Файл: Осипов М.А. Контракция гранитоидов и эндогенное минералообразование.pdf

Возможность образования пегматитов за счет гравитационного подъема газовых пузырьков в магме

Автором ранее уже была кратко рассмотрена возможность автоном­ ного гравитационного подъема газовых пузырьков в кислых магмах

(Осипов, 1966).

Очевидно, для того, чтобы где-то в верхней части интрузива обра­ зовалось пегматитовое тело изометричной формы за счет газовых пу­ зырьков, возникших тем или иным способом в толще расплава, необхо­ димо, чтобы эти пузырьки поднялись вверх, объединились в каком-то локальном участке, и плотность "газового" раствора была достаточно велика для образования монолитной пегматитовой породы, в том числе без пустоты.

По данным стекловаров и металлургов, подъем газовых пузырьков в силикатных расплавах происходит в заметной степени только при вязкости их не более 10 пуаз (Тамман, 1935; Дралле, Кеппелер, 1935-1938; Варгин и др., 1937; Иебсен-Марведель, 1941; Орининский,

дяного пара при кипении в нормальных условиях. Размер пузырьков . обычно не более 1 мм.

Как указывалось, вязкость кислых магм в рассматриваемых услови­ ях во многих случаях можно полагать около 10® пуаз. Следовательно, в среде такой вязкости пузырьки газа тех же размеров и плотности подниматься не будут. Очевидно,, что при большей вязкости магмы, особенно при достижении ею свойств неньютоновской жидкости и боль­ шей плотности газа, что более реально в глубинных условиях, вероят­ ность автономного подъема газовых пузырьков будет еще меньше.

Скорость подъема газовых пузырьков можно приблизительно высчи­ тать, например, по усовершенствованной формуле Стокса:

(91

к9л

где g - ускорение свободного падения, г - радиус пузырька,р и Рж - соответственно, вязкость и плотность жидкой среды, рр - плотность газа в пузырьке, к - коэффициент, равный в случае жидкой среды и

2

газового пузырька — (Китайгородский, 1950).

О

Плотность расплава гранита в справочниках не найдена. Известна плотность стекла состава гранита (2,376 - 2,446 г/см®). Для диорита уменьшение плотности расплава по отношению к плотности его стекла составляет около 3,7%. Если принять такое же уменьшение плотности расплава по отношению к его стеклу для гранита, то плотность рас­ плава гранита в нормальных условиях будет равна 2,322 г/см®. С уче­ том же. некоторого содержания влаги и других летучих эта величина, вероятно,будет близка к 2,2 г/см®.

37

О плотности газа, сосуществующего с гранитной магмой при дав­ лениях и температурах пегматитообразования, можно судить по экспе­

парциальная плотность растворенного вещества будет равна 0,11 г/см®. Плотность самого водяного пара в рассматриваемых условиях (900-

маться со скоростью 0,000000016 см/сек или 0,005 м/гоц. Из расчета следует, что для того, чтобы такой пузырек переместился вверх в жид­ кости принятой вязкости на 1 км, нужно 200 000 лет. Естественно, что если плотность газа была бы больше принятой, то движение пузырька было бы медленней. Но 200 000 лет - время, достаточное для полного отвердевания небольших и средних интрузивов. Мы снова приходим к выводу, что автономный подъем газовых пузырьков в интрудировав-

бы оказывать существенное влияние их размеры. Можно полагать, что размеры газовых пузырьков, возникающих в магмах на глубинах несколь­ ких километров, не могут быть большими. Принятый в расчет размер (1 мм в диаметре) можно рассматривать как завышенный. Спонтанные процессы образования новой фазы в физическом смысле - это процессы образования мельчайших зародышей этой фазы, что в полной мере от­ носится и к образованию газовой фазы в жидкости в результате сниже­

ния давления ( ч. I, к). Мгновенное возникновение более или менее значи­ тельных объемов новой фазы в какой-либо точке такой среды при более

или менее постепенном изменении условий состояния, стимулирующих процесс пузыреобразования, невозможно. Устойчивый равновесный раз­ мер ( радиус) возникшего пузырька газа в жидкости, насыщенной этим газом, определяется уравнением:

38

сложных силикатных расплавов, в том числе содержащих SiC>2 до 84%, поверхностное натяжение составляет примерно 200-600 дин/см (Аплен и др., 1952; Пепелъ, 1958; Есин, 1960 ; Чижиков, Дейнѳка, 1961 и др.). О .А , Есин (1960) указывает, что эти величины характерны вообще для ионных жидкостей, каковыми являются и магмы. Следовательно, если бы такой расплав был насыщен водой и интрудировал из глубин поряд­ ка 30 км в область глубин 3 км (сниже-чие давления, исходя из лито­ статической нагрузки, ~ 8000-800 = 7200 атм ), то размер устойчивого пузырька водяного газа был бы равен

