165 2

164

wo różnym składzie chemicznym (np. bazaltowej z ryolitową). Tak powstały jego zdaniem lawy szeregu bazalt-andezyt-ryolit w Islandii. Teorię tę rozwinął następnie Durocher, który uważał wszystkie skały magmowe za produkty mieszania się dwóch magm pierwotnych. Późniejszy rozwój petrologii wykazał jednak, że tym mechanizmem nie da się wytłumaczyć całej złożoności zróżnicowania skał magmowych. Zmienności chemicznej i mineralnej takich zespołów skalnych jak nefelinity, melilityty, bazanity, mugearyty, trachity i fonolity nie da się wytłumaczyć prostym zmieszaniem jakichkolwiek członów końcowych. Nie można więc uważać mieszalności magm jako głównego mechanizmu powstawania ciągłych szeregów magmowych. Nie wyklucza to całkowicie pewnej roli mieszania się magm w procesach petrogenetycznych. Mieszalnością magm tłumaczy się obecność anomalnych asocjacji mineralnych w andezytach i dacy-tach, w których czasami spotykane są fenokryształy plagioklazów o wyraźnie różnym składzie. Dowody wskazujące na mieszanie się magm blisko powierzchni Ziemi sugerują, że proces ten może zachodzić również na znacznej głębokości.

4.1.5. Asymilacja

Intrudująca magma rzadko znajduje się w stanie równowagi chemicznej ze skałami osłony, chociaż może ona być w stanie równowagi tylko z niektórymi minerałami otoczenia magmowego. Wobec tego, intruzji magmy muszą towarzyszyć reakcje między magmą i skałami osłony. Dlatego też magma, najczęściej złożona ze stopu krzemianowego i zawieszonych w nim kryształów, zmienia swój skład wskutek wchłaniania składników chemicznych ze skał osłony. Proces zanieczyszczania magmy składnikami nazywamy kontaminacją. Kontaminacja magmy prowadzi do zmiany jej składu. Szeroko rozumiany proces wchłaniania przez intrudującą magmę pewnych obcych jej składników chemicznych ze skał otoczenia prowadzący do zmiany jej pierwotnego składu, będziemy nazywali asymilacją. Asymilacja magmy dokonuje się różnymi sposobami. Magma może stopić niewielką ilość skał obcych, co w konsekwencji nie prowadzi do wydatnego zwiększenia objętości fazy ciekłej. Wilcox (Jide McBirney, 1979) obliczył, że około 25 g materiału granitowego zostaje zasymilowane (stopione) przez każde 100 g magmy bazaltowej, co pociąga za sobą wykrystalizowanie 2,9 g oliwinu i 9,6 g plagioklazu. W toku krystalizacji magmy zostaje wyzwolone ciepło topnienia, równoważne termicznie wydzielonej ilości materiału krystalicznego. Magma może częściowo lub całkowicie stopić tylko taki zespół mineralny, który ma niższy od niej zakres temperatury topnienia. W ten sposób stop ulega modyfikacji bez wyraźnych zmian objętościowych. Bazaltowa magma może asymilować granit poprzez wytapianie, a powstały stop może ulec dyferencjacji, w wyniku której wzrośnie ilość kwaśnego stopu resztkowego.

Magma może reagować z fazami krystalicznymi o wyższym zakresie topnienia, lecz nigdy nie potrafi ich stopić. W wyniku tych reakcji takie fazy krystaliczne zostają przekształcone w minerały będące w stanie równowagi ze stopem. Następuje to w rezultacie chemicznych reakcji wymiennych między stopem i fazami obcymi. Zasadowy plagioklaz w kontakcie z magmą ryolitową zostaje przekształcony w oligoklaz, który również krystalizuje z magmy. Proces ten powoduje zubożenie stopu w sód i krzem, a wzbogacenie w glin i wapń.

Asymilacja jest przeto złożonym procesem wzajemnych reakcji między magmą i intrudowanymi skałami. Niektóre minerały ze skał osłony mogą zostać częściowo lub całkowicie stopione, a ich składniki włączone do ciekłej części magmy. Inne natomiast minerały zostaną przeobrażone wskutek reakcji wymiennych (jonowych) w fazy krystaliczne, którymi stop jest już nasycony. Minerały będące w stanie równowagi z intrudującą magmą zachowują się w stanie niezmienionym. Końcowym produktem asymilacji jest zmodyfikowana, częściowo skrystalizowana magma.

4.2. Zasada reakcji i szeregi reakcyjne

Z badań eksperymentalnych wynika, że krystalizacji stopów krzemianowych powszechnie towarzyszą reakcje, zachodzące między wydzielonymi kryształami i stopem. Reakcje te mogą być ciągłe, jak w pospolitych szeregach roztworów stałych, lub nieciągłe, jak w przypadku, gdy faza krystaliczna wydzielona w pewnym zakresie temperatury reaguje ze stopem w niższej temperaturze i ulega rozpuszczeniu, podczas gdy inna lub inne fazy krystalizują. Na tej właściwości krystalizujących stopów krzemianowych Bowen oparł swą zasadę reakcji.

Przykładem ciągłego szeregu reakcyjnego są plagioklazy. W miarę rozwoju krystalizacji plagioklazów wydzielane kryształy reagują w sposób ciągły ze stopem, zmieniając swój skład na coraz bogatszy w składnik NaAlSi₃0₈ (ryc. 1.16a). Jeżeli zostanie osiągnięty stan doskonałej równowagi między fazami (reakcja zupełna), to każdy kryształ plagioklazu będzie homogeniczny. Wszystkie kryształy powstałe w danej temperaturze i ciśnieniu będą miały taki sam skład. Jednak całkowite przereagowanie nie jest najczęściej możliwe podczas stygnięcia ze względu na zbyt niską prędkość dyfuzji jonów w porównaniu z szybkością wzrostu kryształów i prędkością oddzielania kryształów od głównego stopu (opadanie kryształów). Wobec tego reakcje te nie zostają doprbwadzone do końca, co uwidacznia się w budowie pasowej kryształów.

Klasycznym przykładem reakcji nieciągłych są reakcje zachodzące między oliwinem i stopem w układzie forsteryt-krzemioka (ryc. 1.216). Ze stygnącego stopu R o składzie między Mg₂Si0₄ i MgSi0₃ najpierw będą wydzielały się kryształy forsterytu. Później, po osiągnięciu temperatury topnienia niekongruentnie topiącego się MgSi0₃, kryształy forsterytu reagują ze stopem