|
Большое значение имеет последовательность кристаллизации минералов. Вещество магмы не твердеет одновременно. В первую очередь кристаллизуются минералы, устойчивые при высоких температурах. Но они сразу после своего образования начинают реагировать с окружающим расплавом. Дальнейший ход реакций может осуществляться двумя путями.
Первый путь заключается в последовательной кристаллизации изоморфного ряда самых распространенных силикатов — плагиоклазов. Самым высокотемпературным минералом в этом ряду является кальциевый плагиоклаз Са [Al2Si208]. Он кристаллизуется при температуре около 1550 °С. Остальные представители этого ряда кристаллизуются при более низких температурах, вплоть до 1118 °С, когда образуется конечный член ряда — натриевый плагиоклаз альбит Na [AlSi308]. Возникшие кристаллы кальциевого плагиоклаза по мере остывания магмы реагируют с окружающим расплавом. Если в расплаве имеется необходимое количество кремния и натрия, то кристаллохимическая структура плагиоклаза будет постепенно преобразовываться путем замещения Са2+ и А13+ на Na+ и Si+4. Этот процесс будет развиваться до тех пор, пока не возникнет плагиоклаз, соответствующий составу исходного расплава.
Иначе идет кристаллизация тяжелых железо-магниевых силикатов. Это происходит путем последовательного возникновения минералов. Вначале образуются высокотемпературные минералы группы оливина, кристаллическая структура которых состоит из разобщенных кремнекислородных тетраэдров, соединенных ионами магния и железа. При более низкой температуре кристаллизуются пироксены, обладающие структурой из одинарных цепочек кремнекислородных тетраэдров, затем — амфиболы со структурой из двойных цепочек, далее—слюды со слоистой структурой. Если в составе магмы наряду с железом и магнием достаточно много кремния, то соединения типа оливина будут неустойчивы, в этих условиях возникнут другие силикаты, содержащие больше кремнекислородных тетраэдров. Самым последним кристаллизуется чистый оксид кремния — кварц. Он образуется при температуре значительно более низкой, чем силикаты, при 573 °С.
Последовательность магматической кристаллизации установлена американским ученым Н. Боуэном в виде двух реакционных рядов.
В зависимости от состава магмы и условий кристаллизации образуются различные магматические горные породы. Те из них, которые содержат много минералов, богатых кремнекислородными тетраэдрами (в пересчете на SiOa от 65% и более), называются кислыми. Это название связано со старыми представлениями о силикатах как солях кремниевой кислоты. К таким кремнекислым, или просто кислым, породам относятся граниты. Название «кислый» условное. Оно лишь указывает на обилие предполагавшейся кремниевой кислоты.
В гранитах мало силикатов темного цвета, в состав которых входят железо и магний. К тому же эти силикаты содержат относительно много кремнекислородных тетраэдров, так как они обладают слоистой или ленточной кристаллохимической структурой. Преобладают в гранитах высококремнистые полевые шпаты, которые составляют значительно больше половины массы породы. Но в кислом магматическом расплаве было так много кремния и кислорода, что эти элементы не могли полностью войти в состав силикатов. Избыток кремнезема кристаллизуется в виде оксида кремния — кварца, которого в гранитах 25—30%.
Если в магме было меньше кремния, чем в кислой породе, то образуются магматические породы, называемые средними. Они сложены преимущественно высококремнистыми силикатами, но свободного оксида кремния в них уже нет, да и темноцветных железо-магниевых силикатов значительно больше, чем в гранитах.
При дальнейшем уменьшении кремния в магме в застывшей породе содержится от 45 до 52% Si02. Такие породы называются основными. Действительно, двухвалентных катионов в них значительно больше, чем в кислых породах. Эти породы более тяжелые по сравнению с кислыми и состоят наполовину из кальций натриевых плагиоклазов, а наполовину из темноцветных железо-магниевых силикатов, имеющих пониженное количество кремнекислородных тетраэдров и цепочечную структуру. Примером пород основного состава могут служить базальты — самая распространенная в земной коре горная порода.
Когда магма сильно обогащена магнием и железом, а кремния в ней очень мало, то образуются породы с содержанием кремнезема меньше 45%. В силикатах, слагающих эти породы, кремнекислородных тетраэдров так мало, что они не могут образовывать не только листы, но даже одинарные цепочки. В них преобладают структуры изолированных тетраэдров, связанных ионами железа и магния. Эти черные плотные породы тяжелее базальтов. Предполагают, что их состав близок к составу вещества верхней мантии.
|