Магма — расплавленные горные породы¶
Магма — природный расплавленный силикатный материал, находящийся в земной мантии или в коре под высоким давлением и содержащий растворённые летучие компоненты (вода, углекислый газ, сероводород и другие). При извержении на поверхность магма называется лавой. Магма является источником всех вулканических извержений и магматических горных пород, образующихся при её остывании.
¶Состав и свойства
Магма представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из расплавленных силикатов, оксидов, растворённых газов и включений твёрдых минералов. Основные компоненты по массе — кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, натрий и калий.
По химическому составу различают магмы:
- Кислые — содержат более 65 % SiO₂; пример — гранитная магма.
- Средние — 52–65 % SiO₂; пример — андезитовая магма.
- Основные — 45–52 % SiO₂; пример — базальтовая магма.
- Ультраосновные — менее 45 % SiO₂; пример — пикритовая магма.
Ключевым параметром, определяющим поведение магмы, является её вязкость. Она зависит от содержания кремнезёма (SiO₂) и температуры: чем больше кремнезёма и ниже температура, тем вязче магма. Кислые магмы очень вязкие, основные — подвижные. Вязкость влияет на характер извержения: вязкие магмы формируют куполовидные лавовые купола и взрывные извержения, текучие — спокойные потоки.
Содержание растворённых летучих компонентов (главным образом воды) определяет давление внутри магматического очага. При подъёме магмы давление падает, газы выделяются из раствора, образуя пузыри — этот процесс лежит в основе фонтанирования лавы и взрывной активности вулканов.
¶Образование магмы
Магма образуется в земной мантии и нижней части коры в результате частичного плавления горных пород. Полное плавление породы требует температур, недостижимых в большинстве зон земной коры, поэтому магма формируется преимущественно как жидкая фаза в системе твёрдых минералов.
Основные механизмы плавления:
- Повышение температуры — например, при прорыве мантийного пласта к основанию коры.
- Снижение температуры плавления за счёт добавления летучих компонентов, прежде всего воды (флюидо-индуцированное плавление). Водонасыщенная порода плавится при существенно более низких температурах, чем сухая.
- Декомпрессионное плавление — при поднятии мантийного вещества по адиабате его температура остаётся неизменной, а температура плавления падает вследствие снижения давления. Этот механизм преобладает в зонах спрединга и над зонами субдукции.
Наиболее интенсивное плавление происходит в зонах тектонической активности: на срединно-океанических хребтах, в островных дугах и континентальных вулканических дугах, в континентальных рифтовых зонах.
¶Магматические очаги
Магма накапливается в магматических очагах — резервуарах в земной коре или на границе кора-мантия. Размеры очагов варьируют от нескольких кубических километров до сотен кубических километров. Магматический очаг под вулканом обычно расположен на глубине 1–10 км.
Из очага магма поднимается по каналам и трещинам, формируя жилы, дайки и трубки взрыва. При застывании в коре магма образует интрузивные (глубинные) тела: батолиты, лополиты, силлы и дайки. При извержении на поверхность — вулканические покровы, лавовые потоки и пепловые отложения.
¶Извержения магмы
Извержение магмы на поверхность происходит через вулканы. Характер извержения зависит от вязкости магмы, содержания летучих компонентов и скорости подъёма. Вулканологи выделяют несколько типов извержений:
- Гавайский — очень текучая базальтовая магма, спокойное фонтанирование и лавовые потоки.
- Стромболианский — периодические выбросы лавовых бомб.
- Вулькановский — более вязкая магма, взрывные выбросы пепла и пирокластики.
- Плинианский — крайне вязкая кислая магма, колоссальные столбы пепла, образующие пепловые вулканические облака.
Примером плинианского извержения служит извержение вулкана Везувий в 79 году н. э., поглотившее Помпеи и Геркуланум.
¶Магматические породы
При остывании и кристаллизации магмы образуются магматические горные породы. Если кристаллизация происходит на глубине, формируются интрузивные (глубинные) породы — гранит, диорит, габбро. Если магма изливается на поверхность и остывает быстро, образуются эфузивные (излившиеся) породы — риолит, андезит, базальт.
Соответствие между химическим составом магмы и породой:
| Состав магмы | Интрузивная порода | Эфузивная порода |
|---|---|---|
| Кислая | Гранит | Риолит |
| Средняя | Диорит | Андезит |
| Основная | Габбро | Базальт |
| Ультраосновная | Перидотит | Коматиит |
¶Магма в России
Россия обладает значительными вулканическими районами. Камчатка и Курильские острова входят в Тихоокеанское огненное кольцо; здесь расположено более 300 вулканов, из которых около 30 активны. Крупнейшие действующие вулканы — Ключевская сопка, Толбачик, Авачинская и Корякская сопки, Карымский вулкан.
На территории России изучением магмы и вулканических процессов занимаются Институт вулкнологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский) и Институт литосферы РАН. Камчатская вулканическая станция ведёт наблюдения за активностью вулканов с 1930-х годов.
Исторические извержения на территории России включают извержение вулкана Толбачик в 1975–1976 годах (Великий Толбачинский трещинный выброс) и его продолжение в 2012–2013 годах.
¶Значение
Магма играет ключевую роль в круговороте вещества в литосфере, формировании земной коры и минеральных ресурсов. При кристаллизации магмы образуются месторождения руд цветных и благородных металлов, а также неметаллического сырья. Изучение магмы и продуктов её остывания позволяет реконструировать тепловую историю Земли, строение мантии и процессы тектоники плит.
Источники:
- Соболев В. С. Введение в петрологию магматических пород. — Новосибирск: Наука, 1977.
- Бонштедт-Куплетская Л. В., Соболев В. С. Магматические очаги. — Новосибирск: Наука, 1983.
- Николаев Г. С. Физико-химические условия кристаллизации магм. — М.: Недра, 1980.
- Фирсов Л. С. Вулканы Камчатки. — Петропавловск-Камчатский: Камчатский печатный двор, 2008.
- Шевалдин В. Н. Вулканы и извержения. — М.: Наука, 2010.