Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Температура при образовании гранита

08.05.2019

Минералы, которые образуются в определенном интервале температур, называются «геологическими термометрами». Однако температуры образования чрезвычайно варьируют в зависимости от присутствия каких-либо примесей, какого-либо растворителя и в зависимости от концентрации этих веществ. Тем более в природе, где условия нам обычно точно неизвестны, эти температуры определяются плохо и должны пониматься лишь с широким приближением. Прямые измерения были возможны только для современных вулканических лав, они дали температуры порядка 800—1200°С. В случае гранитов мы видели, что концентрация в среде воды и пневматолитов способна значительно понижать температуру кристаллизации минералов.

Сначала мы рассмотрим некоторые указания, представляемые кристаллизацией кварца и полевого шпата, затем результаты экспериментальных исследований плавления и, наконец, метод коэффициентов распределения элементов между парами минералов.

Кварц. Кварц, который рассматривается как один из последних минералов, кристаллизующихся в граните, кажется прошедшим через разновидность, устойчивую выше 573°С, в которую превращается при нагревании кварц, образованный при обычной температуре, причем трансформация является обратимой. Образованный в граните выше этой температуры, он затем, по-видимому, приобрел свое современное низкотемпературное равновесие. Этот факт подсказывается бипирамидальной формой некоторых из гранитных кварцев, а также и некоторым раздроблением, связанным с напряжениями изменения состояния. Точка трансформации кварца повышается приблизительно на 1°С при возрастании давления на 40 бар. На глубине 25 км в континентальной коре трансформация происходила бы приблизительно при 750°С. Это был бы минимальный предел температуры завершения кристаллизации наиболее глубинных гранитов. Для других эта граница могла бы протянуться приблизительно до 600°С.

В пегматитах кварц этого рода встречается в первых фазах эволюции породы, а в поздних фазах — первичный низкотемпературный кварц (кристаллизовавшийся непосредственно ниже точки трансформации). Таким образом, кристаллизация здесь развивалась с той и с другой стороны температуры трансформации. Кажется, что дело обстоит таким же образом и в некоторых гранитах, где кристаллизация могла продолжаться и при более низких температурах, например граниты с миаролитовыми включениями.

Рассмотрим теперь верхнюю границу температуры кристаллизации гранитного кварца. Она ниже температуры лав, так как в граните никогда не находят тридимита или кристобалита — состояний кремнезема, устойчивых при высоких температурах. Более того, как отмечает С. Дж. Шенд, в обломках кварцевых пород, попавших в потоки лав, кварц изменяется в тридимит. Подобные же включения, обычные в плутонических породах, в особенности в гранитах, никогда не проявляют такой трансформации. Природные месторождения тридимита находятся в лавах; в некоторых из них его сопровождает более редкий кристобалит.

Сошлемся на диаграммы температура — давление равновесия и плавления кремнезема, сухого и в присутствии воды (фиг. 63), по Ж. Виару. Принимая во внимание, что среда кристаллизации гранита всегда содержит некоторое количество воды, видно, что кварц мог бы начать кристаллизоваться, начиная приблизительно с 1100°С, если давление выше 1,5 кбар. Это соответствует роли воды, как «минерализатора»: «в сухую» кремнезем начал бы кристаллизоваться около 1700°С, проходя через кристобалит и тридимит при малых давлениях, и непосредственно в форме кварца, начиная с 5 кбар. Однако, практически, цифра 1100°C является чересчур высокой, так как исследования многочисленных ученых, таких как Добре, Ж. Фридель, Ж. Виар и Г. Саботье и др., вполне доказали, что щелочные элементы, вездесущие в природных растворах, значительно снижают температуры кристаллизации кварца и многочисленных силикатов.

Полевые шпаты. Полевые шпаты гранита представлены так называемыми «низкотемпературными» разностями. С давних пор известно, что ортоклаз гранита никогда не относится к типу санидина, напротив, частого в лавах. Это, по-видимому, связано с тем, что температура не превышала 900°С. Микроклин, отсутствующий в лавах, очень часто встречается в гранитах; это — низкотемпературная форма. Для плагиоклазов, в которых по кристаллографическим данным выделяются низкотемпературные и высокотемпературные разности, именно первая представлена в гранитах, по крайней мере в преобладающей массе.

Однако эффекты распада твердых растворов, наблюдаемые в натро-калиевых и известково-натровых полевых шпатах, побуждают к мысли о возможности эволюции этих полевых шпатов после их кристаллизации: например, структурные изменения в результате перехода беспорядок — порядок в кристаллической решетке. Признаки эндометасоматоза также указывают на значительную переработку горной породы после ее главной кристаллизации. Из этого следует, что получаемые по полевым шпатам термометрические указания для главной фазы образования гранита могут быть спорными.

