой подвижностью. Они оказывают далее большое влияние на понижение температуры, на образование новых минеральных фаз. Вне сомнения, они повышают растворимость в магме тех или иных ее компонентов, например CO2 повышает растворимость в магме CaO. Тем самым может нарушаться та последовательность кристаллизации минералов, которая установлена для сухих расплавов.
В результате высокого парциального давления в газовой фазе в особенно больших количествах присутствуют H2O, CO2, F, S и др., в то время как CaO, MgO присутствуют в ней лишь в незначительных количествах. В состав газовой фазы магмы часто входят те элементы, которые сравнительно легко образуют галоидные соединения, например Fe, Ti.
Диаграмма Ниггли. Ниггли построил свою диаграмму (рис. 16) для двух компонентов, из которых один — летучий, другой — нелетучий. Эту диаграмму он применил для выяснения процессов, происходящих в магме во время ее остывания при больших давлениях (в несколько сот атмосфер, на глубине 2 км).Он принимает, что на такой глубине все летучие компоненты в общем похожи друг на друга, а жидкая часть магмы может считаться одним нелетучим компонентом (силикаты, руды).
На этой глубине летучие вещества находятся в магме в растворе независимо от того, будет ли температура для отдельных веществ ниже или выше критической.
На рис. 16 в левой части изображены самые простые взаимоотношения между двумя компонентами — летучим А и нелетучим Д не образующими друг с другом ни смешанных кристаллов, ни химических соединений. Летучее вещество А — например вода; нелетучее В — силикаты или руда.
Концентрация обоих компонентов А и В в магме близка к 90%; это число характерно для магмы. При охлаждении таком магмы первым будет выпадать компонент В в виде кристаллической массы. Так как небольшие примеси летучего компонента значительно понижают температуру плавления компонента Д кристаллизация его начнется в точке на пересечении линии X1X1 с кривой выделения В при температуре t1. Выше этой точки магма будет находиться в жидком состоянии в виде смеси обоих компонентов А и В; по Ниггли это так называемая ликвидо-магматическая стадия.
При медленной кристаллизации первыми выделяются акцессорные минералы и в некоторых случаях рудные минералы вполне определенного характера.
Основная масса этих минерально-рудных образований выделяется сравнительно быстро, причем образуются минералы с не особенно ясными кристаллическими очертаниями (пологая часть кривой до начала ее перелома).
Крутая часть кривой отражает ту стадию, когда остаточная магма, особенно обогащенная летучими компонентами, начинает кристаллизоваться и дает пегматиты.
При дальнейшем падении температуры в пересыщенной летучими компонентами остаточной магме кристаллизация происходит очень медленно и в строго определенной последовательности.
В первой стадии кристаллизации остаточной магмы выделяются силикаты, фосфаты, ниобаты, танталаты, титанаты, именно в пределах температур t2 и t3. Эго указывает на то, что остаточная магма содержит довольно значительные количества силикатов. При более низких температурах выделяются цеолиты, руды и карбонаты.
Ниггли на основании этого выделяет следующие стадии кристаллизации магмы:
1. Ортомагматическая стадия, во время которой образуются собственно магматические породы. Летучие компоненты играют роль главным образом минерализаторов; они способствуют кристаллизации, уменьшая вязкость магмы, понижая температуру плавления ее. Сперва кристаллизация происходит, как видно из кривизны кривой, довольно медленно; затем, так как кривая становится более пологой, почти горизонтальной, скорость кристаллизации значительно увеличивается. Очевидно, на этом этане достаточно небольшого изменения температуры, чтобы кристаллизация ускорилась и произошли сильные изменения состава магмы. По-видимому, в течение этого Бремени формируется сама магматическая порода. К тому моменту, когда температура магмы достигает t2, из магмы будет выделена значительная часть компонента В и период фактического формирования магматической породы примерно заканчивается.
Во второй половине эвмагматического процесса, по мере приближения к стадии образования остаточной магмы, она постепенно обогащается летучими компонентами. Эти последние воздействуют на ранее образовавшиеся компоненты, вызывая постепенное их преобразование и замену их новыми минералами, обогащенными сперва небольшим, затем все большим л большим количеством воды; к воде присоединяются также галоиды — в первую очередь фтор. Одновременно в новообразующихея минералах все в большем количестве накопляются сперва соединения кальция, затем также щелочей. Получается типичный реакционный ряд Боуэна: оливин — ромбические пироксены — моноклинные пироксены — амфиболы — слюды.
