|
Состав магматического остатка непосредственно проанализировать пока нельзя, как нельзя определить состав магмы. Но можно получить представление о составе остатка, изучив вулканические газы. Когда магма застывает на небольшой глубине, то происходит энергичная возгонка — выделение больших масс веществ в газообразном состоянии. Основной составной частью этих газов являются пары воды, занимающие от 80 до 99,9% объема газов. В более или менее значительном количестве присутствуют соединения С02, H2S, S02, НС1, HF, H3BO3 и др. Летучие вещества выносятся в огромном количестве. Часть выносимых химических элементов рассеивается в водах и атмосфере, часть образует нерастворимые соединения и выпадает. В процессе возгонки на стенах вулканических кратеров осаждаются сернистые соединения многих металлов, их оксиды и пр. Судя по этим данным, магматический остаток представляет собой газо-водные растворы, насыщенные многими химическими элементами. В них на глубине происходят специфические процессы.
По мере завершения кристаллизации силикатов в расплаве все больше концентрируются летучие соединения. Они по самым тонким трещинам проникают в окружающие горные породы, вызывая их перекристаллизацию, и переносят многие (даже трудно-растворимые) соединения. Установлено, что 1 л водяного пара при 450 °С и давлении около 4-Ю7 Па может переносить более 200 мг Si02. В таких условиях формируются особые образования — пегматиты. Они представляют не только теоретический интерес, но имеют большую практическую ценность. В них накапливаются многие ценные химические элементы: бериллий, литий, рубидий, цирконий, редкоземельные элементы и др. В пегматитах образуются многие минералы, содержащие легколетучие элементы, — литиевые слюды, топазы, бериллы. Характерная черта пегматитов — большие, часто гигантские, кристаллы. Недавно, в 1976 г., в пегматитах Минас Жираэс (Бразилия) был найден кристалл топаза массой 117 кг и кристалл аквамарина длиной полметра. Есть еще более поразительные примеры. В пегматитах знаменитых Ильменских гор на Южном Урале была целая горная разработка в одном кристалле амазонита - полевого шпата, окрашенного примесью редких элементов в зеленый цвет. Большой вклад в изучение пегматитов внес крупный советский геохимик академик А. Е. Ферсман.
Среди процессов «разбраковки» химических элементов, содержащихся в магме, особенно удивительно обособление и концентрация металлов. Их выделение из силикатной массы сопровождает все стадии и ступени эволюции магматического вещества. Еще до начала кристаллизации магмы тяжелые металлы могут выделиться из общего расплава. Это достигается в результате эффекта ликвации — разделения несмешивающихся жидкостей. Известно, что некоторые жидкости прекрасно смешиваются, как, например, вода и спирт. Но сколько бы ни перемешивали воду с растительным маслом, смешивания не произойдет; через небольшое время обе жидкости четко разделятся: вода внизу, масло вверху. Аналогичные процессы происходят в недрах Земли. Тяжелый расплав соединений металлов с серой отделяется от силикатного расплава и скапливается внизу магматической камеры. Так как сульфидный расплав застывает при более низкой температуре, чем силикатный, то он сохраняется жидким долгое время после кристаллизации силикатов и затвердевания горных пород. Под воздействием геологических движений в горных породах образуются трещины и сколы в которые отжимается часть сульфидного расплава.
По мере снижения температуры содержание летучих соединений в нем превышает предел их растворимости. Тогда магматический остаток вскипает и из него выделяются газообразные соединения. Так как пределы растворимости разных соединений неодинаковы, то газы выделяются неоднократно, в несколько приемов. Происходит как бы пульсационный выброс определенных химических элементов.
Под воздействием перегретых магматических газо-водных остатков горные породы глубоко преобразуются. Новые минералы возникают на месте старых, замещают их, сохраняя объем исходной породы. В то же время число элементов, участвующих в этих реакциях, не уравнивается. Так, например, кварц (SiOs) замещается пиритом (FeS2). Замещение одного химического соединения другим, часто совершенно иного состава, при строгом сохранении объема исходного соединения называется метасоматическим, а процесс — метасоматозом. Эти превращения не могут быть объяснены обычными химическими реакциями и изучены еще не полностью.
На большой глубине в результате воздействия высокотемпературного газо-водного магматического состава на горные породы возникают гейзеры. Они состоят из кварца, слюды и некоторых минералов, богатых летучими элементами (фтором, бериллием, литием, бором и др.) и их соединениями. Из рудных минералов в гейзерах присутствуют касситерит (SnOa), вольфрамит (FeMnW04), молибденит (MoS2). Таким образом, олово, вольфрам и молибден образуют наиболее высокотемпературную группу металлов.
Дальнейшее снижение температуры приводит к возникновению глубинных водных, так называемых гидротермальных растворов. Своими свойствами они резко отличаются от водных растворов на поверхности Земли. Глубинная вода, выделившаяся из магмы, представляет собой сгущенный пар, который при температуре ниже 374—450 °С превращен в жидкость под воздействием высокого давления. В этой жидкости растворено большое количество газов. Такая вода способна растворять и переносить различные соединения, практически нерастворимые в обычных условиях.
|