Кстати, что такое магма? Мы узнали, что магма – это море расплавленных пород, найденное в мантии. Этот перегретый расплав горячее или холоднее в зависимости от его местоположения и активности циркулирующих мантийных потоков.
Для измерения температуры лавы на расстоянии геологи используют пирометры. Пирометр – это оптическое устройство, которое позволяет проводить измерения температуры не рискуя. Только что изверженные магмы имеют температуру 1000-1200°С. Когда магма достигает поверхности, она остывает. Охлажденная лава становится более вязкой и менее подвижной, однако она не становится слишком густой. Лавы, которые едва движутся, имеют температуру 800°С.
Температура играет большую роль в вязкости магмы. Представьте себе тесто или патоку – чем они горячее, тем более текучие. Тепло возбуждает атомы и добавляет энергию.
В случае магмы большим фактором является также содержание кремния. Основу кристаллической структуры минералов-силикатов составляют кремнекислородные тетраэдры. Они сцеплены друг с другом общими атомами кислорода. Однако молекулы силикатов в горячей магме образуют непрочные цепи, слои и большие матрицы. Когда эти связанные силикатные молекулы становятся больше, магма становится все более и более вязкой и не хочет течь. Количество тетраэдрных связей, которое может быть организовано в сцепленные молекулярные группы, зависит от количества кремния, содержащегося в магме. При простом добавлении кремния магма становится твердой, когда остывает.
В некоторых участках земной коры температура, зарегистрированная в местах отбора образцов, выше, чем в других участках. Это говорит геологам о том, что мощность коры меняется и в некоторых районах вулканическая активность выше, чем в других. В вулканически активных районах, подобных Гавайям, на глубине 40 км были зарегистрированы температуры выше 1000°С, в то время, как в более стабильных областях температура на той же глубине всего лишь 500°С. После того как магма вытекает из глубин мантии на поверхность земной коры, ее называют лавой.
Магматические камеры – это очаги расплавленных пород, сформированные в литосфере. Эти очаги, вероятно, были сформированы в результате того, что вмещающие породы были сдвинуты вниз в процессе взаимодействия плит и расплавлены. Внешние контуры магматических камер были выявлены путем регистрации сейсмических волн от землетрясений в районах активных вулканов. На основе этих показаний могут быть вычислены глубина, размер и общая форма магматических камер.
Когда геологи изучили структуру быстроохлажденной магмы, они обнаружили, что она приобрела две различные формы: тонкокристаллическая порода или стекловатая порода без видимых кристаллов. Это магма, активно выброшенная из вулканов во время извержений.
Некоторые магмы очень жидкие и выпадают в виде дождя из мельчайших огненно-раскаленных капель, которые быстро остывают и превращаются в пепел. Некоторые магмы смешиваются с подземными водами и порождают перегретый пар и наземные грязевые потоки.
Лава, которая медленно выдавливается по каплям, вся в пузырях и шариках, подобно медленно движущейся патоке, имеет иную структуру. Так как медленно текущие подземные лавовые потоки и озера имеют более длительный путь подъема к поверхности, у них есть время, чтобы образовались кристаллы. Чем дольше лава охлаждается, тем более сложные и большего размера кристаллы могут расти без перерыва.
Толковый словарь русского языка. Д.Н. Ушаков
магма
магмы, ж. (греч. magma) (геол.). Расплавленная масса под твердой земной корой.
Толковый словарь русского языка. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова.
магма
Ы, ж. (спец.). Расплавленная масса в глубинах Земли.
прил. магматический, -ая, -ое и матовый, -ая, -ое. Магматические горные породы. Магмовые столбы (при извержении).
Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.
магма
ж. Расплавленная масса преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах Земли.
Энциклопедический словарь, 1998 г.
магма
МАГМА (от греч. magma - густая мазь) расплавленная масса преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах Земли. При внедрении магмы в земную кору или при ее излиянии на поверхность Земли формируются магматические горные породы. Магма периодически образует отдельные очаги в пределах разных по составу и глубинности оболочек Земли. Главные типы магмы - ультраосновная, основная (базальтовая) и кислая (гранитная); в редких случаях магма имеет щелочно-карбонатный и (или) сульфидный состав.