Таким образом, мы можем различать первую эвмагматическую стадию выделения минералов, не содержащих летучих компонентов (ортосиликаты и метасиликаты магния и железа), и вторую эвмагматическую стадию выделения минералов, содержащих летучие компоненты во все большем количестве и в то же время обогащающихся большим числом других элементов (щелочных земель и щелочей). Образование минералов второй стадии тесно связано с заменой (вытеснением) ранее образовавшихся минералов, более простых, все более сложными при одновременной смене более основных плагиоклазов все более кислыми.
Одновременно накопляется жидкая остаточная магма, содержащая сравнительно мало компонента В и много компонента А. Очевидно, характер остаточной магмы будет совершенно иным, чем был состав магмы в начале ее кристаллизации и в главном периоде этого процесса.
Кристаллизация происходит на большей или меньшей глубине. Первая стадия переходит во вторую непрерывно, при продолжающейся кристаллизации. Такого рода условия остывания и затвердевания магии носят название плутонических или интрузивных. Соответственные названия получают и образующиеся в течение первого периода кристаллизации магматические породы.
Продукты, которые получаются во второй стадии процесса кристаллизации из остаточной магмы, обогащенной летучими веществами, оказывают влияние на внутримагматические химические процессы, например на образование амфиболов, слюд, минералов, содержащих фтор, хлор и т. д.
2. Пегматитовая и пневматолитовая стадии являются промежуточными между образованием расплавленных силикатных масс (кристаллизующихся в виде магматических пород) и образованием водных растворов, характерных для следующей стадии минералообразования.
В пегматитовую стадию температура, вероятно, достигает 500—600°; одновременно господствует сильное давление; в остаточной магме присутствуют в растворенном виде все еще большие количества нелетучих компонентов.
На последующих стадиях магматического процесса — в стадии образования остаточной магмы, также с неясным переходом от второй стадии эвмагматического процесса — происходит особенно обильное накопление летучих компонентов, притом разного состава, с различными критическими температурами, в различных количествах и с различной растворимостью их в магме. Вес это вносит чрезвычайно большие осложнения в процесс кристаллизации, вызывает разрывы постепенного хода этого процесса, обусловливает растворение ранее выделившихся кристаллических компонентов, выпадение анхиэвтектических смесей, явления сильного переохлаждения, новую группировку окислов и т. д. Происходит образование пегматитов в характерной физико-химической стадии застывания очень сложного силикатного расплава, богатого летучими компонентами.
Ври температуре между 360 и 400°, т. е. близкой к критической температуре воды, по Накену, наблюдается новый постепенный перелом и смена магматических процессов гидротермальными.
Кристаллизация остаточной магмы с образованием пегматитов является одной из стадий кристаллизации магмы вообще. В этом заключается причина того, что необходимо — как это делает Сцерр — тесно связывать с магматическими породами минеральные и жильные образования.
Для большинства пегматитов, среди которых чрезвычайно широко распространены гранитные пегматиты, связанные с гранитной магмой, особенно богатой летучими компонентами, а следовательно и с остаточной магмой, показательно то, что они носят лейкократовый характер; в то же время шлировые накопления, состоящие из остатков магнезиально-железистых соединений, дают часто рудные образования. Это связано с указанной выше последовательностью кристаллизации и с выпадением минералов, наиболее богатых, в частности, железом, на первых стадиях кристаллизации магмы.
Б щелочных магмах, обогащенных окислами натрия, нередко наблюдается обратный ход кристаллизации, так, например, в хибинитах: нефелин — калиевый полевой шпат — альбит — титаносиликаты — натро-железистые силикаты (эгирин, арфведеонит, титано-магнетит, ильменит, железо-титановый гранат). Такую последовательность кристаллизации (обратную) Уесинг назвал агиаитовой. Гольдшмидт связал этот процесс с и битком щелочей над глиноземом (Na + К > Al). При разъединении этих компонентов в процессе кристаллизации магмы в одних местах накопляются щелочные компоненты (нефелин — полевою шпаты), в других — натро-железистые (эгирин, apтведсонит и др.) Первые накопления образуют шлиры, в данном случае лейкократовые; вторые, наоборот, образуют жилы типа пегматитов и носят меланократовый характер, так как состоят из минералов, особенно сильно обогащенных окислами железа и в то же время летучими компонентами. Аналогичная картина агнантового характера последовательности кристаллизации с образованием аналогичных лейкократовых шлиров и меланократоных пегматитов наблюдается и в других нефелин-сиенитовых массивах.
Пегматиты, образующиеся из остаточной магмы, Ферсман называет остаточными или настоящими пегматитами; обычно они близки к эвтектическим образованиям.
