Магматическая дифференциация и эволюция

Магматическая дифференциация — это совокупность процессов, посредством которых изначально однородная магма диверсифицируется в ряд составов магматических пород.

Definition

Процессы, главным образом фракционная кристаллизация, ассимиляция и смешение магм, которые приводят к композиционному разнообразию из родительской магмы.

Scope

Эта тема охватывает механизмы, изменяющие состав магмы во время охлаждения и подъема: фракционная кристаллизация и оседание кристаллов, ассимиляция вмещающих пород, смешение и взаимопроникновение магм, несмешиваемость жидкостей, а также использование микроэлементов и изотопов для отслеживания этих процессов. Объясняется, как примитивные базальтовые магмы эволюционируют в сторону промежуточных и кремнекислых составов.

Core questions

• Как фракционная кристаллизация приводит магму к кремнекислым составам?
• Какую роль играют ассимиляция и смешение магм в дифференциации?
• Как микроэлементы и изотопы позволяют различать механизмы дифференциации?
• Почему расслоенные интрузии фиксируют накопление кристаллов?

Key theories

Фракционная кристаллизация

Прогрессивное удаление рано образовавшихся кристаллов из остывающей магмы путем оседания или отделения жидкости оставляет остаточные расплавы, обогащенные несовместимыми элементами и кремнеземом, что является доминирующей причиной магматического разнообразия.

Ассимиляция и смешение магм (AFC)

Магмы также могут эволюционировать путем включения расплавленных или растворенных вмещающих пород и путем смешивания с магмами, отличающимися по составу; комбинированные модели ассимиляции-фракционной кристаллизации объясняют химические и изотопные тренды, которые не могут быть объяснены простой кристаллизацией.

Clinical relevance

Дифференциация объясняет химическое разнообразие вулканических провинций и интрузий, контролирует концентрацию экономически важных элементов в рудообразующих магмах и имеет важное значение для реконструкции петрогенетической истории, зафиксированной в магматических комплексах.

History

Боуэн отстаивал фракционную кристаллизацию как основной процесс эволюции магмы в 1920-х годах; более поздние исследования расслоенных интрузий, таких как Скаергаард, Уэгером и Брауном, непосредственно задокументировали накопление кристаллов, в то время как методы микроэлементного и изотопного анализа в конце двадцатого века выявили важность ассимиляции и смешения.

Debates

Относительная важность кристаллизации по сравнению с ассимиляцией и смешением

Петрологи долго спорили о том, возникает ли разнообразие магматических пород главным образом в результате фракционной кристаллизации в закрытой системе, как утверждал Боуэн, или требует значительной ассимиляции и смешения магм в открытой системе; современные изотопные данные подтверждают комбинированный подход, варьирующийся в зависимости от условий.

Key figures

• Norman L. Bowen
• Lawrence Wager
• John D. Winter

Seminal works

• bowen1928
• winter2013

Frequently asked questions

Что такое фракционная кристаллизация?

Процесс, при котором кристаллы, образующиеся на ранних стадиях остывания магмы, отделяются от оставшейся жидкости, постепенно изменяя состав остаточного расплава.

Может ли одна и та же магма производить как базальт, так и гранит?

Интенсивная фракционная кристаллизация базальтового расплава может привести к образованию небольших объемов гранитного остаточного расплава, хотя большинство гранитов также образуется при плавлении и ассимиляции коровых пород.