Магма
(от греч. mágma ≈ густая мазь), расплавленная масса преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах Земли. Обычно М. представляет собой сложный взаимный раствор соединений большого числа химических элементов, среди которых преобладают кислород, Si, AI, 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 прочих). В редких случаях отмечаются магматические расплавы несиликатного состава, например щёлочно-карбонатного (вулканы Восточной Африки) или сульфидного.
В вулканических 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.
Магматические 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 многих тысяч км2. При внедрении М. в земную кору или при излиянии её на поверхность Земли образуются магматические горные породы , которые и дают представление о её составе.
Типы магмы. Изучив распространение различных магматических пород на поверхности Земли и показав преимущественное распространение базальтов и гранитов, советский геолог Ф. Ю. Левинсон-Лессинг предположил, что все известные магматические породы образовались за счёт двух родоначальных М.: основной (базальтовой), богатой Mg, Fe и Ca с содержанием SiO2 от 40 до 55 весовых % и кислой (гранитной), богатой щелочными металлами, содержащей от 65 до 78% SiO2. Английский 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 обогащенной Mg и Fe. Позднее, когда в конце 20-х годов 20 века было установлено, что вулканы изливают главным образом основную М. (лаву), а кислые породы встречаются только в виде интрузивных образований, американский 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 годов Н. Боуэн доказал возможность существования гранитной М. В условиях высоких давлений, присутствия воды (2≈4%), при температуре около 600 ╟С.
Первоначально считалось, что М. образует сплошные оболочки в недрах Земли. С помощью геофизических исследований было доказано, что постоянных оболочек жидкой М. нет, что М. периодически образует отдельные очаги в пределах разных по составу и глубинности оболочек Земли.
В начале 70-х годов на основании результатов большого количества 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 других, более редких, местных М., но природа их пока не ясна. Предполагают, что возникновению М. благоприятствует местный подъём температуры (разогрев недр); допускается привнос 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 геофизических исследований о состоянии земной коры и верхней мантии (в частности, о температурах глубин Земли).
Магматические породы близкого возраста и химического состава, образованные из одного исходного магматического расплава (комагматические породы), часто распространяются в зонах протяжением в тысячи км. Причём магматические породы каждой такой зоны (или провинции) отличаются повышенным или пониженным содержанием какого-либо окисла (например, Na или К) и характерной металлогенией. На основании этого предполагалось существование магматических бассейнов огромных размеров на протяжении целых геологических эпох в течение десятков миллионов лет. По другим представлениям, причина такой однородности заключается в близости составов исходных пород, а также температур и давлений, при которых происходит выплавка М.
М. разного состава имеют различные физические свойства, которые зависят также от температуры и содержания летучих компонентов. М. базальтового состава отличается пониженной вязкостью, и 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. Температура М. колеблется в широких пределах. Определение температуры лав в современных 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 которых она образовалась, М. может эволюционировать, меняя свой состав. Происходит дифференциация М., при которой за счёт одной М. возникает несколько частных М. Дифференциация М. может происходить до её кристаллизации (магматическая дифференциация) или в процессе кристаллизации (кристаллизационная дифференциация). Магматическая дифференциация может быть результатом ликвации М., то есть распадения её на две несмешивающиеся жидкости, или результатом существования в пределах магматического бассейна разности температур или какого-либо другого физического 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 (например, кристаллы плагиоклаза в диабазах Кольского полуострова) и опусканию другой (например, оливина и авгита в базальтах Н. Шотландии). В результате в вертикальном разрезе магматические 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 магматическая 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 гипсометрических уровнях, и смену составов лав, изливающихся из вулкана.
