ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы в осевых магматических резервуарах из "Океанический рифтогенез" Перейдем к рассмотрению процессов в подосевом очаге, включающих кристаллизацию и смешение магм. Представленные в литературе модели подосевых очагов можно подразделить на четыре основных класса, классификация которых была дана в табл. 4,1. [c.170] В предыдущих разделах были рассмотрены факторы, определяющие форму и размеры осевой магматической камеры и ее эволюцию. Размеры камеры, форма ее кровли и стенок имеют большое влияние на процессы, происходящие внутри очага, такие как кристаллизация и перемешивание магм, типы магматических извержений и т.д. [c.170] Как известно, различающиеся по составу магмы могут смешиваться непосредственно перед или в течение процесса извержения из очага. Процесс перемешивания в магматических очагах многообразен, поэтому в последние годы возрос интерес к анализу конвективных движений расплавов в очаге [193, ИЗ]. Выпадение кристаллов все реже рассматривается как доминирующий процесс кристаллизации магматического очага. Многие исследователи считают, что кристаллы зарождаются и растут вблизи дна и стенок камеры. Если это так, то возможна лишь частичная кристаллизация, когда обедненное жидкое мантийное вещество удаляется в совместном процессе диффузии и конвекции. Был введен даже специальный термин конвективное фракционирование , чтобы подчеркнуть роль конвекции в различных процессах кристаллизации [539]. Эти выводы во многом подтверждаются лабораторными экспериментами [128]. [c.170] Конвективные процессы в магматическом очаге можно подразделить на два основных вида первый возникает при внедрении жидкой магмы из источника в объем, где происходит смешение, второй -это результат действия. подъемной силы Архимеда в протяженном объеф источника магмы. [c.170] Поскольку магма представляет собой многокомпонентную систему, применение к ней модели чисто термической конвекции, либо конвекции, обусловленной градиентами концентрации вещества, далеко не всегда оправдано. Физически более вероятной в этих случаях является модель двухдиффузной конвекции [539]. В этом виде конвекции действуют два потока первый обусловлен градиентом температуры (диффузионный поток энергии), второй - градиентом концентрации вещества (или нескольких веществ, как, например, в магме). Оба потока взаимодействуют друг с другом. Простейший пример - нагревание снизу раствора солей с некоторым градиентом концентрации. В этой ситуации раствор разбивается на ряд горизонтальных конвектирующих слоев, в каждом из которых температура и содержание солей перемешаны. Слои разделены поверхностями, через которые тепло и соль переносятся за счет молекулярной диффузии. [c.170] Экспериментальные исследования процессов кристаллизации солей в боксах, а таюке изучение слоистых интрузий дают основание предполагать, что процесс кристаллизации имеет место in situ у дна, стенок и крьшш магматической камеры. В отличие от лабораторных боксов в магматической камере существенна роль давления, поскольку погружение вещества на несколько километров от кровли камеры приводит к увеличению температуры плавления минералов со скоростью 3° С/км. Это приводит к тому, что у дна магматического очага магмы становятся более холодными относительно точки плавления, а в вышележащих слоях температура дальше от точки плавления. Соответственно, скорость зарождения кристаллов и их роста увеличивается с глубиной в камере. [c.171] В работе [184] представлена схема конвективных движений конечной стадии кристаллизации магматического очага, остывающего сверху. Как отмечалось, на ранней и средней стадиях эволюции большой магматической камеры основная часть кристаллизации идет у ее дна. Даже в том случае, когда при кристаллизации вьювобождаются легкие магмы, доминирующий тепловой поток магмы от дна резервуара будет разрушать любую стратификацию, создаваемую при высвобождении легкой магмы у кровли очага. Но с продолжением процесса кристаллизации ситуация будет меняться на обратную, так как расстояние кровли от дна резервуара будет непрерывно сокращаться, уменьшая эффект давления (именно благодаря последнему шла преимущественная кристаллизация у дна (см. выше). Роль кристаллизации у кровли очага будет возрастать и под конец станет доминирующей. В этом случае эффект давления будет пренебрежим. На этой (последней) стадии легкая магма, высвобождаемая в верхних горизонтах резервуара, будет накапливаться в самых высоких точках близ его кровли и создавать стратификацию в верхней части резервуара. Такая зональность будет иметь место как в толеитовых, так и в щелочноземельных магмах, так как в обоих случаях легкие магмы будут высвобождаться на последних стадиях кристаллизации. Эта стратификация не должна быть большой, так как разности температур центральной и периферийной областей очага на конечных стадиях кристаллизации будут малы, и потому состав магмы, всплывающей по сторонам приподнятой части кровли резервуара, будет мало отличаться от состава магмы в центре интрузии [184]. [c.171] Таким образом, как лабораторные эксперименты, так и анализ строения офиолитовых комплексов показывают, что некоторая стратификация по плотности, составу и температуре является более общей ситуацией в магматических очагах, чем однородные условия магматического расплава в них. Поэтому большое значение получают процессы смешения на границах стратифицированных слоев, обсуждавшиеся выше (двухдиффузионная конвекция и др.). [c.171] Выделение летучих компонентов из магмы также может приводить к повышению давления и разрушению кровли. Тогда, при условии, что средняя плотность пород кровли выше плотности магмы в верхней части резервуара, будет обильный вулканизм на поверхности. Если это условие не выполняется, то вулканизм будет умеренным. Во время извержения летучих в магматическом резервуаре стимулируются процессы смешения магмы [184]. [c.172] Таким образом, эффекты плавучести, вызванные вариациями в температуре или составе магм, играют основную роль в эволюции магматических подосевых резервуаров, и, в зависимости от обстоятельств, могут вызывать конвективные движения в камере либо создавать устойчивую стратификацию вещества в ней. Форма границ резервуара и вязкостные свойства магм (как обсуждалось выше) играют в нем существенную роль. [c.172] Анализ термических моделей океанической литосферы демонстрирует сложность задачи создания универсальной модели, описывающей характерное строение и термический режим литосферы как во фланговой, так и в осевой областях СОХ. Если первые работы в рамках модели плиты постоянной толщины и с решениями в виде разложения в ряды Фурье неплохо объясняли природу генеральных черт рельефа дна океана и теплового потока литосферы СОХ, то в описании термического состояния осевых зон СОХ они были некорректны. В последующих модификациях этих моделей удалось избежать особенностей в распределении теплового потока на оси хребта, однако ограничение области выделения скрытой теплоты плавления узкой зоной на оси спрединга в пределах коры давало в результате распределение температур, не согласующееся с наблюдаемым в осевых зонах СОХ. [c.172] Более реальное термическое состояние осевой области с плоской кровлей магматической камеры было получено в дальнейших модификациях этих моделей, в которых были использованы распределенные источники и стоки тепла в осевой зоне хребта. Однако полученное в этих моделях распределение температур и рассчитанная форма корового очага магмы являлись прямым результатом априорного подбора пространственного распределения источников и стоков тепла, грубо имитировавших эффекты выделения скрытой теплоты плавления и гидротермальной деятельности, и не могли рассматриваться как результаты независимых расчетов. [c.172] Следующий класс моделей оказался более успешным в исследовании соотношения мощности литосферы и толщины корового слоя при разных скоростях спрединга и роли гидротермальной деятельности, а также в анализе природы вариаций мощности генерируемой коры, вызванных изменением скорости спрединга и положения изучаемого участка осевой зоны хребта относительно краев сегмента осевой зоны. В них рассмотрены различные механизмы движения расплава через матрицу пород мантии, чтобы объяснить концентрацию базальтового расплава в верхней части осевой зоны (области генерации коры), и все же рассчитанная область миграции расплава оставалась заметно шире области генерации коры, оцениваемой по геофизическим данным. [c.172] В дальнейшем была сделана попытка объяснить природу формирования подосевого корового очага магмы. В этих моделях был проведен совместный анализ широкомасштабных течений расплава и мантии с рассмотрением детальной структуры термического режима и полей деформаций приосевой коровой части хребта. Было показано, что в рамках стационарной модели можно подобрать такое распределение источников расплавленного базальта и тепла в осевой области внутри корового слоя, которое отвечало бы устойчивому существованию здесь магматического очага при больших и средних скоростях спрединга. Однако во всех этих моделях, размеры линзы расплава, а значит, во многом и форма корового очага магмы, оставались предопределенными и не следовали из численных расчетов. [c.173] В целом стационарные модели термического состояния осевых зон СОХ позволили провести анализ довольно сложных двух и трех мерных интегральных моделей формирования термического режима осевых зон с учетом процессов сегрегации и миграции расплава к осевой зоне, образования коры и рельефа поверхности литосферы. Однако тепловой эффект выделения или поглощения скрытой теплоты плавления базальта трактовался в них очень грубо через условия на тепловой поток на оси хребта, априорное задание источников и стоков тепла в осевой зоне и через задание нереально высоких температур расплава. По этой причине стационарные модели не подходят для анализа эволюции термического режима осевой зоны хребтов, возникновения и развития коровых очагов магмы, так как в указанных процессах поглощение скрытой теплоты при плавлении пород и выделение ее при их затвердевании играет определяющую роль. Эти же процессы определяют и существенную не-стационарность моделей формирования корового очага. Нестационарная модель формирования магматических очагов в рифтовых зонах СОХ в условиях дискретно-непрерывного режима спрединга позволила сделать следующие выводы. [c.173] Однако, несмотря на то, что эта модель дала возможность в первом приближении представить пространственно-временной масштаб процессов формирования осевой коровой магматической камеры и термического состояния корового слоя осевой зоны СОХ, она, как и предшествующие модели, безусловно, нуждается в усовершенствовании. Оно видится прежде всего в следующем в состыковке решения для дискретного спрединга коры с решением непрерывного течения несжимаемой мантии в клине в более тщательном анализе соотношения толщины коры и литосферы при разных скоростях спрединга в более корректном учете процессов, происходящих внутри магматических очагов в анализе особенностей гидротермального охлаждения в рифтовых зонах. [c.173] Вернуться к основной статье