Ферсман (1932 г.) различает следующие типы комбинаций минералов на последних стадиях кристаллизации магмы:
1. Остаточные пли настоящие пегматиты, по составу близкие к эвтектическим точкам.
2. Протектиты — рудные скопления в пегматитах, гранитах, содалитово-нефелиновые в агпаитах.
3. Ортотектиты —крупнозернистые породы, но составу близкие к материнской породе, но образующие жилы.
Он же различает 10 фаз развития гранитной магмы на конечных стадиях ее остывания:
А. 900—800°: магматическая фаза. Последние стадии остывания гранитного массива. Протo- и мезокристаллизация.
Б. 800—700°: собственно эпимагматическая фаза (по Бекке — эпимагматическая) с образованием контактных зон.
С. 700—600°: собственно пегматитовая или графическая фаза (по Ниггли — магматически-флюидная) с образованием письменного гранита.
Граница а: окончание образования письменного гранита и скачок к образованию крупнозернистой пегматоидной структуры; а-кварц замещается 3-кварцем.
D—Е. 600—500°: пегматоидная фаза (по Ниггли — флюидно-газовая) с образованием шерла, мусковита, берилла, топаза (1 — молибденитовые жилы, 2 — оловяннокаменные жилы).
Нередко перерыв в; граница между пегматоидной и надкритической фазами.
F—G. 500 — 400° и немного ниже: надкритическая фаза (по Ниггли — флюидно-гидротермальная) с новообразованием зеленых слюд, альбита, литиевых соединений и др. (3 — вольфрамитовые жилы, 4 — шеелитово-золотые жилы).
Перерыв у около критической течки воды.
H—I—К, 400—100°: гидротермальные фазы — начинаются с образования зеленых слюдок, переходят через образование сульфидов к образованию цеолитов и карбонатов; высокие, средние и низкие термы, они же гипо-, мезо- и эпитермы (5 — медные жилы, фаза Н; 6 — свинцово-цинковые жилы, фазы II—I; I — кобальтово-никелевые жилы, фаза К).
Обычно резкой перерыв 5.
L. 100—50°: гипергенная фаза с образованием глинистых материалов, иногда вторичного кальцита, с повторным образованием халцедона, кварца и др. (8 — сурьмяные жилы, фазы K—L).
Особенно большую роль играют пегматиты гранитов, так как последние составляют, по Лодочникову, до 95% всех кристаллических пород (на долю габбро, норитов и перидотитов приходится 4%, на долго нефелиновых сиенитов и щелочных сиенитов — всего 1%).
3. Гидротермальная стадия. С выделением: из остаточной магмы, дающей начало пегматитам, составных частей, прежде всего нолевого пшата, заканчивается развитие пегматитов и происходит смена их кварцевыми жилами, которые в свою очередь сменяются аплитовыми жилами. Начало такой смены проявляется, в частности, в двухсимметричной структуре части пегматитов, когда полевой шпат (частью слюда л турмалин) скопляются по краям жилы, внутри выполняемой кварцем.
Кварцевые жилы обычно носят апомагматический характер. Они нередко являются рудоносными. Ряд месторождений, тесно связанных с пегматитами и аплитами, имеют характер золотоносных жил; иногда с ними связаны и оловяннокаменные кварцевые жилы, также жилы, содержащие вольфрамит, медный колчедан, арсенопирит, молибденовый блеск и другие ценные сульфиды. В некоторых случаях с пегматитовыми выделениями связаны также турмалиново-кварцевые жилы с Cu, Ag, Pb, пиритом и т. д.
Продукты выделения из остаточной магмы, проникающие в соседние породы, дают начало пневматолитовому метасоматозу, во время которого образуются типичные перимагматические месторождения.
Из всего, что говорилось ранее относительно порядка кристаллизации магмы, ясно, что выделение летучих компонентов должно быть особенно тесно связано с магмами гранито-диоритового характера, частью также сиенитовыми, а из последних особенно с магмами щелочно-сиенитовыми. Во всех этих магмах происходит выделение минералов в определенной последовательности: безводные силикаты — силикаты с водой, образующиеся на более поздних стадиях, частью и гидротермальной.
Летучие компоненты проникают в окружающие породы не с одинаковой легкостью.
При рассмотрении схем кристаллизации магмы, как видно, не всегда (кроме схемы Ферсмана) обращалось внимание на возможность присутствия газовой фазы. Это обусловлено тем, что, если магма находится в замкнутом пространстве под большим давлением, господствующим на глубинах, газы в ней растворены; газовая фаза может проявиться только в том случае, когда на известной стадии остывания магмы давление паров ее будет выше, чем внешнее давление.