Для определения хода эволюции М. важное значение имеет последовательность выделения минералов при кристаллизации М. Немецким петрографом К. Г. Розенбушем и американским петрографом Н. Боуэном была разработана схема, согласно которой 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 многих полезных компонентов, которые в процессе её кристаллизации концентрируются в отдельных участках, создавая эндогенные месторождения. Некоторые рудные минералы (минералы Сг, 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 другие месторождения цветных, редких и драгоценных металлов, а также некоторые 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 месторождения.
Лит.: Заварицкий А. Н., Изверженные горные породы, М., 1955; Левинсон-Лессинг Ф. Ю., Петрография, 5 изд., М. ≈ Л., 1940; Ритман А., Вулканы и их деятельность, пер. с нем., М., 1964; Йодер Г.-С., Тилли К.-Э., Происхождение базальтовых магм, перевод с английского, М., 1965; Менерт К., Магматиты и происхождение гранитов, [перевод с английского, ч. 1], М., 1971; Бейли Б., Введение в петрологию, перевод с английского, М., 1972.
Ф. К. Шипулин.
Википедия
Магма
Магма представляет собой природный, чаще всего силикатный, раскаленный, жидкий расплав, возникающий в земной коре или в верхней мантии, на больших глубинах, и при остывании формирующий магматические горные породы . Излившаяся магма - это лава .
Магма (алгебра)
Магма (группоид ) в общей алгебре - алгебра , состоящая из множества с одной бинарной операцией. Помимо требования замкнутости множества относительно заданной на нём операции, других требований к операции и множеству не предъявляется.
Термин «магма » был предложен Бурбаки. Термин «группоид » старше, он предложен Ойстином Оре, однако этот термин также относится к другой общеалгебраической структуре - теоретико-категорному группоиду, и в более современной литературе чаще используется в этом смысле.
Магма (значения)
Ма́гма - многозначный термин, применяющийся в следующих значениях:
- Магма - природный огненно-жидкий расплав
- Магма - в общей алгебре: базовый тип алгебраической структуры, состоящий из множества М с одной бинарной операцией M × M → M; единственным требованием является замкнутость относительно заданной на нём операции
- ГОСТ 28147-89 «Магма» - советский и российский стандарт симметричного шифрования
Примеры употребления слова магма в литературе.
Среди серых нагромождений застывшей неведомо когда магмы белели аккуратные купола вулканологической станции Чипо-Чипо.
Он видел посылаемые Колесом команды-образы, приказы Гостям с неба построить на Венере жуткое сооружение для выкачки магмы , а на Ганимеде вгрызаться глубже.
Здесь магма подошла так близко к поверхности, что ее газы бурно вырываясь на волю, выбрасывали в воздух мириады раскаленных кусочков шлака, скапливавшихся вокруг этих очагов недолгого извержения.
Известно несколько случаев, когда наружу выходили только газы, а сама лава, то есть магма , лишенная газов, так и оставалась на глубине.
Все эти мои действия, памятные с младенчества, для Гиты были внове, хотя она многое повидала: успела и на плоту переплыть Тихий океан, и слазить в гипоцентр землетрясения, на сто километров под земную кору, и поработать в ядре Солнца на сборке новой секции двигателя Времени, что было куда опаснее штормов и подвижек магмы .
В результате вздутия в склонах образовались широкие трещины, через которые магма вышла на поверхность, резко дегазировалась и, излив лаву, породила небольшой побочный конус - Китуро.
Поскольку первичная инвазия имела место в зоне посадки, откуда началось строительство тоннелей, сейсмические толчки, подвижка литосферных плит и изливание магмы время от времени неминуемо разрушали целостность подземных деформационных путей.
Последовало медленное вытеснение, вязкая магма поднималась и остывала, поднималась и остывала, пока плато с желобчатыми склонами и с относительно плоской вершиной не воздвиглось на сорок миль над поверхностью.
Хотя было ясно, что в ближайшие дни извержения ждать не следует - необходимо какое-то время, чтобы под землей могло скопиться достаточно пара, нагретого глубинной магмой до определенной температуры, - мы двигались настороже, навострив глаза и уши, улавливая чуть ли не кожей мельчайшие подозрительные признаки.