Некоторые щелочные лейкократовые граниты, характеризующиеся обильным пертитовым распадом в первоначально натрокалиевом полевом шпате, названы «граниты гиперсольвус». В самом деле, полевошпатовый твердый раствор, сначала кристаллизовавшийся однородным образом, раздвоился в пертит, когда температура опустилась ниже температуры сольвус. А этот сольвус известен: при давлении 1—2 кбар его температурный максимум находится около 650°С. Таким образом, полевой шпат гранита гиперсольвус кристаллизовался при температуре, более высокой, чем значения, близкие к 650°С для глубины 4—7 км.

Термический минимум Таттла и Боуэна. О.Ф. Таттл и Н.Л. Боуэн составили диаграммы ликвидус системы кремнезем — альбит — ортоклаз в присутствии водяного пара при давлениях 500, 1000, 2000, 3000 бар. Форма этих диаграмм выявляет котектическую точку минимальной температуры, близко соответствующую равенству соотношений трех составных частей. Эта точка представляет собой термический минимум, определенный для каждого давления. Она определяет состав смеси, которая кристаллизуется при самой низкой температуре. Эти температуры располагаются между 770 (для 500 бар) и 670°С (для 3000 бар). Это — точка схождения, к которой стремится состав жидкой фазы к концу своей фракционной кристаллизации, каким бы ни было его первоначальное соотношение кремнезем — альбит — ортоклаз. При давлении выше 3600 бар этот минумум, вероятно, представляет собой настоящую эвтектику.

Хотя химический состав гранита заметно отличается от вышеуказанной смеси, здесь имеется интересное указание на минимальную температуру, ниже которой гранитная жидкость имеет мало шансов существовать (примерно 700°С при литостатическом давлении порядка 7 км глубины). Однако присутствие других, чем вода, пневматолитов, могло бы понизить эту температуру, как и развитие в конце кристаллизации давлений, превосходящих литостатическое давление.

С другой стороны, напомним результаты, полученные путем экспериментального анатексиса, т. е. действием, обратным предыдущему эксперименту. Было установлено, что значительное, хотя и неполное плавление природных горных пород происходит при температурах, варьирующих между 600 и 800°С, в зависимости от природы исходной породы, и при давлении 2000 бар. Полученная жидкость аналогична смеси Таттла и Боуэна. Следовательно, наблюдается хорошее соответствие в порядках величин температур.

Метод коэффициентов распределения. Когда химический элемент включается в два минерала, которые кристаллизуются одновременно, происходит их разделение по отношению, называемому коэффициентом распределения, который в основном зависит от температуры и давления. Т. Ф. Барт сформировал геологический термометр по коэффициенту распределения натрия между сосуществующими ортоклазом и плагиоклазом. Однако его результаты, как это показал Ж.Т. Ийяма, являются приближенными, потому что рассматриваемые твердые растворы в действительности в данном случае не являются «идеальными». Он показал также, что коэффициент распределения заметно зависит от химического состава двух сосуществующих полевых шпатов и усовершенствовал термометр Барта.

С другой стороны, распределение различных элементов (Rb, Cs, Sr, Ba) было изучено Ж. Т. Ийямой, а распределение Na, К, Li, Rb, Cs — Ж.Л. Карроном и М. Лагашем для пар гранитных минералов.

Этот метод исследования кажется пригодным для очень интересных применений. Уже полученные результаты согласуются с цифрами температуры, оцененными, исходя из других соображений, но они, вероятно, приведут к более точным оценкам.

Заключение. Обычно принимается, что кристаллизация гранита происходит в интервале 900—600°С, в соответствии с правилом парагенезиса Розенбуша, по которому в обычных гранитах кварц кристаллизуется в конце. Связь гранита с пегматитами, где сосуществование двух кварцев указывает на температуру, располагающуюся с той и другой стороны от 600°С, дает нижнюю границу температуры кристаллизации кварца гранита на малой глубине в земной коре. Эта нижняя граница могла бы быть более высокой на больших глубинах (по вариации температуры точки перехода между двумя кварцами). Кроме этого, все температуры последовательных фаз кристаллизации других минералов, предшествующих кварцу, вероятно, также смещаются вверх, если в среде отмечается недостаток воды.

Интервал 900—600°С охватывает зону температур, вне которой маловероятна кристаллизация гранита (за исключением конечной переработки ниже 600°С). Ho ничто не обязывает думать, что все граниты использовали весь этот интервал между началом и концом своей кристаллизации. Для некоторых из них вся эволюция могла совершиться в окрестностях 600°С. Серии регионального метаморфизма, очень хорошо изученные в отношении условий давление — температура, дают согласующиеся результаты. Глубинные граниты (чарнокиты) находятся в равновесии с глубиной катазоной при температуре порядка 800°С, а граниты мезозоны — с амфиболитовой фацией метаморфизма с температурами порядка 600°С. Граниты эпизоны равновесны со своим обрамлением и, таким образом, не характеризуют интервал температур кристаллизации гранита.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: