 | ГЛУБИННЫЕ ФЛЮИДНЫЕ ПОТОКИ И РОЖДЕНИЕ ГРАНИТА |
чарнокит -гиперстеновый гранит |
чарнокит |
C http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/343.html ГЛУБИННЫЕ ФЛЮИДНЫЕ ПОТОКИ И РОЖДЕНИЕ ГРАНИТА (ПЕРЧУК Л.Л. , 1997)
Процесс гранитизации в значительной степени контролируется притоком водного флюида глубинного происхождения.
Взаимодействуя с породами земной коры, он выносит из них компоненты, не соответствующие составу гранитной эвтектики. Если TP-параметры при этом допускают плавление, то в результате возникают гранитные магмы. При взаимодействии флюида с вмещающими породами возрастают активности щелочных металлов и они переходят в подвижное состояние, определяя состав гранита.
Различают три типа земной коры: океаническую, континентальную и переходную. Oкеаническaя корa почти на 90% состоит из базальтов, нo на некоторых океанических островах (Исландия, Галапагос) существуют вулканы, извергающие в небольших количествах магмы гранитного состава, это продукты глубокой дифференциации базальтовых магм. Основная масса гранитов сосредоточена в континентальной коре, где они образуют гигантские массивы. Kонтинентальная кора состоит из щитов (жестких плит) и обрамляющих их складчатых поясов различного возраста.Крупные тела гранитов чаще встречаются в фанерозойских складчатых областях (Тянь-Шань, Кавказ, Кордильеры, Урал), где они образуют иногда гигантские массивы, на щитах -относительно мелкие тела с возрастом 2,6 GY, которые зародились на глубинах 20-15 км в метаморфических комплексах. Наиболее древние граниты с возрастом более 3 GY приурочены к гранитогнейсовым куполам в архейских зеленокаменных поясах и в разрезе напоминают соляные диапиры.
Кристаллизация гранита из силикатного расплава - механизм общепринятый. Это доказывается мощным термальным воздействием гранитной магмы на вмещающие породы: вокруг них возникают контактовые ореолы роговиков - плотных тонкозернистых пород черного цвета. В.М. Гольдшмидт обнаружил в роговикaх температурную зональность. О магматической природе можно судить по многочисленным расплавным микровключениям в минералах гранита, то есть реликтам нераскристаллизованного расплава, известны вулканические лавы, соответствующие по составу граниту.
Для зарождения гранитных расплавов нужна высокая температура. При Р = 1 атм температура плавления гранита равна 950С и возрастает с глубиной по мере увеличения давления. Гранитные магмы зарождаются в глубоких горизонтах континентальной коры под влиянием флюидно-тепловых потоков. Известны мощные потоки вещества, плюмы, поднимающиеся из мантии и даже из внешнего ядра в результате продолжающейся дифференциации Земли. Это на несколько порядков ускоряет разогрев пород. Флюиды - это надкритические смеси преимущественно газовых компонентов (H2O, CO2 , CH4 , H2 , Ar, He и др.). Их глубинная природа доказана повышенным содержанием тяжелых изотопов углерода и водорода. В случае инфильтрации таких флюидов, особенно богатых водой или фтором, температура выплавления гранитной магмы из пород континентальной земной коры может снизиться на триста градусов и более.
Это связано с высокой растворимостью компонентов флюида в расплаве: чем выше их содержание, тем ниже температура плавления гранита и тем меньшей плотностью и вязкостью обладает магма. Однако и в случае недосыщенных водой флюидов возрастание глубины заметно увеличивает температуру гранитной эвтектики. Вместе с тем не только температура, давление и содержание воды в глубинном флюиде создают условия для зарождения гранитных магм, cущественное влияние оказывают химические потенциалы CO2 , K2O и Na2O.
Д.С. Коржинский обратил внимание на выдержанность состава гранитов, сформированных в самых различных геологических обстановках. На этой основе он сформулировал принцип подвижности щелочей при гранитизации как магматическом замещении вулканогенно-осадочных пород. Позднее Д.С. Коржинский выдвинул гипотезу метасоматического превращения биотитовых гнейсов в чарнокитовые при возрастании в существенно водном растворе мантийного происхождения.
(Метасоматизм - твердофазное изменение состава породы за счет привноса-выноса химических элементов фильтрующимися флюидами).
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАРОЖДЕНИЯ ГРАНИТНЫХ РАСПЛАВОВ (see below)
МЕХАНИЗМ ГРАНИТИЗАЦИИ
Гранитизация в зональных комплексах, часто имеющих купольное строение, связанa с замещением кристаллических сланцев. Процесс гранитизации сводится к потере исходными породами Mg, Fe, Ca и Ti. Эти элементы выносятся щелочными флюидами из первичных пород и накапливаются в зоне, промежуточной между гнейсом и гранитом. В сторону гранита возрастает концентрация Na2O, K2O, SiO2, а также присущих гранитам примесей, особенно тория.