Он рассказал, что эруптивные жерла открылись вдоль трещины, пролегшей с севера на юг на высоте от 2500 до 2250 м, причем эта трещина прошла недалеко от инклинометра - прибора, который он сам, Виллари, установил здесь несколько лет назад для измерения вариаций уклона, то есть увеличения и уменьшения крутизны склона вулкана под действием перемещений подземной магмы .
Поверхности Марса, Луны и Меркурия сплошь покрыты кольцеобразными грядами гор и морями застывшей магмы .
Его взрослая жизнь внизу, под тонкой корой планеты, где конвективные потоки магмы дают достаточно энергии для металлоорганической формы жизни!
К моменту выхода на поверхность пузыри достигают нескольких метров и даже нескольких десятков метров в диаметре, хотя наряду с этим в магме содержатся также мириады микроскопических пузырьков Газ давит изнутри на стенки пузыря и разрывает их в клочья, которые вылетают из жерла вверх: это и есть вулканические бомбы, лапилли и пепел.
Кроме того, перекашивание разделяемых разломами блоков по мере нарастания глубины вызывает увеличение расстояния между стенками, в результате чего возникает пустота, по которой идет магма .
Я не буду описывать тонкие различия, существующие в петрологии между разными базальтами, которых великое множество, и то значение, которое они имеют для магмы : все это описано в специальной литературе.
Температура магм
Измеренные температуры лавовых потоков, в большинстве случаев, составляют от 900 до 1100єС. Это, в основном, относится к лавам с базальтовым и андезитовым составом. Наиболее высокие значения получены для базальтовых лав. Температура сильно закристаллизованной «роговообманковоандезитовой» лавы, изверженной из вулкана Сантиагуита в Гватемале, равна 725єС. Наиболее высокие температуры (1150 и 1350єС) были определены для насыщенных газом лав из газирующих куполов Гавайских островов. Внутри Земли магма, несомненно, сохраняется, по крайней мере, частично, в жидком состоянии при температурах гораздо более низких, чем температуры лав, текущих на поверхности. Зеленая роговая обманка и биотит - обычные минералы в богатых кремнеземом изверженных породах. Их структурные отношения с ассоциирующими минералами и стеклом показывают, что они кристаллизовались тогда, когда магма была еще жидкой. На воздухе зеленые роговые обманки при 750єС превращаются в бурые окисленные роговые обманки; кроме того, некоторые магматические биотиты разлагаются при 850єС. Мусковит, как минерал, присущий многим гранитам, не может кристаллизоваться при температурах, намного превышающих 700єС, даже при давлении воды в несколько тысяч бар. Экспериментальные исследования кристаллизации водосодержащих полевошпатовых расплавов показали, что расплавы, приближающиеся по составу к граниту, могут существовать при давлениях воды, сравнимых с глубинными, и при температурах ниже 700єС.
На основании экспериментальных данных и учитывая законы термодинамики, можно сделать вывод, что внутри земной коры температура базальтовой магмы обычно ниже 1000єС (вероятно, 800-900єС), а температура наиболее богатых кремнекислотой магм - 600-700єС. Наиболее вероятный интервал внутрикоровых магматических температур лежит в интервале 700-1100єС. Низкие температуры в этой области относятся к насыщенным водой гранитным магмам, более высокие - к пироксенандезитовым и базальтовым магмам.
Процесс охлаждения магмы
Магма, охлаждаясь в определенном интервале температур, подвергается действию физических и химических реакций, которые согласно принципу Лешателье должны быть экзотермическими (например, конденсация газа, кристаллизация из жидкости, химические реакции с выделением тепла).
Если магму рассматривать как закрытую систему, то есть если обмен материей между магмой и ее окружением отсутствует, то можно ожидать, что магмы различного состава могут несколько отличаться последовательностью кристаллизации, даже если физические условия тождественны. Одна и та же магма в различных физических условиях должна вести себя по-разному. Последовательность явлений, происходящих в магме, охлаждающейся под постоянным внешним давлением, иная, чем в магме, охлаждающейся при постоянном объеме.