газа в жидкости может происходить, например, при подъеме пузырька вверх. В этом случае увеличение происходит как вследствие диффузии растворенных компонентов из жидкости в пузырек при его соприкосно­ вении с новыми участками жидкости, так и вследствие простого рас­ ширения при уменьшающемся воздействии давления столба жидкости. Такое явление легко наблюдать в маловязких жидкостях, например в открытой бутылке газированной воды и др. Если пузырек не поднима­ ется и растворенные частицы в него не диффундируют, то он не увели­ чивается. Препятствием для подъема пузырька может служить вязкость жидкости, являющаяся столь же значительным препятствием и для про­ цесса диффузии в жидкостях.

Другим принципиально возможным механизмом увеличения пузырь­ ков могло быть их слипание (коалесценция). Однако в высоковязких, полимеризованных, тем более охлаждающихся жидкостях можно увидеть непреодолимые препятствия и для этого механизма. Первое из них - неподвижность пузырьков; второе - наличие на границе фаз более плот­ ных пленок. Поверхностные плотные пленки имеются во всех жидкос­ тях, но в расплавах силикатов они имеют особенно ярко выраженное структурированное квазикристаллическое строение. Это отмечается в многочисленных работах металлургов, стекловаров, физиков. Например,

тельству В .Г . Корпачева (1962), поверхностные пленки сложных сили­ катных расплавов могут обладать "вязкостью твердых тел". Это обстоя­ тельство используется в промышленности для получения искусственных пемз, пеностекла и т.п. Искусственные пемзы из расплавов шлаков по­ лучают при вязкости последних не более 10^ пуаз, но и в этом слу­ чае при толщине перегородок между пузырьками 0,2-0,03 мм они не слипаются (Солинов, Панкова, 1959; Орининский, 1960; Попов, Влади­ мирова, 1960 и др .). Таким образом, вероятен вывод, что и в магме слипания пузырьков газа не происходит, и размеры их остаются более или менее стабильными, мелкими.

39

Все приведенные рассуждения проделаны при допущении, что магма гомогенна, обладает неизменной вязкостью 10® пуаз и механических ' свойств не меняет. Но поскольку интрузив - система охлаждающаяся (магма содержит твердую фазу, в процессе остывания приобретает все большую вязкость и структурированность), то очевидны еще большие и непрерывно увеличивающиеся трудности в росте, объединении и подъ­ еме газовых пузырьков.

Об отсутствии -автономного подъема газовых пузырьков в интрудировавших кислых магмах свидетельствуют и геологические наблюде­ ния. Если бы такой подъем был возможен, то каждый массив гранитоидов был бы окружен сплошной оболочкой пород со следами интенсив­ ного выноса. Как известно, в природе этого не бывает. Соответствую­ щие минерализации вблизи интрузивов распространены лишь местами, имея особые причины такой локализации (ч. II, гл. 6).

Допустим, что подъем и объединение мелких пузырьков газа в гра­ нитных магмах все-таки происходит, и они образовали где-то в верх­ ней части интрузива единый пузырь, соизмеримый с телом камерного пегматита. Чтобы из такого пузыря возникла пегматитовая порода, необходимо, чтобы газ обладал плотностью примерно такой же, какую имеет сам магматический материнский расплав. Пегматиты состоят

восновном из тех же минералов и примерно в том же количествен­ ном соотношении, что и материнские породы, и пустоты имеют не всегда. Как указывалось выше, содержание растворенных компонентов

вгазе, сосуществующем с гранитной магмой при давлениях и темпе­ ратурах пегматитообразования, по экспериментальным данным не бо­

ли же представить, что этот "газ" обладает плотностью, сопостави­ мой с плотностью материнского расплава, никакой речи о его авто­ номном подъеме не может быть вообще.

Возможность образования пегматитов в результате ликвации

Если бы в магме появились какие-то изодарованные объемы несмешивающейся жидкости иного состава, мы говорили бы о другом процессе - о ликвации. В геологической литературе этим термином пользуются довольно широко, привлекая механизм ликвации для объяс­ нения возникновения рудоносных флюидов и других петрологических и тому подобных построений, в том числе и для объяснения образования, пегматитов.

В отношении реальности механизма ликвации в образовании камер­ ных пегматитов можно сказать следующее.

Во-первых, еще не доказано, что гранитный и остаточный пегма­ титовый расплавы-даквирующие жидкости. Наоборот, физико-химичес­ кие работы однозначно указывают на последовательный характер их существования в процессе кристаллизации, что исключает образование пегматитов. Разумеется, нельзя совершенно исключать всякую ликва-

40