Исследование чарнокитового пятна с гнейсовой окантовкой дало следующую картинy распределения элементов в пятне: ядро пятна почти точно соответствует составу гранитной эвтектики (в мас. %): SiO2 = 73,15; TiO2 = 0,13; Al2O3 = 14,19; MgO = 0,21; FeO (как FeO + Fe2O3) = 1,22; CaO = 1,73; Na2O = 3,42; K2O = 5,03; Сl = 0,13; Cr2О3 = 0,06, cледовательно и здесь щелочные флюиды делают свое дело. Еще в твердой породе они производят своеобразное рафинирование - очистку породы от тех химических элементов, которые чужды гранитной эвтектике.
Наступает момент, когда состав ее достигнут и порода плавится при данных Т и Р. Не исключено, однако, что порода достигла эвтектического состава, но эти параметры не соответствуют условиям плавления. В этом случае гранит можно считать метасоматическим. Такие породы известны на Южном Урале, вблизи Ильменского заповедника. В большинстве случаев можно найти прямые доказательства того или иного процесса - плавления или же метасоматоза. B подавляющем большинстве случаев гранитные тела имеют чисто магматическую природу.
Минеральный и химический состав гранитов находится в прямой зависимости от щелочности флюидов. В случае нейтральных по щелочности флюидов из порожденных ими магм кристаллизуются обыкновенные граниты c биотитом и / или роговой обманкой. При высокой активности натрия во флюиде возникают эгириновые и/или рибекитовые граниты. При относительно высокой химической активности калия образуются пироксеновые (с Cpx или Opx) граниты и т.п.
Обозначения: Bt - биотит, K2(Mg, Fe)5 + 0,5nAl4 - 4nSi5 + 0,5nO20(OH)4 , твердый раствор аннита (Ann), K2Fe6Al2Si6O20(OH)4 , флогопита (Phl), K2Mg6Al2Si6O20(OH)4 , сидерофиллита (Sid), K2Fe5Al4Si5O20(OH)4 и истонита (East), K2Mg5Al4Si5O20(OH)4. Chl - твердый раствор хлорита (Mg, Fe)2 + nAl2 - n Si1 + nO5(OH)4 ; Chd - твердый раствор хлоритоида (Mg, Fe, Mn)Al3SiO7(OH)2 ; Cpx - клинопироксен Ca(Mg, Fe)Si2O6 ; твердый раствор диопсида (Di) CaMgSi2O6 , геденбергита (Hed), CaFeSi2O6 и эгирина (Aeg) NaFeSi2O6 ; Fa - фаялит Fe2SiO4 ; Kfs - K-Na полевой шпат - твердый раствор альбита (Ab = = NaAlSi3O8) и ортоклаза (Or = KAlSi3O8); Hbl - амфибол, например обыкновенная роговая обманка, Mag - магнетит, Fe3O4 ; Ms - мусковит KAl3Si3O10(OH)2 ; Opx - гиперстен (ромбический пироксен) (Fe, Mg)SiO3 или (Fe, Mg)2Si2O6 , твердый раствор энстатита (En) MgSiO3 , ферросилита (Fs) FeSiO3 и чермакита (Ts) (Fe, Mg)Al2SiO6 ; Pl - плагиоклаз, твердый раствор альбита (Ab = NaAlSi3O8) и анортита (An = CaAl2Si2O8); Qtz - кварц SiO2 ; Rib - рибекит Na2Si8O22(OH)2 .
Простейшие термодинамические величины и функции
Т - температура; Р - давление; DG, DH, DS, DV - изменение свободной энергии Гиббса, энтальпии, энтропии и объема соответственно в ходе реакции между минералами; Хi - мольная доля компонента i в растворе, например XMg = Mg : (Mg + Fe) мольная доля магнезиального компонента в минерале или системе; ai = gi Хi - термодинамическая активность компонента i в любом растворе; gi - коэффициент термодинамической активности компонента i в растворе; - химический потенциал компонента i в твердом растворе или флюиде (fl ).
ЛИТЕРАТУРА
1. Попов В.С. Магматизм Земли // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 1. С. 74-81.
2. Перчук Л.Л. Теория фазового соответствия и геологическая термобарометрия // Там же. № 6. С. 74-83.
3. Newton R.C. Fluids and Melting in the Archean Deep Crust // J. Mineral. Soc. London. Ser. 2. 1990. P. 149-179.
4. Коржинский Д.С. Основы метасоматизма и метамагматизма. М.: Наука, 1993.
5. Newton R.C. Simple-system Mineral Reactions and High-Grade Metamorphic Fluids // Europ. J. Mineral. 1995. Vol. 7. Р. 861-881.