Совершенно очевидно, что в большинстве случаев магма является открытой системой со многими переменными. Поэтому, не зная достаточно хорошо физических условий, господствующих в магме, нельзя предсказать ее поведение. Единственными достоверными данными о свойствах и поведении магмы являются сведения, которые дают химические, минералогические и структурные исследования пород при условии, что они будут точно интерпретированы.
Как бы ни было трудно судить о поведении магмы, все же можно установить различие между магмой, охлаждающейся на больших глубинах и магмой лавовых потоков, охлаждающейся на дневной поверхности. Эта разница обусловлена изменениями в равновесии, зависящими от разницы давлений в этих условиях и различиями в механизме охлаждения. На поверхности охлаждение идет сравнительно быстро, в результате чего кристаллизация может и не осуществиться, так как магма, затвердевая, перейдет в стеклообразное метастабильное состояние. Там же, где произойдет кристаллизация, некоторые реакции могут протекать не полностью. Оливин, например, только частично может превратиться в пироксен - минеральную фазу, устойчивую при более низкой температуре в присутствии избытка кремнезема.
Скорость охлаждения зависит не только от глубины, но также от размера и формы интрузивного тела. Малые тела со сравнительно большой поверхностью при данном объеме охлаждаются гораздо быстрее, чем крупные тела почти сферической формы. Фактически скорость охлаждения, по-видимому, почти всегда одна и та же независимо от того, охлаждается тело на глубине 100 или 1000 м. Типичные признаки быстро охлажденных масс можно найти в тонких пластинчатых телах, внедренных на значительной глубине, но они могут отсутствовать в мощных телах, внедрившихся в поверхностные толщи.
Большая разница между магмой, охлаждающейся на больших глубинах, находится в соответствии со свойствами летучих компонентов, главным образом воды. Растворимость воды в силикатных расплавах, по-видимому, в некоторых пределах возрастает с повышением давления, так как молекулярный объем водяного пара значительно больше при низком давлении, чем парциальный молекулярный объем воды в расплаве. Магмы, достигающие поверхности, могут вследствие этого потерять большую часть своих летучих компонентов.
Летучие компоненты играют весьма важную роль в двух смыслах. Во-первых, они имеют сравнительно низкие молекулярные веса, а их молекулярные доли в расплаве велики по сравнению с их концентрацией в весовых процентах. Например, молярная доля воды в шести процентном растворе воды в альбите составляет почти половину. Вследствие этого малые количества воды заметно изменяют химические потенциалы других компонентов в расплаве, вызывая значительное понижение точек плавления разных составляющих магму силикатов. Во-вторых, такие компоненты, как H 2 O, F, Cl значительно понижают вязкость силикатных расплавов. Этот факт объясняется разрывом кислородных мостиков Si-O-Si, когда O замещается (OH) или F.
Быстрое снятие давления эквивалентно в отношении кристаллизации быстрому охлаждению.
Вязкость расплава хорошо иллюстрирует зависимость физических свойств магмы от состава и параметров окружающей среды. Вязкость силикатных расплавов очень быстро уменьшается с повышением температуры. Она, вероятно, возрастает с понижением давления при постоянной температуре. Вязкость также сильно зависит от содержания кремнезема в расплаве. Она значительно выше для богатых, чем для бедных кремнеземом магм. Кроме того, на вязкость, как уже отмечалось, влияет присутствие летучих компонентов, хотя экспериментально эта величина не определена. Следовательно, предсказать вязкость природной магмы невозможно. Резкие местные изменения вязкости иногда наблюдаются в кажущихся однородными лавах, излившихся одновременно из одних и тех же вулканов.
Компоненты и превращается в лаву , которая застывая формирует эффузивные горные породы . При застывании магмы на глубине образуются интрузивные горные породы , которые образуют разнообразные по форме и размерам интрузивные тела - от мелких даек , представляющих собой выполненные магмой трещины, до огромных массивов, площадью во многие тысячи км 2 .
Классификации магм.
