Магма

Магма — это природный, преимущественно силикатный, расплав, образующийся в земной коре или верхней мантии Земли (а также других планет) на глубинах от нескольких до сотен километров. Магма является исходным материалом для формирования магматических горных пород и служит одним из главных агентов внутренней (эндогенной) геологической активности планеты. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из расплава, взвешенных кристаллов и растворённых летучих компонентов (газов).

Состав и свойства

Химический состав

Основу магмы составляют соединения кремния (SiO₂) и кислорода, а также алюминий, железо, магний, кальций, натрий и калий. По содержанию кремнезёма магму классифицируют на несколько типов:

• Ультраосновная (<45% SiO₂): богата магнием и железом, очень вязкая, редкая на поверхности.
• Основная (45–52% SiO₂): характерна для базальтов, обладает высокой текучестью.
• Средняя (52–65% SiO₂): соответствует андезитам, занимает промежуточное положение по вязкости.
• Кислая (>65% SiO₂): богата кремнезёмом и щелочами (калий, натрий), свойственна гранитам, наиболее вязкая и газонасыщенная.

Помимо силикатов, в магме содержатся летучие компоненты: вода (H₂O), углекислый газ (CO₂), сероводород (H₂S), хлороводород (HCl), фтороводород (HF) и другие газы. Их содержание может достигать 10–15% по массе, особенно в кислых магмах.

Физические свойства

• Температура: колеблется в широких пределах — от 600–700 °C (для кислых гранитных расплавов) до 1200–1400 °C (для основных базальтовых). Ультраосновные магмы могут иметь температуру до 1600 °C.
• Вязкость: сильно зависит от химического состава и температуры. Кислые магмы (гранитные) в сотни и тысячи раз более вязкие, чем основные (базальтовые). Вязкость определяет подвижность расплава и характер его кристаллизации.
• Плотность: обычно составляет 2,4–3,1 г/см³, что несколько меньше плотности вмещающих пород, что способствует подъёму магмы вверх.

Происхождение и образование

Магма образуется в результате частичного плавления горных пород в мантии и нижней коре. Основными причинами плавления являются:

1. Повышение температуры: происходит в мантийных плюмах (горячих точках) или зонах субдукции за счёт трения и адиабатического разогрева при подъёме.
2. Снижение давления (декомпрессия): при подъёме мантийного вещества вверх (например, под срединно-океаническими хребтами) давление падает, и породы переходят в расплавленное состояние без дополнительного нагрева.
3. Внедрение флюидов (воды, углекислоты): в зонах субдукции водонасыщенные породы океанической коры, погружаясь в мантию, выделяют флюиды, которые резко понижают температуру плавления окружающих пород (так называемое «флюидное плавление»).

Процесс плавления почти никогда не бывает полным — обычно расплавляется от 5% до 30% исходного вещества. Этот процесс называется парциальным (частичным) плавлением.

Классификация магм

По условиям образования и химизму выделяют два главных типа магм:

• Первичная (ювенильная) магма: образуется непосредственно при плавлении мантийного вещества. Она имеет основной или ультраосновной состав.
• Вторичная (анатектическая) магма: образуется при плавлении пород земной коры (например, гранитов) в зонах коллизии континентов или под воздействием тепла от внедрившейся первичной магмы. Имеет, как правило, кислый или средний состав.

В ходе подъёма и остывания магма может изменять свой состав за счёт процессов дифференциации (гравитационного разделения кристаллов и расплава), ассимиляции (плавления вмещающих пород) и смешения с другими магмами.

Магматические очаги и подъём магмы

Магма накапливается в магматических очагах — крупных подземных резервуарах, расположенных на глубинах от 2–5 км (под вулканами) до 30–50 км (в нижней коре). В очагах магма может находиться длительное время (тысячи и миллионы лет), постепенно остывая и кристаллизуясь.

Подъём магмы к поверхности происходит по трещинам и разломам, а также путём диапиризма (всплывания менее плотного расплава сквозь более плотные породы). Скорость подъёма может варьироваться от нескольких метров в год (для вязких кислых магм) до десятков метров в секунду (для жидких базальтовых магм при извержениях).

Дегазация и кристаллизация

При подъёме магмы к поверхности давление резко падает, что приводит к выделению из расплава растворённых газов (дегазация). Этот процесс является главной движущей силой взрывных вулканических извержений. Если газы выделяются медленно, извержение носит эффузивный (спокойный) характер.

В недрах Земли магма остывает и кристаллизуется. В зависимости от глубины застывания различают:

• Интрузивные породы: образуются при медленном остывании магмы на глубине (гранит, габбро, диорит). Кристаллы в них хорошо различимы невооружённым глазом.
• Эффузивные породы (вулканиты): образуются при быстром застывании лавы на поверхности (базальт, андезит, риолит). Кристаллы в них очень мелкие или отсутствуют (стекло).

Магма и вулканизм

Магма, достигшая земной поверхности, называется лавой. Вулканические извержения — наиболее зрелищное проявление магматической активности. По типу извергаемой магмы вулканы делятся на:

• Щитовые (гавайский тип): извергают жидкую базальтовую лаву, образуя пологие склоны.
• Стратовулканы (везувианский тип): извергают вязкую андезитовую или дацитовую магму, что приводит к чередованию лавовых потоков и выбросов пепла (пирокластики).
• Купола (экструзивные): выдавливание очень вязкой кислой магмы (обсидиан, пемза) в виде куполов или игл.

Магма в России

Территория России обладает значительными проявлениями магматизма. Крупнейшие действующие вулканы сосредоточены на Камчатке и Курильских островах (Ключевская Сопка, Карымский, Шивелуч, Эбеко). В геологическом прошлом мощный магматизм проявился в Сибири (Сибирские траппы — крупнейшая в мире провинция базальтового магматизма, сформировавшаяся 250 млн лет назад), на Урале, в Забайкалье и на Кольском полуострове. Магматические породы России являются источником многих полезных ископаемых: медно-никелевые руды (Норильск), железные руды (Курская магнитная аномалия, Урал), золото, алмазы (кимберлитовые трубки Якутии), а также строительные материалы (гранит, базальт, туф).

Значение и применение

Магма и продукты её кристаллизации имеют огромное практическое значение:

• Геотермальная энергия: тепло магматических очагов используется для выработки электроэнергии (геотермальные станции на Камчатке, в Исландии, США).
• Рудообразование: при остывании магмы из неё выделяются и концентрируются ценные элементы (железо, медь, никель, хром, платина, алмазы, редкие металлы).
• Строительство: магматические породы (гранит, базальт, диабаз) широко применяются как облицовочные и дорожные материалы.
• Научные исследования: изучение магмы позволяет понять внутреннее строение Земли, механизмы тектоники плит и прогнозировать вулканические извержения.

Источники

1. Магматические горные породы / под ред. О. А. Богатикова. — М.: Наука, 1983.
2. Петрология магматических пород / В. С. Попов, О. В. Петров. — М.: Недра, 1994.
3. Геология и геохимия магматических процессов / Д. С. Коржинский. — М.: Изд-во АН СССР, 1962.
4. Вулканы / под ред. В. И. Влодавца. — М.: Наука, 1979.
5. Магматизм и тектоника Земли / А. А. Маракушев. — М.: Наука, 1985.