МАГМА

МАГМА (от греч. magma - густая мазь), расплавленная масса преим. силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах Земли. Обычно М. представляет собой сложный взаимный раствор соединений большого числа химич. элементов, среди которых преобладают кислород, Si,Al, Fe, Mg, Ca, Na и К. Иногда в М. растворено до нескольких процентов летучих компонентов, в основном воды, меньше - окислов углерода, сероводорода, водорода, фтора, хлора и пр. Летучие компоненты при кристаллизации М. на глубине частично входят в состав различных минералов (амфиболов, слюд и пр.). В редких случаях отмечаются магматич. расплавы несиликатного состава, напр, щёлочно-карбонатного (вулканы Восточной Африки) или сульфидного.

В вулканич. областях М., достигая земной поверхности, изливается в виде лавы, образует в жерлах вулканов экструзивные тела или выбрасывается с газами в виде раздробленного материала. Последний в смеси с обломками боковых пород и осадочным материалом отлагается в виде разнообразных туфов.

Магматич. массы, застывающие на глубине, образуют разнообразные по форме и размерам интрузивные тела - от мелких, представляющих собой выполненные магмой трещины, до огромных массивов, с площадями в горизонтальном сечении до мн. тыс. км². При внедрении М. в земную кору или при излиянии её на поверхность Земли образуются магматические горные породы, к-рые и дают представление о её составе.

Типы магмы. Изучив распространение различных магматич. пород на поверхности Земли и показав преим. распространение базальтов и гранитов, сов. геолог Ф. Ю. Левинсон-Лессинг предположил, что все известные магматич. породы образовались за счёт двух родоначальных М.: основной (базальтовой), богатой Mg, Fe и Са с содержанием SiO₂ от 40 до 55 весовых % и кислой (гранитной), богатой щелочными металлами, содержащей от 65 до 78% SiO₂. Англ, геолог А. Холмс выдвинул гипотезу о наличии наряду с основной и кислой М. также ультраосновной (перидотитовой) М., исторгаемой непосредственно из подкоровых очагов, содержащей менее 40% SiO₂ и обогащённой Mg и Fe. Позднее, когда в конце 20-х гг. 20 в. было установлено, что вулканы изливают гл. обр. основную М. (лаву), а кислые породы встречаются только в виде интрузивных образований, амер. петролог Н. Боуэн высказал гипотезу о существовании лишь одной родоначальной М. -базальтовой, а образование гранитов объяснял как результат кристаллизационной дифференциации базальтовой М. в процессе её застывания. В конце 50-х гг. Н. Боуэн доказал возможность существования гранитной М. в условиях высоких давлений, присутствия воды (2-4% ), при темп-ре ок. 600 °С.

Первоначально считалось, что М. образует сплошные оболочки в недрах Земли. С помощью геофизич. исследований было доказано, что постоянных оболочек жидкой М. нет, что М. периодически образует отд. очаги в пределах разных по составу и глубинности оболочек Земли.

В начале 70-х гг. на основания результатов большого кол-ва экспериментальных работ было сделано предположение, что гранитная М. образуется в земной коре и верхней мантии, а основная М., вероятно, в области астеносферы вследствие выделения относительно легкоплавкого материала. Кроме гранитной и базальтовой М., допускается существование и др., более редких, местных М., но природа их пока не ясна. Предполагают, что возникновению М. благоприятствует местный подъём температуры (разогрев недр); допускается привнес плавней (воды, щелочей и т. д.) и падение давления.

В СССР, США, Японии, Австралии ведутся интенсивные экспериментальные исследования по изучению условий образования расплавов, близких к М. Большое значение для выяснения природы М. имеют данные геофизич. исследований о состоянии земной коры и верхней мантии (в частности, о темп-pax глубин Земли).

Магматич. породы близкого возраста и химич. состава, образованные из одного исходного магматич. расплава (комагма-тические породы), часто распространяются в зонах протяжением в тыс. км. Причём магматич. породы каждой такой зоны (или провинции) отличаются повышенным или пониженным содержанием к.-л. окисла (напр., Na или К) и характерной металлогенией. На основании этого предполагалось существование магматич. бассейнов огромных размеров на протяжении целых геологич. эпох в течение десятков миллионов лет. По др. представлениям, причина такой однородности заключается в близости составов исходных пород, а также темп-р и давлений, при к-рых происходит выплавка М.