Магмы по химическому составу делятся на силикатные, карбонатные, фосфатные, сульфидные и т.д. Наиболее распространены в земных условиях силикатные магмы. Силикатные магмы состоят из соединений кислорода, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na,К, Ti, P и других элементов. При высоких давлениях в магмах может быть растворено значительное количество летучих компонентов, таких как вода, углекислый газ, фтор, хлор, соединения серы, углеводороды и др. Силикатные магмы по аналогии с магматическими горными породами подразделяются по содержанию SiO2 (масс.%) на ультраосновные (< 45%), основные (45-52%), средние (52-65%), кислые (>65%). По суммарному содержанию щелочей (Na2O и K2O) магмы подразделяются на магмы нормального ряда, субщелочные и щелочные. Среди этих групп преобладают магмы нормального ряда основного (базальтовые магмы) и кислого (риолитовые или гранитные магмы) состава.
Физические свойства магм.
Магма имеют различные физические свойства, которые зависят от их состава, температуры и содержания летучих компонентов. Температуры большинства магм в земной коре лежат в пределах 600-1300°С. Самые низкие температуры зафиксированы для натрокарбонатитовой магмы (~450°С), самые высокие – для коматиитовых и меймечитовых магм (1600-1650°С). Вязкость магматических расплавов варьирует от 1 до 108 Па*с. Наименьшей вязкостью обладают высокотемпературные магмы ультраосновного и основного составов, наибольшая вязкость характерна для риолитовых магм. Магма стремится подняться к поверхности вследствие своей подвижности и меньшей по сравнению с вмещающими породами плотностью. При подъеме она может накапливаться на различной глубине, формируя магматические очаги.
Законы кристаллизации магм.
При подъеме к поверхности или в магматическом очаге магма постепенно остывает и начинает кристаллизоваться. Сначала кристаллизуются высокотемпературные минералы, затем постепенно они сменяются более низкотемпературными. Немецкий петрограф К. Г. Розенбуш на основе природных наблюдений и американский петролог Н. Боуэн на основе экспериментов предложили общую последовательность кристаллизации, известную как ряд Боуэна: вначале кристаллизуются магнезиально-железистые безводные силикаты (оливин, ортопироксен, клинопироксен) и основные плагиоклазы, далее следуют роговая обманка и средние плагиоклазы, а в конце процесса образуются биотит, щелочные полевые шпаты и кварц. Такая последовательность характерна для пород нормального ряда, кристаллизующихся при небольших давлениях и умеренных содержаниях летучих. В субщелочных и щелочных породах и при больших давлениях порядок кристаллизации может существенно отличаться от последовательности ряда Боуэна.
Магма может эволюционировать, меняя свой состав. Это приводит к образованию разных по минеральному составу г. п. Дифференциация магмы может происходить до её кристаллизации (докристаллизационная дифференциация) или в процессе кристаллизации (кристаллизационная дифференциация), в промежуточном магматич. очаге (глубинная дифференциация) или на месте её застывания (внутрикамерная дифференциация). Среди факторов, обусловливающих дифференциацию магм, выделяют гравитацию, термодиффузию, ассимиляцию, ликвацию и др. Установление в расплавах гравитац. равновесия может привести к дифференциации их вещества по высоте. Общая тенденция такой дифференциации - обогащение SiO2, Al2O3, CaO и щелочами верх. частей поднимающейся магматич. колонны и накопление MgO и FeO в нижних её частях (гравитац. дифференциация).
Кристаллизационная дифференциация, экспериментально и теоретически обоснована Боуэном для базальтовой магмы B процессе дифференциации под влиянием разл. факторов (напр., гравитац. осаждение или всплывание выделившихся из расплава кристаллов, перемещение их конвекционными потоками) должно происходить и пространственное обособление возникающих минеральных фаз (фракционирование). B результате в вертикальном разрезе магматич. камеры образуются горные породы различного состава.
