ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ГРАНИТОВ

ПОЧЕМУ ПРИ ВСЕХ ВАРИАЦИЯХ СОСТАВА ГРАНИТ ВСЕГДА ОСТАЕТСЯ ГРАНИТОМ

    Рассмотрим второй из поставленных во введении вопросов: почему гранит всегда характеризуется выдержанностью в соотношениях главных компонентов (кварца, плагиоклаза и калиевого полевого шпата), а потому всегда остается гранитом? Ответ на него дал знаменитый финский геолог П. Эскола, приложивший к гранитообразованию модель эвтектоидного плавления. Рассмотрим этот процесс на простейшем примере. Температура плавления кварца около 1600?С, температура плавления альбита (натрового полевого шпата) на 200? ниже. Как будет плавиться смесь этих минералов? Логично предположить, что добавка более легкоплавкого компонента облегчает плавление. Так и происходит на самом деле. Обозначим на схеме (рис. 2) точкой Т_q температуру плавления чистого кварца, а точками q₁ , q₂ и q₃ - соответственно температуры плавления и составы смесей кварца с 10%-, 20%- и 30%-ной добавкой альбита. Если мы соединим эти точки, то получим плавно изгибающуюся кривую, каждая точка которой, расположенная левее, то есть отвечающая большему содержанию альбита, располагается ниже предыдущих, что соответствует снижению температуры плавления смеси. Однако все это происходит лишь до определенного предела. Существует такая смесь альбита и кварца, которая является наиболее легкоплавкой, и дальнейшее увеличение доли альбита уже не снижает, а повышает температуру плавления.   

Рис. 2. Схема построения диаграммы плавления системы с эвтектикой Е, состоящей из компонентов А и Q (пояснения даны в тексте).

    Сравним соответствующие данные для чистого альбита и его смесей с 10%- и 20%-ной добавкой кварца. Обозначим их составы и температуры плавления на графике точками Т_A , а₁ , а₂ . Оказывается (хотя некоторым это может показаться странным), добавка к альбиту более тугоплавкой примеси (кварца) на первых порах не повышает, а тоже снижает температуру плавления: соединив эти точки, мы получим кривую, похожую на кривую Т_q - q₃ , но наклоненную ей навстречу. Если продолжим эти кривые, то они пересекутся в некоторой точке Е, отвечающей смеси с такими соотношениями альбита и кварца, которая будет плавиться при наименьшей температуре. Такую смесь называют эвтектической смесью или просто эвтектикой. Исходя из диаграммы следует, что наиболее легкоплавкой будет смесь с 40% кварца и 60% альбита. Это и будет кварц-альбитовая эвтектика.
    Рассмотрим теперь, как будет плавиться смесь с какими-то случайно заданными соотношениями этих минералов, например смесь М₂ (рис. 3). По мере нагревания до Т_E такая смесь во всем объеме будет оставаться твердой, но при достижении этой температуры на стыках зерен кварца и альбита начнет формироваться расплав, в котором соотношения кварцевого и альбитового компонентов будут точно соответствовать их соотношениям в эвтектике. Чем ближе точка М расположена к точке Е, тем большая часть смеси расплавится. Смесь состава Е расплавится полностью. Чем ближе состав смеси будет к альбиту или кварцу (точке А или Q), тем меньше расплава образуется, но появится он в любой смеси, и состав его всегда будет эвтектическим. Разным для различных смесей будет лишь содержание жидкой фазы. Совсем не возникнет расплава при достижении температуры Т_Е лишь в том случае, если мы будем нагревать чистый альбит или чистый кварц.   

Рис. 3. Ход плавления кварц-альбитовых смесей на бинарной эвтектической диаграмме*

    При дальнейшем притоке тепла температура смеси некоторое время не будет повышаться - до тех пор, пока не сформируется столько расплава состава Е, сколько его может сформироваться в смеси состава М₂ . В конце этого процесса система будет состоять из расплава Е (эвтектического) и той части кварца, которая в исходной смеси оказалась в избытке по сравнению с его эвтектической долей. Затем (при продолжающемся нагревании) температура вновь будет повышаться, а доля расплава расти за счет растворения в нем кварца. При этом состав расплава (в результате обогащения кремнеземом) будет постепенно смещаться от Е к М₂ . Когда температура достигнет значения , весь кварц перейдет в расплав и в результате сформируется однородная жидкость состава исходной смеси (М₂). Аналогично будет плавиться смесь состава М₁ , с той лишь разницей, что недоплавленная твердая фаза будет представлена здесь не кварцем, а альбитом. Однако и в этом случае расплав начнет формироваться при температуре Т_Е и состав его будет эвтектическим.
    Конечно, реальные природные минеральные смеси (горные породы) крайне редко состоят из двух минералов. Обычно их значительно больше. Но главные закономерности остаются теми же. Для эвтектоидно плавящейся системы трех минералов эвтектика будет состоять из смеси всех этих трех компонентов в определенной пропорции.     Основой соответствующей диаграммы будет служить в данном случае треугольник с вершинами, отображающими состав этих минералов, а точка тройной эвтектики (точка Е ) будет лежать где-то внутри этого треугольника, более или менее близко к его середине. Механизм такого плавления обстоятельно рассмотрен в уже упоминавшейся статье В.С. Попова [2]. Как раз подобной тройной эвтектике и отвечают соотношения главных компонентов гранита (кварца, плагиоклаза и калиевого полевого шпата), а это означает, что в любой породе, содержащей какое-то количество этих минералов, при нагревании ее до температуры плавления такой эвтектики обязательно появится гранитный расплав. Различным будет лишь его количество: в темных сланцах, богатых магнезиально-железистыми силикатами, это могут быть всего лишь доли процента, в гнейсах среднего состава - проценты и десятки процентов, а гнейсы, богатые кварцем и полевыми шпатами, могут расплавиться полностью.
    Таким образом, любая порода порождает при частичном плавлении гранитную магму. Вопрос лишь в том, как собрать ее в крупные тела, объем которых может измеряться многими сотнями кубических километров. Обычно предлагается механизм фильтр-прессинга - нечто вроде отжимания сыворотки под прессом сквозь сито. Пресс представить в природе несложно, его роль может играть любой блок жестких пород. Но где взять сито? А без сита невозможно отделить воду даже от макарон: чуть щель окажется побольше и они потекут вместе! Так и взвесь недоплавленных реликтов в новорожденном расплаве (мигма) течет как единая масса и в конечном итоге образует такие же интрузивные (внедренные) тела, как и те, что образуются при внедрении чистого расплава. Однако состав слагающих их пород отнюдь не эвтектический: это гранитная эвтектика плюс недоплавленный остаточный материал, содержание которого в мигме может достигать 80% и даже более. Граниты же, напомним, по соотношению главных компонентов всегда отвечают эвтектике.

* А - альбит, Q - кварц, Е - эвтектика, М₁ и М₂ - кварц-альбитовые смеси, и - их температуры плавления; %Q и %Р_Е - доля кварца и эвтектического расплава в смеси состава М₂ при температуре плавления эвтектики (Т_Е); %А и %Р_Е - доля альбита и эвтектического расплава в смеси состава М₁ при той же температуре.

Назад| Следующая страница