М. разного состава имеют различные физич. свойства, к-рые зависят также от темп-ры и содержания летучих компонентов. М. базальтового состава отличается пониженной вязкостью, н образуемые ею лавовые потоки очень подвижны. Скорость перемещения таких потоков достигает иногда 30 км/ч. М. кислого состава обычно более вязкая, особенно после потери летучих. В жерлах вулканов она образует экструзивные купола, реже - потоки. Для кислой М., богатой летучими, характерны взрывные извержения с образованием мощных толщ игнимбритов (см. Игнимбрит). В интрузивных условиях, при сохранении летучих, кислая М. более подвижна и может образовывать тонкие дайки. Темп-ра М. колеблется в широких пределах. Определение темп-ры лав в совр. вулканах показало, что она изменяется от 900- до 1200 °С. По экспериментальным данным, гранитная (эвтектическая) М. сохраняется жидкой примерно до 600 °С.

Эволюция магмы. Попадая в иные условия, чем те, в к-рых она образовалась, М. может эволюционировать, меняя свой состав. Происходит дифференциация М., при к-рой за счёт одной М. возникает несколько частных М. Дифференциация М. может происходить до её кристаллизации (магматич. дифференциация) или в процессе кристаллизации (кристаллизационная дифференциация). Магматич. дифференциация может быть результатом ликвации М., т. е. распадения её на две несмешивающиеся жидкости, или результатом существования в пределах магматич. бассейна разности темп-р или к.-л. др. физич. параметра.

Кристаллизационная дифференциация связана с тем, что выделяющиеся в начальные стадии затвердевания М. минералы по удельному весу отличны от расплава. Это ведёт к всплыванию одной их части (напр., кристаллы плагиоклаза в диабазах Кольского п-ова) и опусканию другой (напр., оливина и авгита в базальтах Н. Шотландии). В результате в вертикальном разрезе магматич. тела образуются породы различного состава. Возможно изменение состава М. при отжимании остаточной жидкости от выделившихся кристаллов и в результате взаимодействия М. с вмещающими породами.

Первоначально предполагалось, что магматич. дифференциация и взаимодействие с вмещающими породами (ассимиляция, контаминация) ведут к разнообразию М. Теперь этими процессами чаще объясняют детали строения отдельных массивов магматических пород, полосчатое строение интрузивных тел, различия в составе лав, одновременно изливающихся из вулкана на разных гипсометрич. уровнях, и смену составов лав, изливающихся из вулкана.

Для определения хода эволюции М. важное значение имеет последовательность выделения минералов при кристаллизации М. Нем. петрографом К. Г. Розенбушем и амер. петрографом Н. Боуэном была разработана схема, согласно к-рой при кристаллизации М. в первую очередь всегда выделяются редкие (акцессорные) минералы, затем магнезиально-железистые силикаты и основные плагиоклазы, далее следуют роговая обманка и средние плагиоклазы, а в конце процесса образуются биотит, щелочные полевые шпаты и кварц. В основных М. тот же закон определяет обычное выпадение в первую очередь оливина, позже пироксенов и лишь в конце - амфиболов и слюды. Однако универсальной последовательности кристаллизации М. не существует. Это согласуется с представлениями о М. как сложном растворе, где выпадение твёрдых фаз определяется законом действующих масс и растворимостью компонентов. Поэтому в М., богатой алюмосиликатными и щелочными компонентами, полевые шпаты выделяются раньше темноцветных минералов (в гранитах). В сильно пересыщенных кремнезёмом породах нередко первым выделяется кварц (кварцевые порфиры). Даже в М. одного состава порядок кристаллизации меняется в зависимости от содержания в них летучих компонентов .

Полезные ископаемые, связанные с магмой. М. является носителем мн. полезных компонентов, к-рые в процессе её кристаллизации концентрируются в отдельных участках, создавая эндогенные месторождения. Нек-рые рудные минералы (минералы Cr, Ti, Ni, Pt), а также апатит обосабливаются в процессе кристаллизации М. и образуют магматические месторождения в расслоённых комплексах. Полагают, что на последних стадиях формирования интрузивов (послемагматическая стадия) за счёт летучих компонентов, содержащихся в М., формируются гидротермальные, грейзеновые, скарновые и др. месторождения цветных, редких и драгоценных металлов, а также нек-рые месторождения железа.

Устанавливается связь главных концентраций руд редких щелочных металлов, бора, бериллия, редких земель, вольфрама и других редких элементов с производными гранитной М., руд халькофильных элементов - с базальтовой магмой, а хрома, алмазов и пр. - с ультраосновной М. См. Магматические ме-сторож дения.

Лит.: Заварицкий А. Н., Извер-женные горные породы, М., 1955; Левин-сон-Лессинг ф. Ю., Петрография, 5 изд., М.- Л., 1940; Ритман А., Вулканы и их деятельность, пер. с нем., М., 1964; И о д е р Г. - С., Тилли К. - Э., Происхождение базальтовых магм, пер. с англ., М., 1965; М е н е р т К., Мигматиты и происхождение гранитов, [пер. с англ., ч. 1], М., 1971; Бей ли Б., Введение в петрологию, пер. с англ., М., 1972. Ф. К. Шипулин.