В том случае, когда давление в магме ослабевает, например при ее поднятии. устанавливаются новые условия равновесия. При этом развиваются реакции следующих двух типов: 1) в магме образуются новые химические комбинации — летучие соединения, появляются различия между летучими и нелетучими составными частями; 2) в самой жидкой магме появляются газовые фазы. Освободившиеся газы реагируют друг с другом и при определенных термодинамических условиях образуют устойчивые соединения.
Следовательно, уменьшение давления вызывает в магме крупные изменения. Непосредственные наблюдения, однако, показывают, что реакции первого рода происходят с затруднениями и не сразу после ослабления давления. Если бы магма была способна моментально приспособляться к новым условиям равновесия, извержения, раз начавшись, должны были бы продолжаться без перерыва вплоть до использования всей потенциальной энергии взрывчатого материала. Указанные выше затруднения в ходе реакций объясняют ритмическую деятельность вулканов. Ho это не является причиной последовательного выделения газов определенного состава одних за другими. Феннер так представляет себе последовательную смену реакций в магматическом бассейне:
1. В результате ликвации в некоторых магмах образуются сульфидные концентрации, смесимость которых с силикатными расплавами лишь частичная.
2. В результате кристаллизации магм образуется осадок в виде силикатных и окисных минералов, которые могут образовать большую часть горных пород.
3. В результата ослабления давления обычно развивается газовая фаза (магма начиняет кипеть), по своему составу в значительной степени, отличная от первичной магмы (в частности она лишена значительной части веществ, давших начало твердой фазе).
4. В результате взаимодействия трех указанных выше процессов в конце концов образуется остаточный маточный расплав, обогащенный легко растворимыми и легко летучими составными частями.
При дальнейшей кристаллизации этого остаточного расплава получается в то р а я точка кипения и образуется новая паровая фаза.
Летучие компоненты могут по трещинам или порам соседних пород удалиться из магмы в результате либо уменьшения внешнего давления, либо усиления внутреннего давления при повторном кипении магмы, вызванном не повышением, а понижением температуры магмы.
В магме образуются пузырьки, которые поднимаются вверх. Главной составной частью их является, по всей вероятности, вода, критическая температура которой 374,5°. Другие летучие компоненты, которые участвуют в этом процессе, — CO2, Н2S, HCl, N, H. Точки кипения первых трех соответственно 31,1°, 100,4° и 51.4°. Присутствие их понижает поэтому точку кипения смеси. Одновременно должны присутствовать также галоиды отдельных металлов, критическая температура которых значительно выше, чем воды; но, так как количество их невелико, они не оказывают сколько-нибудь значительного влияния на критическую температуру всей смеси. В пузырьки диффундируют также и другие газы, выделяющиеся из магмы.
О составе летучей фазы можно получить более ясное представление также из реакций, которые в ней могут происходить. Должен присутствовать ряд галоидных кислот, дающих летучие галоидные соединения с нелетучими окислами металлов. Получаются новые летучие и нелетучие соединения, частью с высоким давлением пара:
РbCl2 + H2S <—> TbS + 2НС1l
SiO2 + 4НF <—> SiF4 +2Н2О.
Смеси NaCl и SiO2, нагретые в присутствии водяных паров, дают 2NaCl + SiO2 + H2O = Na2O + SiO2 + 2НС1. Реакции происходят при температуре 600°
2 AlCl3 + 3Н2О <—> Al2O3 + 6НCl.
Отсюда очевидно крупное петрологическое значение присутствия галоидных кислот.
Д.П. Григорьеву удалось получить искусственный кальциевый амфибия, в природе не существующий, но аналогичный волластониту, из фторсодержащих силикатных расплавов при температуре около 1450° (1940 г.). Он же получил путем сплавления пироксен, именно байкалит, а с добавкой фтористого соединения — амфибол, идеальная химическая формула которого
Fe2Ca2Mg5Si8O22 * 0,14Fe2Ca7Si8O22.
Причина того, что в магме кристаллизуются в одних случаях пироксены, в других — амфиболы, объясняется обычно присутствием или отсутствием в магме таких летучих, как F или ОН.
Опыты Д.П. Григорьева вполне подтвердили крупную роль летучих компонентов, в данном случае F.
На основании как своих исследований, так и работ ряда других лиц Д.П. Григорьев делает выводы относительно крупной роли фтора в составе минералов и горных пород. При этом он указывает на то, что фтор образует твердые растворы с ОН, Cl и др., замещая в минералах гидроксильные группы, играет крупную роль в породообразования как минерализатор и катализатор и широко распространен в природных амфиболах.
