ГлавнаяВероятно, этот тип дифференциации характерен для крупных плутонов расплавленной магмы, подвергавшейся медленной кристаллизации. При изучении развития процесса кристаллизации во времени обращает на себя внимание затвердевание тонкой краевой оболочки переохлажденной жидкости — образование закаленной кромки, которая обычно рассматривается петрологами как индикатор состава исходной магмы интрузии. Внутри этой застывшей оболочки скорости потери тепла и кристаллизации сдерживаются скоростью отвода тепла во вмещающие породы и скрытой теплотой кристаллизации, постепенно уменьшающейся. Это приводит к равновесию застывающих кристаллических минеральных фаз с жидкой магмой вблизи стенок магматической камеры Таким образом, эти первые кристаллизующиеся минералы будут соответствовать тем, которые кристаллизовались бы из общею объема расплава. Например, в случае основной магмы образуются сравнительно более кальциевый плагиоклаз и более магнезиальный авгит. Кристаллизующиеся агрегаты не будут на 100 % твердыми, а будут содержать некоторую часть интерстициальной жидкости. Если эта жидкость рассеяна и дальнейшая кристаллизация происходит в закрытой системе, то конечная порода должна иметь химический состав, аналогичный составу исходной магмы и, таким образом, дифференциация не произойдет. Однако ранние кристаллы, обладающие преимущественными возможностями для роста, продолжают дальнейшую кристаллизацию из интерстиционной жидкой магмы при температурах, близких к тем, при которых возникли первые кристаллы. Следовательно, кристаллы могли бы увеличиваться с небольшим проявлением зональности или без нее. В результате дальнейшего развития первых продуктов фракционной кристаллизации установился бы градиент составов между жидкостью внутри кристаллической взвеси и большим объемом жидкой магмы, остающейся в магматической камере. Благодаря этому градиенту в жидком остатке вероятны диффузионные процессы, так что в новых порциях интерстициальной жидкости из магматической камеры, содержащих элементы, отвечающие сравнительно тугоплавким минеральным фазам, будут меняться концентрации тех элементов, которые не требуются для кристаллизации тугоплавких минералов. Это не приводит к завершению диффузионных процессов, но даже если они действуют лишь частично, то их продолжающееся совместное воздействие выражается в заметной степени фракционирования, что неизбежно отразится в формировании зональности — появлении низкотемпературной жидкой магмы во внутренних частях интрузии и, следовательно, в магматической дифференциации, наблюдаемой в конечных кристаллических продуктах.
Так много теории, а как обстоит дело с доказательствами? Хорошим примером является дифференциация, наблюдаемая в мощных диабазовых силлах. Среди тел с однородными верхними и нижними закаленными эндоконтактами классическим примером служит толеитовый силл Палисадес, в котором отчетливо видно постепенное изменение состава, устанавливаемое по тому, что большая часть расслоенных кумулятивных структур (за исключением знаменитого оливинового слоя) с наиболее тугоплавкой минералогией в верхних и нижних частях тела сменяется более низкотемпературными парагенезисами не точно в центре, а в трех четвертях выше вверх по разрезу. Поскольку охлаждение и степень кристаллизации должны бы быть примерно одинаковы у верхнего и нижнего контактов, геометрия данного тела предполагает, что некоторая часть кристаллизовавшегося материала на верхнем разделе магма — твердое контактовое вещество могла быстро погрузиться, вероятно в виде поликристаллических агрегатов, слегка обогащенных более тяжелыми минералами. При этом в нижнем контакте не обязательно формируется отчетливая расслоенная серия пород, как в случае характерных крупных базитовых Интрузий. В качестве индекса фракционирования пород силлов можно использовать характеристики валовой химии или, вероятно, лучше одну из многих минералогических особенностей: 1) содержание анортита в плагиоклазе по разрезу силла; 2) Mg/Fe отношение авгитов. 3) состав и характер ферромагнезиальных минералов, а также постепенное изменение состава этих минералов, характеризующихся интересными фазовыми переходами, когда, в соответствии с экспериментальными работами, возможны переходы от ранних форстеритових оливинов к магнезиальным ортопироксенам и к менее магнезиальному пижониту и затем к сравнительно железистым фаялитовым оливинам; 4) присутствие небольших количеств микропегматитов, встречающихся в интерстициальных прорастаниях, в результате чего появляются типичные породы с белыми вкраплениями в приближенных к центру частях силлового сендвича (отчасти только благодаря постепенному увеличению зернистости в образце легко можно увидеть результат дифференциации пород силла, которые при изучении в шлифах оказываются более однообразными, чем это кажется при полевых наблюдениях). В силле Палисадес все характеристики пород последовательно меняются, в общем демонстрируя плавное изменение состава по направлению к более низкотемпературным разновидностям, как это было показано в классической работе Ф. Уолкера и позже объяснено К. Уолкером.
Аналогичным образцом вариаций состава являются породы контактовой и верхней краевой групп Скергаардской интрузии (Восточная Гренландия), хотя эта интрузия, конечно, более известна своей кумулятивной серией расслоенных пород. Краевая группа неоднородна по внешнему облику, слагающие ее породы имеют разнозернистый состав, иногда обладают полосчатостью, параллельной контактам интрузии, и местами содержат круглые, направленные вовнутрь дендритовые агрегаты плагиоклаза, так называемые «перпендикулярные полевошпатовые породы». Исходя из минерального состава, данные породы граничной группы содержат среди зональной серии, направленной к внутренним низкотемпературным разновидностям, сравнительно тугоплавкие продукты ранней кристаллизации, а в самой краевой части состоят даже из более высокотемпературных компонентов серии твердых растворов, чем породы, обнаженные в кумулятивном разрезе, нижние части которого скрыты под уровнем моря. Все особенности граничной группы успешно объясняются в терминах кристаллизации застывания.
