Строение Земли
и образование магматических пород:
Магматизм
Магматизм, как природное явление сводится к
плавлению твердого вещества, залегающего на
глубине десятков и сотен километров от
поверхности Земли. Возникающие при этом
расплавы, или магмы (от греческого "magma" -
густая мазь, тесто), поднимаются вверх в область
меньшего давления, достигая в пределе
поверхности суши или морского дна при
вулканических извержениях. Затвердевшие расплавы
образуют магматические горные породы. Различают
эффузивные (вулканические) породы, затвердевшие
на дневной поверхности или дне водоемов, и
интрузивные (внедренные) породы, которые
кристаллизовались на той или иной глубине в виде
тел различной формы. В дальнейшем эти тела могут
быть подняты, размыты и становятся доступными
для наблюдения. Эффузивные (вулканические)
породы составляют лишь около 10% всей массы
магматических расплавов, а интрузивные - 90%.
Эффузивные и интрузивные породы сходного
химического и минерального составов отличаются
строением. Лавовые потоки, которые образуются
при вулканических извержениях, имеют небольшую
толщину (метры - десятки метров) и затвердевают
очень быстро, в течение нескольких часов или
суток. При этом или успевают вырасти только
очень мелкие кристаллы, или расплав вообще не
кристаллизуется, а превращается в вулканическое
стекло - переохлажденную жидкость аморфного
строения. Крупные интрузивные тела, достигающие
километров в поперечнике и залегающие на большой
глубине, кристаллизуются в течение сотен и тысяч
лет с образованием крупнозернистых
кристаллических структур. Эффузивные и
интрузивные породы составляют не менее 90%
современной земной коры, а глубже 10-30 км
верхняя оболочка Земли целиком состоит из
магматического материала, поступавшего с еще
большей глубины.

Внутреннее
строение Земли Геофизические
данные и результаты изучения глубинных включений
свидетельствуют о том, что наша планета состоит
из нескольких оболочек с различными физическими
свойствами, изменение которых отражает как смену
химического состава вещества с глубиной, так и
изменение его агрегатного состояния как функции
давления. Cамая верхняя оболочка Земли - земная
кора, под континентами имеет среднюю толщину
около 40 км (25-70 км), а под океанами - всего
5-10 км (без слоя воды, составляющего в среднем
4,5 км). За нижнюю кромку земной коры
принимается поверхность Мохоровичича -
сейсмический раздел, на котором скачкообразно
увеличивается скорость распространения
продольных упругих волн с глубиной от 6,5-7,5 до
8-9 км/с, что соответствует увеличению плотности
вещества от 2,8-3,0 до 3,3 г/см3.
От поверхности Мохоровичича до глубины 2900 км
простирается мантия Земли. Верхняя наименее
плотная зона толщиной 400 км выделяется как
верхняя мантия. Интервал от 2900 до 5150 км
занят внешним ядром, а от этого уровня до центра
Земли, т.е. от 5150 до 6371 км, находится
внутреннее ядро. Как полагают, внутреннее ядро
образовано твердым никелистым железом и содержит
до 15% более легкого материала, который
отождествляют с серой, кремнием или кислородом.
Внешнее ядро также является металлическим
(существенно железным), но в отличие от
внутреннего ядра металл находится здесь в жидком
состоянии и не пропускает поперечные упругие
волны. Конвективные течения в металлическом
внешнем ядре являются причиной формирования
магнитного поля Земли.
Мантия Земли состоит из силикатов: соединений
кремния и кислорода с Mg, Fe, Ca. В верхней
мантии преобладают перидотиты - горные породы,
cостоящие преимущественно из двух минералов:
оливина (Fe,Mg)2SiO4 и пироксена (Ca, Na)(Fe,Mg,Al)(Si,Al)2O6.
Эти породы содержат относительно мало (< 45
мас.%) кремнезема (SiO2) и обогащены магнием и
железом. Поэтому их называют ультраосновными и
ультрамафическими.
Выше поверхности Мохоровичича в пределах
континентальной земной коры преобладают
силикатные магматические породы основного и
кислого составов. Основные породы содержат 45-53
мас.% SiO2. Кроме оливина и пироксена в состав
основных пород входит Ca-Na полевой шпат -
плагиоклаз CaAl2Si2O8 - NaAlSi3O8. Кислые
магматические породы предельно обогащены
кремнеземом, содержание которого возрастает до
65-75 мас.%. Они состоят из кварца SiO2,
плагиоклаза и K-Na полевого шпата (K,Na)AlSi3O8.
Наиболее распространенной интрузивной породой
основного состава является габбро, а
вулканической породой - базальт. Среди кислых
интрузивных пород чаще всего встречается гранит,
a вулканическим аналогом гранита является риолит.
Таким образом, верхняя мантия состоит из
ультраосновных и ультрамафических пород, а
земная кора образована главным образом основными
и кислыми магматическими породами: габбро,
гранитами и их вулканическими аналогами, которые
по сравнению с перидотитами верхней мантии
содержат меньше магния и железа и вместе с тем
обогащены кремнеземом, алюминием и щелочными
металлами. Под континентами основные породы
сосредоточены в нижней части коры, а кислые
породы - в верхней ее части. Под океанами тонкая
земная кора почти целиком состоит из габбро и
базальтов.
Установлено, что основные породы, которые по
разным оценкам составляют от 75 до 25% массы
континентальной коры и почти всю океаническую
кору, были выплавлены из верхней мантии в
процессе магматической деятельности. Кислые
породы обычно рассматривают как продукт
повторного частичного плавления основных пород в
пределах континентальной земной коры. Перидотиты
из самой верхней части мантии обеднены
легкоплавкими компонентами, перемещенными в ходе
магматических процессов в земную кору. Особенно
"истощена" верхняя мантия под континентами, где
возникла наиболее толстая земная кора.
Эффузивные
(вулканические) и интрузивные породы
Высокая скорость подъема является причиной того,
что расплавы начинают затвердевать, лишь
достигнув дневной поверхности или заполнив
какую-либо промежуточную камеру на глубине.
Форма и размер возникающих при этом кристаллов
определяется степенью переохлаждения расплава
относительно равновесной температуры
кристаллизации, что, в свою очередь, зависит от
темпа охлаждения. При быстром остывании
магматических тел достигается высокая степень
переохлаждения, и в этих условиях вместо хорошо
ограненных кристаллов появляются скелетные формы
причудливых очертаний. О том, что такое
скелетный кристалл, можно судить по форме
снежинок, которые представляют скелетные
кристаллики льда.
При кристаллизации магматических расплавов
сначала возникают точечные зародыши кристаллов,
которые затем увеличиваются в размерах. Линейные
размеры кристаллов определяются соотношением
скоростей образования зародышей (количеством
зародышей в единице объема в единицу времени) и
их последующего роста (приращение длины или
ширины кристалла в единицу времени). Обе
скорости являются функциями переохлаждения
расплава (DТ) и достигают экстремума при
определенных величинах DТ. При малом
переохлаждении скорость возникновения зародышей
мала, а скорость их роста велика; в результате
возникают крупнозернистые кристаллические
агрегаты, состоящие из относительно небольшого
числа крупных кристаллов. При значительном
переохлаждении скорость образования зародышей
достигает максимума, а скорость роста каждого
зародыша падает; как следствие этого формируются
мелкозернистые магматические породы.
Максимальное переохлаждение достигается при
затвердевании тонких лавовых потоков, а
минимальное - при кристаллизации крупных
интрузивных тел. Отсюда и разница в структуре
эффузивных (вулканических) и интрузивных пород.
К списку статей