Если кристаллизация гранитной магмы происходит медленно, то присутствующие в ней в начале кристаллизации летучие вещества полностью идут на образование в процессе реакции ряда минералов, содержащих Н2O, F и другие летучие. К концу кристаллизации магмы летучие компоненты, войдя в силикатные соединения, образуют такие минералы, как амфиболы, слюды, плавиковый шпат и др.
Наоборот, при сравнительно быстрой кристаллизации такого рода процессы не происходят; получаются значительные остатки летучих компонентов, идущие вместе с остаточной магмой на образование пегматитов и других пород.
Скарны. Особенно легко летучие компоненты проникают в карбонатные породы, в которых легко происходят изменения состава, в связи с большой подвижностью входящей в них СО2. Поэтому метасоматические процессы особенно интенсивно происходят именно около них. Известняки являются в этом отношении наиболее способными к реакции. В связи с этим в них, на контакте с породами, отдающими в большом количестве летучие компоненты, происходят весьма значительные изменения и накопление новых составных частей с полной перекристаллизацией самих пород — с образованием скарнов.
Сами корбонаты играют роль фильтров для этих летучих компонентов, задерживая их.
Последовательность выделения минералов в такого рода скарновых образованиях далеко не одинакова.
Хорошо изучена последовательность в районе оловяннорудных месторождений Эренфриденсдорфа: кварц I, оловянный камень, мышьяковый колчедан, берилл, топаз, фенгит, молибденит, гердерит (CaBe2[F2(OH)2][PO4]2), апатит, шеелит I, хлорит, плавиковый шпат, шеелит II, кварц II, жильбертит, шеелит III и т. д.
Характерным признаком пневматолитового генезиса месторождений может служить присутствие в них В-сидикатов — турмалина, датолита, аксинита и др.
Хотя пневматолиз основных пород, например габбровых, наблюдается редко, он все же установлен в ряде мест. Характерным примером могут служить траппы Сибири, в настоящее время лучше изученные, чем раньше: в них присутствуют Cl, реже F-апатиты; на контактах иногда образуются скаполитово-роговообманковые скарны и т. д.
Остаточный расплав основных магм. Ряд габброидных магм характеризуется тем, что с ними генетически связаны сульфидные и окисные рудные месторождения, которые получаются из этих остаточных магм, накопляющихся к концу кристаллизации и выделяющихся в жидком виде из родоначальной магмы. Сульфидные остаточные магмы образованы главным образом пиритом, халькопиритом, пирротином, которые часто поступают в породы, окружающие габбровые массивы. Таково происхождение сульфидных месторождений Сулительмы в Норвегии. Процесс диференциации таких магм вполне ясен: они представляют собой остаточную магму, наиболее легко подвижную, но в то же время связанную с летучими компонентами, которая выжимается из первичной затвердевшей габброидной или иной магмы при достаточно низкой температуре. В зависимости от условий давления и температуры они приобретают то собственно магматический, то пневматолитовый, то гидротермальный характер.
Рудные жилы. Картина процессов дифференциации магмы не может быть полностью уяснена, если не будут затронуты также вопросы образования рудных жил.
Большинство из них находится в тесной генетической связи с остаточной магмой, концентрирующейся на последних стадиях остывания родоначальной магмы. В тех случаях, когда рудные жилы удалены от выходов магматических пород, их генезис менее ясен, — это так называемые апомагматические рудные жилы.
Обычно рудные жилы теснейшим образом связаны с определенными магматическими телами; они пересекают либо эти магматические тела, либо соседние с ними породы.
Для рудных жил характерно то, что в них присутствуют определенные минералы, по которым возможно довольно точно устанавливать температуру их образования. Эта температура обычно сравнительно низкая. Точно так же можно по геологическим данным судить о том давлении, при котором протекал процесс кристаллизации рудных тел.
В рудных жилах процесс кристаллизации протекает при гидротермальных условиях. Металлические компоненты привносятся в водном растворе, при температурах не выше 374,5°.
He всегда составные части рудных минералов получаются непосредственно из магмы; в некоторых случаях они могут получаться при выщелачивании горячими растворами тех пород, но которым эти воды протекают.
Во время гидротермальных процессов горячие воды могут действовать разрушающим образом на окружающие или вмещающие породы, что видно из тех изменений, которые эти породы претерпевают. Одним из наиболее распространенных процессов является процесс пропилитизации андезитовых и дацитовых пород, с которыми месторождения такого рода особенно часто связаны.