ГлавнаяЭкспериментальные данные, ссылки на которые приведены в предыдущих разделах, позволяют говорить о том, что небольшие степени плавления будут давать расплавы, находящиеся в равновесии с несколькими мантийными фазами, при этом составы данных расплавов определяются особыми давлениями и температурами и могут быть определены экспериментально. При увеличивающихся степенях плавления после авгита растворяется и глиноземистая фаза; ясно также, что все расплавы, образовавшиеся из лерцолитового перидотита, будут более обогащенными нормативными гиперстеном и оливином и более магнезиальными, так как прогрессивно увеличивающиеся количества магнезиального гиперстена и оливина входят в расплавленную фазу. Соображения относительно возможного воздействия фракционирования на первичные магмы вносят дополнительные сложности в проблему петрогенеза. Как отмечает Ф. Гаст, содержания рассеянных элементов в основных породах варьируют в более широких пределах, чем концентрации главных породообразующих оксидов (в идеальном случае определенные по свежим эфировым основным лавовым потокам); установленные содержания рассеянных элементов должны иметь некоторое значение в петрогенезисе и частично могут пролить свет на эти проблемы.
В качестве примеров возможной ситуации во время петрогенезиса и используемых принципов рассмотрим поведение двух весьма различных рассеянных элементов — Ni и Rb.
Эксперименты показали, что в равновесной системе оливин — основной расплав и, конечно, в системе перидотит — основной расплав Ni имеет отчетливую тенденцию к вхождению в твердую фазу. При низких концентрациях Ni, исходя из условий равновесного плавления и принимая другие простейшие допущения, коэффициент распределения [определенный как: (концентрация Ni в жидкой фазе)/(концентрация Ni в твердой фазе)] должен быть постоянным. Принимая содержания Ni в мантии как 3200 г/т и коэффициент распределения 1:12 для никеля между расплавом и оливином, можно арифметически построить кривые, показанные на рис. 46, а, иллюстрирующие изменения концентраций как в жидком расплаве, так и в остаточном твердом веществе мантии для различных количеств расплава в равновесных условиях. При гаком подходе не учитываются эффект селективного плавления некоторых фаз и, конечно, другие сложности (хотя в действительности оливин является и главным компонентом мантии, и остаточным компонентом мантийного вещества, подвергающегося прогрессивному плавлению, и в то же время главным концентратором мантийного никеля). Однако в принципе ясно, что магма, находящаяся в равновесии с мантийным веществом, подходящим для образования различных пропорций расплава, должна обладать до некоторой степени одинаковым низким содержанием никеля. Тем не менее, однажды отделившись от своего мантийного источника и подвергаясь раннему фракционированию кристаллов оливина (характерному почти для всех базитовых расплавов), такой расплав должен был очень быстро обедняться никелем. Используя тот же коэффициент распределения расплав—оливин (рис. 46,б), можно показать большие изменения концентраций никеля в расплаве, первоначально содержащем 360 г/т Ni и подвергшемся умеренному фракционированию оливина, Таким образом, концентрации Ni незначительно отличаются в основных магмах, образовавшихся при различных степенях частичного плавления мантии (хотя следовало бы ожидать, что содержания Ni должны быть довольно высокими в таких расплавах, как коматиитовые, образовавшиеся, по расчетам, при особо высоких степенях частичного плавления), однако они находятся в тесной зависимости от раннего фракционирования оливина.
Рубидий является примером несовместимого элемента, т. е. одного из тех, вхождение которых в кристаллическую решетку главных мантийных фаз затруднено, и следовательно, они преимущественно концентрируются в первичных расплавах. Принимая содержание рубидия в мантии 0,5 г/т и коэффициент распределения около 30, что благоприятствует вхождению этого элемента в жидкую фазу, концентрации Rb для различных пропорций расплава будут соответствовать графику, приведенному на рис. 47, а. Снова следует отметить, что это возможно, исходя из теоретических идеализированных равновесных условий, принимая некоторые упрощенные допущения и не учитывая значительный эффект, связанный с процессом зонной очистки в естественных условиях. В самом деле, в противоположность поведению Ni имеются очень большие и отчетливые различия, в остальном изменение концентраций сходно между содержаниями Rb в расплавах, образовавшихся при очень незначительных и более высоких степенях плавления, Учитывая, как прежде, умеренное количество оливина, фракционированного в первую очередь, а также исходя из того, что Rb совершенно не входит в отделявшийся оливин, рис, 47, б показывает, что общее содержание Rb в расплаве, составляющее, например, 6 г/т, не будет сильно увеличиваться во время раннего фракционирования оливина или фракционирования любого другого минерала (например, ортопироксена, в который Rb не входит в сколько-нибудь значительных количествах).
Концентрации Rb, как и содержания других несовместимых элементов, являются геохимической сигнатурой, позволяющей оценить степень позднего фракционирования без существенных изменений и дающей четкое определение прочих параметров пропорций плавления, возможно, повышающегося процессами зонной очистки, действующими во время образования первичной магмы.
Абсолютное или относительное обеднение определенными специфическими элементами будет указанием на фракционирование фаз, в которых они распределяются из первичных или последующих родоначальных магм (например, Ni входит в оливин, Eu — в плагиоклаз, V — в магнетит, Ti — в керсутитовый амфибол, Na в сочетании с К — в омфацит, тяжелые РЗЭ — в гранат и клинопироксен). Вариации количеств этих и других элементов в сериях магматических пород должны отражать характер последовательности и количество фракционированных солидусных минералов или особенность фракционирования в смысле дифференциации.
Существует и другая возможность, при которой относительное обеднение определенными рассеянными элементами может быть не показателем фракционирования, а результатом процесса магмогенерации и равновесия с особой фазой (или фазами). Типичным примером является распределение нормализованных по хондритовым содержаний РЗЭ в основных породах. Например, в кристаллическую решетку более легко входят меньшие (более тяжелые), а не легкие РЗЭ, таким образом, формирование небольших количеств магмы на глубинах, где гранат является стабильной глиноземистой фазой, приводит к образованию расплавов, обогащенных легкими РЗЭ.
Обсуждение, изложенное выше, в значительной степени достаточно идеализировано исходя из допущения равновесных условий, в которых протекают рассмотренные процессы. Во время частичного плавления, происходящего, очевидно, вдоль границ зерен, вероятно, недостаточно времени для диффузии, по сравнению с ситуацией, когда достигается равновесие все еще твердых внутренних частей кристалла и расплава (в самом деле, изучение мантийных модулей показывает существенные различия в изотопном составе разных мантийных фаз, указывая на то. что изотопное равновесие в результате диффузионных процессов между присутствующими минералами в мантии не было достигнуто даже в течение очень длительных периодов. Ожидаемые эффекты распределения довольно сложны: они могут уменьшаться в результате этого процесса или повышаться явлениями зонной очистки.
В целом концентрации рассеянных элементов в основных расплавах должны быть проверочными в моделировании процессов образования магмы и ее эволюции. По этому вопросу особенно полезно ознакомиться с дискуссией К. Аллегре и Дж. Минстера, а также с методами построения моделей, основанных на поведении рассеянных элементов для проверки различных гипотез.