Pod magmatizmom podrazumijevamo ukupnost pojava povezanih sa formiranjem, evolucijom sastava i kretanjem magme na površinu Zemlje. Magmatizam je jedan od najvažnijih dubinskih procesa u unutrašnjosti Zemlje. Prema obliku ispoljavanja magmatizam se deli na intruzivni i efuzivni. Razlika između njih u velikoj mjeri određuje mehanizme nastanka stijena.
Koncept magme
Magma je visokotemperaturna tečno-silikatna talina koja se formira u dubokim komorama, uglavnom u gornjem plaštu (astenosferi) i dijelom u donjim slojevima zemljine kore. Formiranje komore magme nastaje kada se kombinuju određene vrijednosti tlaka i temperature. Takva primarna magma ima homogeni sastav, uključujući sljedeće komponente: tečnost (talina), u kojoj je otopljena plinovita ili isparljiva faza (fluid). Ima ih i nekihčvrsta kristalna supstanca. Kako se krećete prema površini, primarna magma evoluira u zavisnosti od specifičnih uslova.
Evolucija magme uključuje nekoliko vrsta procesa. Prvo, ona doživljava različite vrste diferencijacije:
- segregacija, u kojoj se odvaja na tečne komponente koje se ne miješaju;
- diferencijacija kristalizacije. Ovaj najvažniji proces je povezan sa taloženjem (kristalizacijom) određenih jedinjenja iz amorfne taline pri različitim kombinacijama temperature i pritiska.
Drugo, magma mijenja svoj hemijski sastav kao rezultat interakcije sa stenama domaćinima. Ovaj fenomen se zove kontaminacija.
Procesi kristalizacije u magmi
Budući da je magma pokretna mešavina mnogih supstanci i da se nalazi u promenljivim uslovima, kristalizacija njenih komponenti je veoma složen proces. Obično se dijeli u tri glavne faze:
- Rana magmatska faza visoke temperature. U ovoj fazi, minerali velike gustine koji sadrže gvožđe i magnezijum ispadaju iz magme. Oni se talože i akumuliraju u donjem dijelu magmatske komore.
- Srednjotemperaturna glavna magmatska faza, u kojoj se formiraju glavne komponente stijena, kao što su feldspati, kvarc, liskuni, pirokseni, amfiboli. Precipitira se kalcijum, velika većina silicijuma i aluminijuma. Kristalizacija u ovoj fazi već je praćena nedostatkom prostora u komori magme, tako da su nastali minerali sitnije zrnati.
- Niskotemperaturni kasni magmat (pegmatit)faza. U ovoj fazi, pokretni takozvani ostatak pegmatitne magme, obogaćen isparljivim komponentama, širi se kroz šupljine i pukotine koje ostaju u komori magme, doprinoseći rekristalizaciji stena domaćina. Vene pegmatita karakteriziraju formiranje velikih kristala koji mogu prerasti jedan u drugi. Ova faza se graniči i usko je povezana sa hidrotermalnom fazom formiranja minerala.
Vulkanizam i plutonizam
Postoje takvi oblici ispoljavanja magmatizma kao što su intruzivni i efuzivni. Razlika između njih leži u uslovima evolucije magme i mestu njihovog skrućivanja. Posljednji faktor igra posebno važnu ulogu.
Efuzivni magmatizam je proces tokom kojeg magma dospije do površine Zemlje kroz dovodni kanal, uzdiže se na vrh, formirajući vulkane i smrzava se. Eruptirana magma naziva se lava. Kada dospije na površinu, intenzivno gubi svoju hlapljivu komponentu. Stvrdnjavanje se takođe dešava brzo, neke vrste lava nemaju vremena da se kristalizuju i učvrste u amorfnom stanju (vulkanske čaše).
Intruzivni magmatizam (plutonizam) se razlikuje po tome što magma ne dopire do površine. Udirući na ovaj ili onaj način u horizonte stijena koje se nalaze iznad, magma se učvršćuje na dubini, formirajući intruzivna (plutonska) tijela.
Klasifikacija upada
Odnosi stena domaćina sa produktima intruzivnog magmatizma i tipovima intruzivnih tela razlikuju se prema mnogim kriterijumima, posebno, kao što su:
- Dubina formiranja. Postoje prizemne (subvulkanske), srednje duboke (hipabisalne) i duboke (abisalne) prodore.
- Lokacija u odnosu na glavnu stijenu. Prema ovom kriteriju, ugrađeni nizovi se dijele na konsonantne (suglasne) i neskladne (diskordantne).
Također, priroda intruzivnog magmatizma i vrste intruzija se klasificiraju prema karakteristikama kao što su odnos strukture plutonskog tijela prema kontaktnoj površini (konformna i diskonformna), odnos prema tektonskim kretanjima, oblik, veličina masiva, i tako dalje.
Kriterijumi za identifikaciju različitih vrsta magmatskih intruzija su usko povezani. Na primjer, u zavisnosti od strukture zatvarajućeg sloja, dubine i mehanizma formiranja magmatskog masiva i drugih manifestacija intruzivnog magmatizma, oblici intruzija mogu značajno varirati.
Mehanizmi za uvođenje magme u stijensku masu
Magma može prodrijeti u sloj domaćina na dva glavna načina: duž ravnina stratifikacije sedimentnog sloja ili duž postojećih pukotina u stijeni.
U prvom slučaju, pod pritiskom magme, slojevi krova se uzdižu - prekrivajuća područja debljine - ili, obrnuto, kao rezultat uticaja mase magme koja se prodire, donji slojevi sag. Ovako se formiraju suglasnički upadi.
Ako magma prodire prema gore, popunjavajući i šireći pukotine, probijajući slojeve i urušavajući krovne stijene, ona sama formira šupljinu koju će zauzeti nametljivo tijelo. Na taj način se nesaglasno dešavaplutonska tijela.
Oblici ugrađenih magmatskih masa
U zavisnosti od specifičnog puta kojim se odvija proces intruzivnog magmatizma, oblici intruzivnih tijela mogu biti vrlo raznoliki. Najčešći nesukladni magmatski masivi su:
- Dike je pločasto, strmo uranjajuće tijelo koje prelazi slojeve koji ga okružuju. Nasipi su mnogo duži nego debeli, a kontaktne površine su gotovo paralelne. Nasipi mogu biti različitih veličina - od desetina metara do stotina kilometara dužine. Oblik nasipa također može biti kružni ili radijalni, ovisno o lokaciji pukotina ispunjenih magmom.
- Vena je malo sekantno tijelo nepravilnog, razgranatog oblika.
- Stablo je tijelo u obliku stuba koje karakteriziraju vertikalne ili strmo uronjene kontaktne površine.
- Batholith je najveća raznolikost upada. Batoliti mogu biti dugi stotine ili čak hiljade kilometara.
Tijela koja se preklapaju također poprimaju različite oblike. Među njima se često nalaze:
- Prag je ležeći upad čije su kontaktne površine paralelne sa ležištima.
- Lopolith je lentikularni niz, konveksan prema dolje.
- Laccolith je tijelo sličnog oblika, čija se konveksna strana nalazi na vrhu, poput klobuka gljive. Planina Ayu-Dag na Krimu je primjer gabroidnog lakolita.
- Phakolit je tijelo smješteno u pregibu korita stijene.
Zona kontakta za upad
Formiranje plutonskih tijela je praćeno složenim procesima interakcije na granici sa slojem koji ga okružuje. Zone endokontakta i egzokontakta formiraju se duž kontaktne površine.
Endokontaktne promjene se javljaju u intruzivu zbog prodora stena domaćina u magmu. Kao rezultat toga, magma u blizini kontakta prolazi kroz hemijske promjene (kontaminaciju) koje utiču na formiranje minerala.
Egzokontaktna zona nastaje u steni domaćinu kao rezultat termičkih i hemijskih efekata magme i karakterišu je aktivni procesi metamorfizma i metasomatizma. Dakle, hlapljive komponente magme mogu zamijeniti minerale u zoni egzokontakta unesenim spojevima, formirajući takozvane metasomatske oreole.
Mineralna jedinjenja iznešena isparljivim komponentama takođe mogu kristalisati direktno u zoni kontakta. Ovaj proces igra značajnu ulogu u formiranju, na primjer, liskuna, a uz učešće vode i kvarca.
Intruzivni magmatizam i intruzivne stijene
Stjene nastale kao rezultat duboke kristalizacije magme nazivaju se intruzivnim ili plutonskim. Efuzivne (vulkanske) stijene nastaju kada magma eruptira na površini Zemlje (ili na dnu okeana).
Intruzivni i efuzivni magmatizam stvara niz stijena sličnih mineralnog sastava. Klasifikacija magmatskih stijena prema sastavu zasniva se na sadržaju silicijum dioksida SiO2. Prema ovom kriteriju rasedijele se na ultrabazične, bazične, srednje i kisele. Sadržaj silicijum dioksida u seriji raste od ultramafičnih (manje od 45%) do kiselih (više od 63%). Unutar svake klase stijene se razlikuju po alkalnosti. Glavne intruzivne stijene u skladu sa ovom klasifikacijom čine sljedeće serije (vulkanski analog u zagradi):
- Ultrabasic: peridotiti, duniti (pikriti);
- Glavni: gabroidi, pirokseniti (baz alti);
- Srednji: diorit (andeziti);
- Kiseli: granodiorit, graniti (daciti, rioliti).
Plutonske stene se razlikuju od efuzivnih po uslovima nastanka i kristalnoj strukturi minerala koji ih sačinjavaju: potpuno su kristalne (ne sadrže amorfne strukture), bistrozrnate i nemaju pore. Što je dublji izvor formiranja stijena (abisalne intruzije), sporije su se odvijali procesi hlađenja i kristalizacije magme, uz zadržavanje velike količine hlapljive faze. Takve duboke stijene karakteriziraju veća kristalna zrna.
Unutarnja struktura intruzivnih tijela
Struktura plutonskih masiva formirana je tokom kompleksa fenomena objedinjenih pod opštim imenom prototektonika. Razlikuje dva stupnja: prototektonika tečne i čvrste faze.
U fazi tekuće faze postavljaju se primarne prugaste i linearne teksture rezultirajućeg tijela. Oni odražavaju smjer toka magme koja se prodire i dinamičke uslove za orijentaciju kristalizirajućih minerala (na primjer, paralelni rasporedkristali liskuna, rogovi, itd.). Teksture su takođe povezane sa lokacijom fragmenata vanzemaljskog kamena koji su pali u komoru magme - ksenoliti - i izolovane mineralne akumulacije - schlieren.
Stadij čvrste faze intruzivne evolucije povezan je sa hlađenjem novonastale stijene. U masivu se pojavljuju primarne pukotine, čija je lokacija i broj determinisana rashladnim okruženjem i strukturama koje nastaju u tečnoj fazi. Osim toga, sekundarne strukture se razvijaju u takvoj magmatskoj masi zbog fragmentacije njenih presjeka i pomaka duž ruptura.
Proučavanje prototektonike je važno da bi se razjasnili uslovi za lokaciju mineralnih naslaga unutar intruzija i okolnih stijena.
Magmatske intruzije i tektonika
Stjene intruzivnog porijekla rasprostranjene su u raznim područjima zemljine kore. Neke manifestacije intruzivnog magmatizma daju značajan doprinos regionalnim i globalnim tektonskim procesima.
Tokom kontinentalnih kolizija u toku povećanja debljine kore, zbog aktivnog granitnog magmatizma, formiraju se veliki batoliti, na primjer batolit Gangdis u Trans-Himalajima. Također, formiranje velikih batolita povezano je s aktivnim kontinentalnim rubovima (batolit Anda). Općenito, intruzije silicijumske magme igraju važnu ulogu u procesima izgradnje planina.
Kada se kora rastegne, često se formira niz paralelnih nasipa. Takve serije se zapažaju u srednjeokeanskim grebenima.
Sillovi su jedan od karakterističnih oblika intrakontinentalnih magmatskih intruzija. Mogu imati i veliki opseg - do stotine kilometara. Često magma, prodirući između slojeva sedimentnih stijena, formira nekoliko slojeva pragova.
Duboka magmatska aktivnost i minerali
Usled specifičnosti kristalizacije u procesima intruzivnog magmatizma, formiraju se rudni minerali za hrom, gvožđe, magnezijum, nikl, kao i autohtone platinoide u ultrabazičnim stenama. U ovom slučaju, teški metali (zlato, olovo, kalaj, volfram, cink, itd.) formiraju rastvorljiva jedinjenja sa isparljivim komponentama magme (na primer, voda) i koncentrišu se u gornjim delovima komore magme. To se dešava u ranoj fazi kristalizacije. U kasnijoj fazi, pokretni ostatak pegmatita koji sadrži rijetke zemlje i rijetke elemente formira venske naslage u intruzivnim frakturama.
Tako, Hibini na poluostrvu Kola su lakolit, izloženi kao rezultat erozije sloja koji ga okružuje. Ovo tijelo se sastoji od nefelinskih sijenita, koji su ruda za aluminijum. Drugi primjer su upadi pragova Norilsk bogati bakrom i niklom.
Kontakt zone su takođe od velikog praktičnog interesa. Naslage zlata, srebra, kalaja i drugih vrijednih metala povezuju se s metasomatskim i metamorfnim oreolima intruzivnih tijela kao što je Bushveld lopolit u Južnoj Africi, poznat po svojim zlatonosnim oreolima.
Dakle, nametljiva područjamagmatizam je najvažniji izvor mnogih vrijednih minerala.