Магмы могут менять свой состав за счет взаимодействия с вмещающими породами. При фильтрации по тонким трещинам и каналам магма насыщается минералами вмещающих пород. Кроме этого, магма может разрушать стенки магматических очагов и каналов, захватывая ксенолиты вмещающих пород, которые растворяются в магме полностью или частично (ассимиляция, контаминация). Этими процессами часто объясняют детали строения отдельных массивов магматических пород.
В долгоживущих вулканических центрах приповерхностные магматические очаги периодически подпитываются порциями магм, которые обеспечивают активность вулкана в течение многих тысяч лет. При этом формируется магматическая питающая система, состоящая из области магмогенерации, области миграции магм и приповерхностных магматических очагов. Области магмогенерации существуют за счет факторов (например высокого теплового потока и/или потока летучих компонентов) создающих условия для постоянного или периодического плавления горных пород. Порции магм могут отличаться по составу как от магмы в приповерхностном очаге, так и друг от друга. Попадая в магматические очаги, магмы смешиваются друг с другом и формируют гибридные породы (см. Смешение магм).
Механизмы образования магм.
До середины XX века предполагали, что под земной корой существует океан магмы. Сейсмологические исследования внутреннего строения Земли доказали, что несмотря на постоянное повышение температуры с глубиной, подстилающая земную кору мантия является твердой. Ранние исследователи исходя из существования единого океана магмы предполагали наличие единой родоначальной магмы, из которой образуются все другие. В качестве родоначальной рассматривалась либо базальтовая, либо ультраосновная пикритовая магма. Российский петрограф Ф. Ю. Левинсон-Лессинг предположил существование двух родоначальных магм: базальтовой и гранитной. Английский геолог А. Холмс предполагал существование трех родоначальных магм: базальтовой, гранитной и ультраосновной (перидотитовой). В настоящее время считается, что различные по составу магмы образуются за счет плавления пород мантии и земной коры в результате трех основных механизмов: привноса тепла и нагрева пород, уменьшения давления или привноса летучих компонентов, преимущественно воды. Их состав зависит от состава субстрата плавления и условий, в которых это плавление происходит. Причиной нагрева может быть поступление тепла из более глубоких слоев Земли, накопление радиогенного тепла и др. Генерация магмы за счет прогрева верхней мантии поднимающимися из нижней мантии плюмами характерна для магматизма океанических островов (горячие точки) и крупных магматических провинций. Плавление за счет уменьшения давления может происходить при подъеме отдельных крупных блоков мантии, которые при этом подъеме сохраняют тепло и высокие температуры. Такой механизм плавления реализуется под срединно-океаническими хребтами, с которыми связан интенсивный базальтовый вулканизм. Присутствие летучих компонентов, например водяного пара, существенно снижает температуру плавления горных пород. Образование магм за счет привноса летучих компонентов в мантию характерно для магматизма островных дуг. Этот магматизм вызван погружением океанической плиты в мантию (см. Субдукция). При погружении происходит прогрев океанической плиты, прогрессивный метаморфизм богатых водой пород плиты (спиллитов, серпентинитов и др.) и выделение огромного количества летучих, которые поступают в вышележащую мантию и вызывают ее частичное плавление.
Mагмы возникают при частичном плавлении ранее существовавших горных пород, при котором легкоплавкие жидкие фракции отделяются от нерасплавившегося твёрдого остатка (т.н. реститов). Степени плавления могут варьировать от первых процентов до 40-50% от объема первоначальной породы. Из земных магм наиболее высокие степени частичного плавления мантии зафиксированы для коматиитов, которые формировались преимущественно в архейскую эру (4.5-2.6 млрд. лет назад). Большая часть гранитных магм формируется за счет плавления пород земной коры, а базальтовые магмы преимущественно пород верхней мантии.
