Количества расплава, образованного при частичном плавлении в различных кинетических моделях поднимающегося мантийного дианира, распространяющегося по латерали на астеносферных глубинах, были рассчитаны Е. Оксбургом и Д. Тюркоттом и показаны графически на рис. 25. Хотя эта модель основана на некоторых допущениях но температуре, размерам, скорости и направлению движения и т. д., ясно одно: в этой ситуации нет локализованного объема, в котором осуществляется частичное плавление, а в течение длительного периода времени существует обширный район, где можно ожидать различных пропорций расплава, находящихся в равновесии с мантией. Предположительно должна быть тенденция к просачиванию расплава вверх (из-за его более низкой плотности), в краевые части района плавления, в котором собственная степень плавления меньше, так как мантийные вмещающие породы находятся при (или около) солидусных температурах. Ясно одно, что на некоторой стадии различные физические явления должны изменить генерацию расплава, находящегося в равновесии с мантией, и магма будет обособляться в отдельные жидкие тела и подниматься вверх. Эго интересная проблема, на которую в будущем можно дать ответ в результате синтеза теоретических и экспериментальных данных, а также интерпретации структур ряда частично расплавленных лерцолитовых нодулей с закаленными расплавленными фазами. Расплав будет продолжать свой подъем до верхних коровых уровней по проводящим каналам в сравнительно холодной и хрупкой литосфере и коре при температурах, субсолидусных по отношению к расплаву. В этой ситуации следует ожидать, что расплав должен вести себя, как в более или менее закрытой системе, и подвергаться кристаллическому фракционированию.
Оценка возможного масштаба, сложности и временного интервала всего процесса магмaгeнерации в мантии имеет свои трудности. Можно выделить, хотя бы теоретически, первичный расплав, образовавшийся в результате приближения к равновесному частичному плавлению в мантии, и первичную магму, относящуюся к отдельным обособленным телам магмы, что неизбежно следует после частичного плавления и каких-либо процессов зонной очистки, сопровождающих это обособление.
Имеется ряд предполагаемых сложностей, возникающих при рассмотрении процессов эволюции магмы на мантийных глубинах.
1. Зонная очистка: это промышленный процесс очищения слитков металла путем медленного пропускания их через источник тепла, так, что образуется зона частичного плавления, и она движется вдоль слитка. Примеси, имеющие более низкие точки плавления, постепенно концентрируются в небольшой фракции расплава, который может быть удален с края слитка, оставшаяся часть представляет собой брусок чистого металла. По аналогии с этим процессом предполагается, что во время частичного плавления и движения интерпретационной расплавленной жидкости в мантии, где неоднократно будет происходить плавление, может образоваться расплав значительно богаче несовместимыми элементами, чем тот, который, возможно, возникнет в результате какого-либо процесса равновесного плавления в фиксированном объеме мантии. Масштаб этого процесса трудно оценить экспериментально. Следует ожидать, что он может быть уравновешен нехваткой расплава, равновесного с внешней частью кристаллов решетки, содержащей частичный расплав, благодаря очень незначительной скорости диффузионных процессов в кристаллах. Действительно, размер зерен мантийных пород может бить существенным фактором для определения содержаний несовместимых элементов в образованных расплавах. Тем не менее некий процесс, сходный с зонной очисткой, необходим особенно для объяснения высоких концентраций несовместимых элементов в более щелочных базитовых магмах.
2. Реакция с вмещающими породами: соображения по этому вопросу до некоторой степени сходны с вышеизложенными, но можно рассматривать это явление и специально для всякого дальнейшего взаимодействия магмы и включающей ее мантии, находящихся в различном (незначительном) взаимодействии во время постсегрегационной стадии.
3. Фракционирование: в поднимающейся магме кристаллизация происходит при охлаждении, а в идеальном случае там, где ей будет способствовать реакция с вмещающими породами в охлажденной зоне у закристаллизованной кромки на границе с более холодными вмещающими породами. Быстрый подъем магмы может привести к появлению расплавов, перегретых относительно ликвидус них температур, при пониженных давлениях, если уменьшение температуры из-за отвода тепла не сможет компенсировать разницу между адиабатическим градиентом и градиентом изменения температур ликвидуса. Природа фаз, кристаллизующихся на глубине из магмы особого состава, изолированной от ее мантийного источника, в условиях закрытой системы может быть определена исходя из экспериментальных данных. Вероятное значение фракционирования в этих условиях наиболее четко определено М. О’Харой. Б. Джеймайсон отмечал, что фракционирование поднимающейся основной магмы может быть осложнено политермическими и обусловленными ими полибарическими явлениями. Например, фракционирование может произойти при температурах значительно более низких, чем в солидус-ликвидусном интервале, в сочетании реакции с вмещающими породами и в равновесии с четырьмя мантийными фазами и, таким образом, удерживая состав эволюционирующей магмы вблизи равновесных составов первых образованных расплавов при определенных давлениях. В этом случае, вероятно, нельзя отличить магматическую эволюцию от магмообразования только по составам главных петрогенных элементов. Однако фракционирование может произойти только в ограниченном интервале температур вблизи температур ликвидуса, и, теоретически, магма может подниматься в режиме давления (если достигнуты новые равновесные условия с четырьмя мантийными фазами), который должен отразиться в различном составе магмы. Большое разнообразие возможных ситуаций настолько затрудняет их моделирование, что возникает вопрос о его целесообразности.
4. Ассимиляция: в смысле продолжающегося увеличения количества расплава во время частичного плавления — это ассимиляционный процесс, который однако протекает в области магмагенерации. Сконцентрированная первичная магма, поднимаясь по проводящим каналам во вмещающих породах, находящихся в субсолидусном состоянии, изолирована от них в результате образования охлажденных краев, что исключает возможность ассимиляционных процессов. Более того, следуя принципам Н. Боуэна, базнтовые магмы не могут легко ассимилировать мантийные породы, а ассимиляция сиалических коровых пород базитовой магмой ограничена реальными условиями. У. Файф отмечает, что в том случае, когда базитовая магма будет подниматься быстро относительно сравнительно плотной мантии, но значительно менее свободно в коровом материале (если литосферное гидростатическое тепло, существующее в условиях магматической «отвесной системы», не направляет базитовую магму быстро и неотвратимо к поверхности), замедление подъема к поверхности (т, е. не в тех условиях, где режим растяжения способствует образованию трещин) приведет к образованию «бассейнов» базитовой магмы на разделе мантия—континентальная кора. Таким образом, в течение длительного промежутка времени может произойти значительная ассимиляция сиалических пород в верхних горизонтах коры — возможность, упоминавшаяся ранее и соответственно четко подтверждающаяся данными по изотопии стронция и полевыми исследованиями плутонических комплексов ОПСЗ (расположенных над зоной Беньофа).
Главная