Дайка Биннериндж (Западная Австралия) мощностью до 3 км, в целом имеющая базитовый состав, характеризуется согласованной вертикальной расслоенностью, сопровождающейся «нормальными» изменениями минерального состава при движении вовнутрь тела, особенно в краевой зоне мощностью примерно в несколько сот метров от закаленного края. Поскольку нет доказательств более позднего наклона тела, вертикальное положение и состав расслоенных пород позволяют предположить их происхождение скорее в результате кристаллизации застывания, чем гравитационного осаждения. Эти породы были названы куму латами застывания, которые, по мнению автора, могут быть даже более характерной чертой расслоенных интрузий, чем это представлялось прежде
Принято считать, что фракционирование путем простой кристаллизации застывания значительно более вероятно в интрузиях, образовавшихся из жидкой магмы, чем из кристаллической взвеси; такой процесс характерен для крупных интрузий, где скорость падения температуры сравнительно мала. Многие крупные элизомальные гранитные плутоны, которые, как установлено, образовались из магмы (это подтверждается достаточно многочисленным» примерами описания секущих контактов диоритовых и гранитных тел, в целом довольно кислого состава), несомненно, имеют те же признаки действия процессов кристаллизации застывания В качестве иллюстрации мы рассмотрим два зональных плутона: 1) плутон Шелер, который имеет весьма ярко выраженное зональное строение, и 2) плутон Танк-Лейк, обладающий сравнительно незначительными изменениями состава явно в связи с тем, что его родоначальная магма была значительно ближе по составу к остаточному тройному минимуму.
Плутон Шелер миоценового возраста внедрен в нижнемиоценовые андезиты и содержит ксенолиты осадочных пород, которые перекрывают древние палеоген-неогеновые пиллоу-лавы на о. Аналяска (Алеутские острова). Он имеет в плане овальные очертания с максимальным диаметром около 25 км, обнаженная площадь составляет свыше 250 км2. По характеру и значительному объему плутон Шелер является батолитом. Хотя этот термин постоянно) вызывает у петрологов ассоциации с более глубинными мезозональными телами, данный плутон, вне всяких сомнений, является эпизональным. Уплощенная кровля интрузии доступна для наблюдения в гористой внутренней части острова, где мощность разреза достигает примерно 1 км. Общий средний состав обнаженных пород плутона соответствует гранодиориту, и примерно на 70 % обнаженной площади они представлены гранодиоритами. Однако на фоне этого состава заметны существенные вариации (за исключенном внутренних контактов, которые не обнажены) от краевых пироксеновых диоритов до биотитовых адамелитов в центре. Одним из компонентов, увеличение концентрации которого умтановлено по направлению к центру тела, является вода, поскольку кристаллизация безводного первичного пироксена по направлению к центру сменяется образованием водных темноцветных минералов. Изоплеты таких минералогических параметров, как исчезновение пироксена, массовая доля в породах более 20 % кварца, присутствие более 20 % калиевого полевого шпата и необычная концентрация в центральных частях тела алланита (рис. 3), дают концентрически зональную картину строения плутона, объяснить которую, очевидно, можно с помощью модели кристаллизации застывания.
Плутон Танк-Лейк, расположенный в юго-восточной части района Мейн, также обнажается на значительной территории площадью около 175 км2. Состав закалочной зоны и рассчитанный средний состав интрузии на основании данных по ее обнаженной части соответствуют граниту (Sensi Stricto). В действительности этот расчетный валовый состав плутона близок к тройному минимуму, хотя массовая доля SiO2 (74—75 %) несколько ниже, а концентрация K2O (5%) превышает массовую долю Na2O (3,9%), что несколько выше, чем в гранитной эвтектике. Наблюдаемые зоны (опять-таки не имеющие резких контактов), выделяемые при движении от края к центру массива, представлены роговообманковыми, роговообманково-биотитовыми и биотитовыми гранитами, а также биотитовыми адамеллитами. Расположенные ближе к центру разновидности пород не являются кальциевыми, как об этом может свидетельствовать их название, а напротив, обладают самым низким цветным индексом и максимально высоким содержанием кремнезема среди других пород комплекса и, таким образом, имеют более низкотемпературные субсольвусные парагенезисы. Эффект увеличения содержаний рассеянной воды в кристаллизующейся магме в пределах закрытой системы застывающих пород (что устанавливается по присутствию минароловых пустот, обычных для центральной части) должен был уменьшить температуры кристаллизации. Темноцветные минералы ранних этапов кристаллизации, включая магнетит и эгирин-авгит, присутствуют в закаленных краевых частях; роговая обманка замещает пироксен и затем начинает преобладать во внешней зоне, а потом при движении к центру замещается биотитом, что является примером непрерывных реакционных серий. Акцессорные минералы представлены апатитом, цирконом, сфеном, алланит-эпидотом и флюоритом. Хотя вариации составов пород плутона Танк-Лейк не велики, он интересен еще и тем, что в нем установлена система миграции водных флюидов, обогащенных кремнеземом во время кристаллизации. Таким образом, эта интрузия, очевидно, является еще одним примером дифференциации во время кристаллизации застывания, при которой увеличение концентрации воды также играет значительную роль в понижении температуры магмы и влияет на состав темноцветных фаз и полевошпатовую минералогию.