ГЕОЛОГ АЛЕКСАНДР ФЕРСМАН

 

Геохимия магматических процессов. Флотация пузырьков - механизм массопереноса. Гранитоидные магмы. Геохимические типы базальтоидных магм. Трансмагматические растворы. Металлогеническая специализация магмы

 

 

Граница между геохимией и петрологией стала значительно менее определенной, чем при А. Е. Ферсмане, петрологи и геохимики нередко решают сходные задачи, применяют одни и те же методы.

 

Крупные успехи достигнуты в изучении силикатных расплавов — магм. Было показано, что для них характерны так называемые сиботаксические группы, т. е. обрывки полимерных цепочек силикатных и алюмосиликатных анионов, характеризующихся упорядоченным строением. Много внимания уделяется летучим компонентам магмы, растворимости воды в ней. Л. В. Таусон для гранитоидных магм приводит следующие ориентировочные концентрации главных летучих компонентов (в % ) : Н20 — 3; С02 - 0,6; С1 - 0,2; F — 0,1; S — 0,06.

 

Установлено, что вода и фтор способствуют деполимеризации кремнекислородных единиц. В целом магма — ионно-электронная микротерогенная жидкость.

 

Широкое распространение в нашей стране и за рубежом приобрело применение при изучении магматических процессов аппарата равновесной термодинамики.

 

Термодинамические расчеты позволили охарактеризовать окислительно-восстановительные и щелочно-кислотные условия различных магм (И. Д. Рябчиков, А. А. Маракушев, Л. Л. Перчук и др.). Выяснилось, что по окислительно-восстановительным условиям магмы занимают среднее положение в системах земной коры и Земли в целом. Для них не характерны столь восстановительные условия, как в земном ядре, многих гидротермальных системах или болотах земной поверхности, и столь окислительные, как в реках, морях, океанах, озерах с их высоким содержанием свободного кислорода.

 

Существенно уточнились и изменились представления о процессах массопереноса в магме. Многие петрологи и геохимики по-прежнему главное значение придают кристаллизационной дифференциации, в ходе которой из магмы при понижении темх1ературы последовательно кристаллизуются породы различной основности (реакционный принцип американского ученого Н. Боуэна и др.). Однако мнения по данному вопросу сильно расходятся. Так, Л. В. Таусон и многие другие геохимики подчеркивают, что в гипабиссальных условиях при понижении давления в магме появляются пузырьки водяного пара, в котором растворены другие газы и летучие компоненты, в том числе и рудные: Li, Be, Rb, Cs, Sn, Та и др. (газовые растворы) .

 

Флотация пузырьков — важный механизм массопереноса, одна из разновидностей сквозьмагматических растворов (это понятие ввел Д. С. Коржинский). Явление концентрации летучих компонентов, особенно характерное для апикальных частей магматических массивов, получило название эманационной дифференциации или эманацион- ной концентрации. В целом проблема флюидного режима земной коры и верхней мантии стала одной из ведущих и в геохимии и петрологии. Анализируется флюидный режим формирования мантийных пород, например базальтов дна Атлантического океана, траппов Сибирской платформы, флюидный режим гранитообразования.

 

Большое значение для геохимической характеристики магматических процессов приобрели данные о среднем содержании элементов в основных типах изверженных пород. Вычисление кларков концентрации элементов в породах позволило выявить геохимическую специализацию пород, охарактеризовать ее количественно с помощью различных показателей. Так, В. И. Рехарский предложил рассчитывать коэффициенты концентрации на основе соотношения содержания элементов в ультраосновных, средних и кислых породах. Он показал, что эти коэффициенты подчиняются периодическому закону. П. П. Смолин разработал геохимическую систематику элементов по типам дисперсии кларков в силикатной оболочке.

 

Л. С. Бородин предложил показатели общей относительной кислотности изверженных пород и их относительной основности. По его мнению, при дифференциации ба- зальтоидных магм изменение содержаний главных и редких литофильных элементов взаимосвязано (принцип когерентности). Литофильные редкие элементы оказались хорошими индикаторами генетических связей между различными породами базальтоидных серий. Это позволило Л. С. Бородину охарактеризовать геохимию данных пород.

 

Исключительно расширилась информация по геохимии важнейших групп магматических пород. Происхождение дупитов, пироксенитов и других ультрабазитов большинство петрологов и геохимиков связывают с верхней мантией.

 

Показано, что ультраосновные магмы характеризуются восстановительными условиями, так как содержат углеводородные флюиды. В этих породах обнаружены свободный водород, закисное железо, недоокисленные формы титана (Ti3+), углерод. В оливинах из кимберлитов выявлен даже Сг2+ — признак особо восстановительной среды. Происхождение основной магмы многие исследователи объясняют выплавлениями вещества из мантии.

 

По Л. В. Таусону, существуют три основных геохимических типа базальтоидных магм: толеитовый, андезитовый и латитовый. Наиболее распространены толеиты. Большое информационное значение имеет коэффициент K=(Ba+Sr):(V+Cr). Крайние его значения разнятся в 52 раза. Не менее детально изучена геохимия гранитоидов, для которых, по современным представлениям, характерна полигенетичность. Нашли подтверждение представления В. И. Вернадского, считавшего, что граниты — это «былые биосферы», продукты переплавления (палингенеза) осадочных пород. К сходным выводам пришел и норвежский петролог Т. Барт, который писал, что возникновение изверженных пород обусловлено осадочными процессами. Однако многие авторы полагают, что при палингенезе происходит поступление калия, кремнезема и воды из глубин.

 

Для палингенных гранитоидов установлены важные историко-геохимические зависимости: в пределах определенного региона накопление в них редких элементов увеличивается с возрастом (оно мало в протерозойских и каледонских гранитоидах, больше — в герцинских и еще больше — в киммерийских гранитоидах).

 

Л. В. Таусон разделил палингенные гранитоиды на четыре геохимических типа: гранитоиды известково-щелоч-' ного ряда, плюмазитовые редкометальные лейкограниты, гранитоиды щелочного ряда и редкометальные гранитоиды щелочного ряда.

 

Выделяется и самостоятельная группа гранитоидов, образующихся преимущественно в подвижных поясах в результате дифференциации основных или средних магм. Л. В. Таусон в данной группе также наметил четыре геохимических типа: плагиограниты толеитового ряда, гранитоиды андезитового ряда, гранитоиды латитового ряда и агпаитовые редкометальные гранитоиды. Каждый из типов является продуктом дифференциации соответствующей базальтоидной магмы и характеризуется определенным содержанием редких элементов, имеющим, по Л. В. Таусону, наибольшее индикаторное значение (по сравнению с минеральным составом и содержанием петро- генных элементов).

 

К самостоятельной третьей группе гранитоидов относятся автохтонные гранитоиды, или параграниты,— продукты ультраметаморфизма и гранитизации кристаллического основания континентальной коры. По Д. С. Коржин- скому, процессы магматического замещения обусловлены трансмагматическими растворами. Одни авторы приписывают им мантийное (подкоровое) происхождение, другие связывают их генезис с земной корой.

 

По мнению Д. С. Коржинского, гранитизация — инфильтрационный процесс, в ходе которого траисмагмати- ческие растворы обусловливают расплавление породы, т. е. образование магмы. Трансмагматические растворы могут вызывать также сиенитизацию, диоритизацию, габ- броизацию и т. д., но масштабы этих явлений сильно уступают гранитизации.

 

Трансмагматические растворы, по Ф. А. Летникову, образуются при формировании пород базальтового слоя. Они гранитизируют гнейсы. Имея в виду гранитоиды глыбовых областей, ученый пишет, что без гнейсов нет гранитов. С помощью факторного анализа он показал, что при гранитизации калий и кремнезем приносят растворы, а остальные породообразующие элементы входят в состав исходных гнейсов и других пород, подвергающихся гранитизации. По расчетам Ф. А. Летникова, при переплавлении 1 км3 гнейсов выделяется более 6 млн. т воды.

 

Дискуссию вызвала проблема геохимической специализации гранитоидов. Установлено, что многие гранитоиды содержат повышенные количества рудных элементов, в связи с чем они получили наименование редкометальных, оловоносных, вольфрамоносных и т. д. С этих позиций детально изучены гранитоиды Забайкалья, Казахстана, Украинского кристаллического щита и других рудных районов. Например, Л. С. Галецкий и другие исследователи показали, что одни граниты и мигматиты Украинского щита обогащены Pb, Ni, Со, V, другие — Yb, Со, Pb, Zr, третьи —F, Se, Cr, Ti, Yb, Y, Sn, Mo, Ga, Pb, Li, Rb, Cs и T. д. Часть исследователей полагает, что подобная геохимическая специализация магмы и кристаллизовавшихся из нее пород в целом благоприятствует рудообразованию. По другим представлениям, не всегда обогащенные интрузии являются рудогенерирующими.

 

Отмечают, что нередко обогащенные гранитоиды безрудны, а необогащенные — рудогеиерирующие. Оценка по валовому содержанию микроэлементов оказалась слишком грубой. Большое значение приобрело определение форм нахождения элементов (например, существование подвижных — легкоизвлекаемых форм), неоднородности распределения элементов (породы с более высокой дисперсией местами более благоприятны) и т. д. По В. В. Ляховичу, рудоносными являются породы, содержащие микровключения минералов рудных элементов, а нерудоносными — породы с изоморфными примесями.

 

Л. В. Таусон считает, что термин «металлогеническая специализация магмы» в смысле повышенного содержания в ней рудных элементов и благоприятности для рудообра- зования может быть использован лишь для олова. Для большинства рудных элементов — Pb, Zn, Cu, Hg, Mo, U, Au и T. д.—металлогепической специализации гранитои- дов в этом смысле не существует. Основное значение при оценке потенциальной рудоносности гранитоидов, по данным Л. В. Таусона, имеют особенности эманационной дифференциации элементов.

 

Основоположником геохимии щелочных пород, как известно, был А. Е. Ферсман. Его исследования в Хибинах привели к созданию школы геохимиков и минералогов — специалистов по щелочным породам (К. А. Власов, В. И. Герасимовский, Л. С. Бородин, Е. И. Семенов, М. В. Кузьменко и др.). В результате геохимия щелочных пород изучена в настоящее время хорошо и всесторонне.

 

Для отдельных представителей щелочных пород доказана концентрация редких щелочей, Са и Sr, Ti, Zr, Hf, Th, Nb и Ta, U, Ga, Tl, P, F и CI. И. Петерсилье обнаружил во многих щелочных породах Кольского полуострова повышенные количества углеводородных газов (до 200 см3/кг), что указывает на восстановительные условия породообразования. Для многих щелочных магм характерна высокая концентрация летучих компонентов: F, С1, С02, S, Р и др.

 

Детально изучены и связанные с щелочными породами карбонатиты. Ранее они принимались за осадочные известняки или скарны, но позднее было доказано их магматическое происхождение, связь с жерлами древних вулканов. В Танзании даже имело место извержение вулкана с карбонатитовой лавой, Выяснилось, что образование столь необычного расплава возможно прп насыщении его водой, углекислым газом и щелочами. В карбонатитах известны апатит-магнетитовые и редкометально-редкозе- мельные руды. Полагают, что миграция элементов при образовании карбонатитов осуществлялась с больших глубин из мантии в щелочной среде. В магме и растворах возникали анионные комплексы Nb, Та, Zr, U и других металлов.

 

Карбонатиты характерны для зон глубинных разломов платформ и щитов, особенно для рифтовых зон (в Восточной Африке и др.). По Ф. А. Летникову, восстановительные флюиды, поступающие из верхней мантии, окислялись на небольших глубинах. Это благоприятствовало формированию карбонатитовой магмы (С0-^С02, Н2-^Н20).

 

Наряду с магматическими были изучены и гидротермальные карбонатиты.

 

 

 

К содержанию книги: Биография и книги Ферсмана

 

 

Последние добавления:

 

ИСТОРИЯ АТОМОВ  ГЕОХИМИЯ ВОДЫ  ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОШЛОЕ ПОДМОСКОВЬЯ 

 

  КАЛЕДОНСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ     Поиск и добыча золота из россыпей    ГЕОЛОГИЯ КАВКАЗА    Камни самоцветы