Условия образования магм, состав плавившихся пород, условия внедрения магм в земную кору, условия кристаллизации и фракционирования определяют набор компонентов, которые концентрируются при этих процессах и формируют месторождения полезных ископаемых. Рудные минералы (минералы Сr, Ti, Ni, Pt) обосабливаются в процессе кристаллизации базальтовых магм и образуют магматические месторождения в расслоённых комплексах (Норильск в России, Бушвельд в ЮАР, Садбери в Канаде). На последних стадиях формирования интрузивов (послемагматическая стадия) за счёт летучих компонентов, отделившихся от магм и теплового потока, поступающего от интрузивов во вмещающие породы формируются гидротермальные, грейзеновые, скарновые месторождения цветных, редких и драгоценных металлов, а также некоторые месторождения железа.
Вулканы – неукротимая стихия, способная уничтожить целые поселения, превратить в пепел леса и сельскохозяйственные угодья, а в некоторых случаях оказать глобальное влияние на климат планеты и привести к вулканической зиме.
При всей своей мощи и силе эти гиганты не могли бы оказывать своего разрушительного воздействия, если бы в их подземных резервуарах не скрывалась раскаленная магма. Именно она способствует извержениям и изливается из кратеров во время . Что же такое магма? Откуда она берется и из чего состоит?
Что такое магма?
Понятие «магма» попало в русскую речь из древнегреческого языка. Словом μάγμα греки называли густую грязь или месиво, появляющееся на дороге после дождей. Сегодня под этим термином понимают расплавленную силикатную породу, которая в большом количестве скрывается в земной коре или в верхней части мантии.
Располагаясь на больших глубинах, при поднятии на поверхность она застывает и превращается в магматические горные породы, такие как базальты, андезиты, дациты.
Из чего состоит магма?
В составе магмы содержится практически вся таблица Менделеева. Расплав включает в себя железо, магний, титан, натрий, алюминий, всевозможные летучие компоненты, а также воду в парообразном состоянии.
В большинстве случаев магма имеет силикатный состав, но в некоторых вулканах встречаются сульфидные или щелочно-карбонатные расплавы, отличающиеся необычным цветом и высокой скоростью движения. Например, магма африканского вулкана Ол-Доиньо-Ленгаи вообще не содержит силикатов, благодаря чему считается самой холодной на Земле и имеет не черный, а красный цвет.
Какие виды магмы бывают?
В зависимости от преобладания тех или иных элементов в составе магма подразделяется на базальтовую и гранитную. Первая, наиболее распространенная, содержит порядка 50 % кремнезема и при застывании формирует земную или океаническую кору. В составе гранитной магмы кремнезем занимает от 60 до 65 %, в силу чего такие расплавы имеют более высокую вязкость и меньшую подвижность.
По характеру движения и застывания магма делится на интрузивную, застывающую в недрах Земли, и эффузивную, которая остывает и кристаллизуется на поверхности или на небольших глубинах (не более 5 км).
Как магма вызывает извержения вулканов?
Извержения вулканов напрямую связаны с магмой, находящейся в подземных резервуарах под их основанием. В связи с тектоническими процессами в недрах Земли (движением плит, землетрясениями) она попадает в эти резервуары и полностью их наполняет.
Когда подземные камеры уже не в силах вместить новые порции расплавов, магма вырывается на поверхность через вулканические каналы. Поскольку такие процессы цикличны, ученые научились предсказывать извержения некоторых вулканов.
Иногда извержения связаны с процессами, происходящими внутри магматического очага. Если температура в нем начинает снижаться, то магма кристаллизуется и опускается на дно. При погружении она вытесняет в верхнюю часть более легкие элементы, которые оказывают давление на «крышку» подземной камеры и со временем срывают ее. В итоге начинается извержение.
В некоторых случаях магма не погружается, а смешивается с другими породами, но результат оказывается таким же – высокое давление в резервуаре приводит к прорыву его верхней части и излиянию магмы через вулканическое жерло.
Чем магма отличается от лавы?
Лава – один из важнейших эруптивных продуктов, выделяемых при извержении вулкана. По своей сути она и есть магма, выброшенная на поверхности земли. Как и магматические расплавы, содержащиеся под землей, она имеет силикатный состав, а при застывании образует горные породы.
Различия между магмой и лавой заключаются только в том, что в лаве нет газов, поскольку при выходе на поверхность они улетучиваются в атмосферу.
