О б р а з о в а н и... г и б р и д н ы х Фомин И.С.
реклама
Образование гибридных магм Фомин И.С. [email protected] Геологический ф-т МГУ Магма и включения в ней • Магма (греч. μάγμα - "густая мазь") - смесь магматического расплава, кристаллов и/или их сростков и флюидной фазы, способная к перемещению. http://wiki.web.ru/ • Шлир (нем. schliere – грязь) - участок магматической породы, отличный по структуре, текстуре, минеральному составу от окружающих пород, обычно имеющий постепенные переходы. [Петрографический словарь …, 1963] • Хадалит (греч. χανδανσ и λίθος - "охватываю (содержу в себе) камень") – включение в лаве без различия происхождения, отличающиеся от неё по любому признаку (структура, текстура, состав). [Пийп, 1956] • Ксенолит (от греческих слов ξένος и λίθος – “чужой камень”) изначально также не имел генетического смысла – согласно первому определению, это включение постороннего материала в изверженной породе, отличающееся от неё по минеральному составу [Петрографический словарь …, 1963] Происхождение включений Включения в магматической породе являются единственным прямым свидетельством существования в ней неоднородностей на стадии существования магматического расплава. Происхождение некоторых включений может быть объяснена неоднородностями, возникающими в самой магме. В частности, к ним относят так называемые пегматоиды. Другой гипотезой для объяснения происхождения включений – сростков минералов является предположение об их более ранней кристаллизации из этого же магматического расплава (гомеогенные включения). Происхождение включений Принципиально с другой стороны происхождение включений объясняется захватом магмой инородного по отношению к ней вещества. Сейчас в качестве возможных сред, с которыми взаимодействует магма (и которые она захватывает), предполагаются: • Флюидная фаза (вода) • Твёрдая фаза (обломки вмещающих пород) • Жидкая фаза (другая магма) Захват летучих магмой особенно важен в случае близповерхностных систем, в том числе вулканов. Присутствие метеорных вод в различных количествах сейчас доказано для многих вулканических систем. Ассимиляция вмещающих пород • Одним из первых этот процесс предположил Левинсон-Лессинг в 1899 году. • Серьёзные дополнения к этой гипотезе сделал N. Bowen (статья 1922 года “The behavior of inclusions in igneous magmas”) • В настоящее время значимость ассимиляции вмещающих пород не вызывает сомнений; наибольшее значение, как считается, этот процесс имеет для формирования крупных кислых интрузивов. – Ассимиляция осадочной серы в Норильском плутоне – Ассимиляция солевых толщ при формировании месторождений АнгароИлимского района. – Влияние на режим извержения вулканов (например, вулкан Merapi) – Формирование батолитов (например, Андийский пояс). Гипотеза смешения магм • Одним из первых этот процесс предположил R. Bunsen в 1851 году (статья “Ueber die Processe der vulkanischen Gesteinsbildungen Islands“) • Дальнейшее развитие для объяснения происхождения средних по кремнекислотности пород эта идея получила в статьях Durocher (1857) и Harker (1909). • Аналоговое моделирование - I.H. Campbell и J.S. Turner (статья 1986 года “The Influence of Viscosity on Fountains in Magma Chambers“) • Численное моделирование - [Plechov et al., 2008] (Evolution of Melt Composition during Intrusion of Basalts into a Silicic Magma Chamber) • Сейчас гипотеза смешения магм является общепринятой. Генетическая номенклатура включений • Гомеогенное включение (греч. όμοιο и γένοζ - “подобного происхождения”) включение, образовавшиеся из той же магмы, что и заключающая их порода. [Петрографический словарь …, 1963] • Автолит (греч. αὐτός и λίθος – "сам" и "камень") • включенные в магматическую породу обломки более ранних продуктов затвердевания той же магмы, • вкрапленники, образовавшиеся на месте застывания магмы (лавы) [Петрографический словарь …, 1963] • Термин «ксенолит» в настоящее время часто используется для обозначения фрагментов вмещающих пород – либо рамы интрузива, либо подводящих каналов. • Для обозначения включений, образовавшихся в ходе смешения двух магм, в русскоязычной литературе нет специального термина. В англоязычной литературе для этого используется слово enclave. • Enclave – A distinctly bounded area enclosed within a larger unit. http://www.thefreedictionary.com/ Ассимиляция [Маракушев, 2001] Возможные механизмы ассимиляции корового материала • Избирательная ассимиляция (selective assimilation) анатектического расплава из вмещающих пород. – экстракция • Валовая ассимиляция (bulk assimilation) – полное растворение вещества в магматическом расплаве. • Фрагментация (disaggregation) – дробление ксенолитов до отдельных зёрен и их агрегатов и их дальнейшее взаимодействие. Преобладающий процесс обуславливается относительными скоростями растворения, плавления и фрагментация. В первую очередь, взаимодействие магматического расплава и ксенолитов контролируется химическим составом первых и последних. Для полной ассимиляции карбонатных ксенолитов необходимы первые минуты [Troll et al., 2011]. Для сравнения, глубина растворения кварцевых ксенолитов за 12-19 дней составляет 300-500 мкм [Fomin, Plechov, 2011] Аналоговый эксперимент по растворению воскового шарика (диаметр 5 см) в горячей воде [McLeod, Sparks, 1998] Влияние геометрии среды на кинетику растворения Кварц в базаните, 1350⁰C, 0.5 GPa [Shaw, 2000] Geology (2007) Volume 35, Issue 4 Смешение магм • Классическая схема подразумевает выделение двух крайних членов – более основного и более кислого. • Подразумевается подпитка порциями магматического расплава относительно долгоживущего очага (обычно имеющего более кислый состав и меньшую температуру). • Смешение магм устанавливается для вулканических и плутонических структур. многих Evidences of magma mixing event under Unzen Volcano (Japan) during 1991-1995 eruption Host dacite Bulk rock specimen and thin section Mafic enclave 2 cm low porosity host rock mafic enclave small crystals high porosity host rock mafic enclave relatively large crystals This plot can be interpreted as a result of quenching process Petrographic evidences of magma mingling processes: exchange of crystals between melts We can see a lot of plagioclase phenocrysts inside mafic enclaves. These plagioclases are similar to host rock phenocrysts. Host rock features: • Clinopyroxene rims around quartz • Opacitization of biotite and hornblende It is an evidence, that magmatic chamber conditions changed significantly. Смешение магм в интрузивах Упорядоченность анклавов в объёме магматической породы. Ченарский плутон (Иран) [Arvin et al., 2004] Классификация взаимоотношений магм: • Отдельные включения (анклавы) • Полосчатые агрегаты в лавах • Гибридные лавы с вкрапленниками из различных магм. [Sparks, Marshall, 2004] Аналоговое моделирование [Campbell, Turner, 1986] Численное моделирование • Минеральные равновесия дают условия существования магм до и после смешения – отсюда можно рассчитать соотношение двух магм – можно рассчитать время уравновешивания и сопутствующей кристаллизации [Plechov et al., 2008] Роль смешения магм в современном вулканизме Sparks et al. (1977) Magma mixing: a mechanism for triggering acid explosive eruptions // Nature, 267. • Существуют ограничения на возможный объём внедряющейся магмы - не более 10 об.% [Bindeman, 1993] Принципиальные задачи, связанные с образованием гибридных магм • Кинетика взаимодействия двух сред – – – – Тепловое уравновешивание Плавление/растворение Кристаллизация Фрагментация… • Перераспределение вещества между средами – Кристаллы – Расплав – Газовая фаза… • Влияние захваченного вещества на состав и свойства магмы. Спасибо за внимание!
