267

266

gdzie:    V — prędkość lepkiego przepływu,

R — promień kanału,

/ — długość kanału, t] — lepkość,

P — ciśnienie (intruzyjne lub erupcyjne).

Magma granitowa przy lepkości 10⁵ Pa ■ s może osiągnąć powierzchnię Ziemi tylko przy dostatecznie dużej średnicy kanału.

Przeważnie intruzyjna natura magmy granitowej związana jest najprawdopodobniej z rozpuszczalnością wody w ciekłej fazie pod ciśnieniem. Analizy krzywych solidusu i likwidusu granitu i bazaltu w układzie ciśnienie—temperatura dostarczają odpowiedzi na pytanie, dlaczego jedne magmy osiągają powierzchnię Ziemi w stanie ciekłym, a drugie ulegają całkowitemu skonsolidowaniu na drodze do niej.

Magmy bezwodne mogą wznosić się ku powierzchni Ziemi przy stopniowym zmniejszaniu się ciśnienia bez zmiany swego stanu skupienia. Nasycone wodą magmy w miarę spadku ciśnienia tracą część rozpuszczonej w nich wody. Jeżeli ich temperatura jest stała, to będą się one przemieszczać z obszaru stanu ciekłego do obszaru położonego między solidusem i likwidusem: rozpocznie się w nich krystalizacja. Nasycone wodą magmy mogą osiągnąć powierzchnię Ziemi bez skrystalizowania tylko wtedy, gdy ich temperatura początkowa jest wyższa od temperatury likwidusu (magmy przegrzane). Stopień przegrzania magm granitowych powinien być trzy razy większy od magm bazaltowych. Przy powstawaniu magm nie powinno na ogół dochodzić do ich przegrzania. Magmy powinny być nasycone fazami mineralnymi swego krystalicznego otoczenia. Przegrzana magma może rozpuszczać zawarty w niej materiał skalny aż do chwili, gdy jej temperatura nie obniży się do wartości odpowiadającej temperaturze likwidusu, albo gdy stop nie nasyci się składnikami domieszanych skał.

Rozpatrzmy teraz sposób zachowania się nasyconych wodą magm bazaltowych i granitowych podczas ich wznoszenia się od punktu odpowiadającego ciśnieniu 4 - 10⁸ Pa i temperaturze likwidusu. W magmie bazaltowej stopniowy spadek ciśnienia od punktu B do B' (ryc. 1.1 a) spowoduje wydzielanie się wody w postaci samodzielnej fazy i krystalizację stopu krzemianowego. Jednak nawet przy ciśnieniu atmosferycznym B' linia BB' nie przetnie krzywej solidusu. Magma bazaltowa (lawa bazaltowa) po osiągnięciu powierzchni Ziemi będzie pozostawać w częściowo ciekłym stanie, dzięki czemu będzie mogła tworzyć potoki i pokrywy lawowe. Utajone ciepło krystalizacji wyzwolone w procesie częściowego zestalenia może zwiększyć temperaturę magmy maksymalnie o 300°C. Jednak ochładzające efekty wydzielania się rozpuszczonej wody i jej adiabatyczne rozprężanie się mogą zrównoważyć część ciepła krystalizacji. W efekcie tor BB' powinien być nieizotermiczny, to znaczy skierowany w stronę wyższej temperatury, niż to pokazano na diagramie.

Ryc. 7.7. ICrzywe solidusu i likwidusu magm bazaltowych (a) i granitowych (b) (Harris i in., 1970) Posz.czególnc punkty obrazują następujące procesy: B - początek wznoszenia się magmy bazaltowej nasyconej wodą, B' - osiągnięcie przez magmę bazaltową powierzchni Ziemi, G - początek wznoszenia się magmy granitowej nasyconej wodą, S - całkowite skrystalizowanie wznoszącej się magmy, G—G' -linia wznoszenia się magmy granitowej,

Sn - krzywe solidusu przy nasyceniu wodą, In - krzywe likwidusu przy nasyceniu wodą, L - krzywe likwidusu przy różnej zawartości wody

Przy wznoszeniu się nasyconej wodą magmy granitowej (ryc. 7.7/?) od punktu G odpowiadającego ciśnieniu 4-10® Pa i temperaturze likwidusu, z magmy będą się wydzielać woda i kryształy. Po osiągnięciu punktu S na linii GG' magma będzie całkowicie skrystalizowana. Jednak wznoszenie się magmy zanika przed osiągnięciem punktu S. Skrystalizowany stop zaczyna twardnieć przy ciśnieniu powyżej 2 -10⁸ Pa (około 7 km głębokości). Utajone ciepło krystalizacji magmy granitowej (około 272 142 J/kg) może przypuszczalnie podnieść temperaturę magmy o 195°C. Jednak endotermiczne efekty wydzielania się wody i jej rozprężanie się mogą w znacznej mierze niwelować wydzielane ciepło krystalizacji. W konsekwencji temperatura punktu G' może być nieco wyższa, niż to pokazano na diagramie.

W przytoczonych przykładach rozważano najmniej korzystne warunki wznoszenia się ciekłych stopów (maksymalna zawartość wody). Magmy bazaltowe są zwykle uboższe w wodę (0,5—3% wag., średnio mniej niż 1 %). Przy szczelinowych wylewach magma bazaltowa o zawartości wody poniżej 1 % może wznosić się bezpośrednio z głębokości 45—60 km (15—20 ■ 10⁸ Pa). Wtedy przy braku utraty ciepła może osiągnąć powierzchnię Ziemi przy temperaturze wyższej od temperatury likwidusu. Trudno jest ocenić zawartość wody w magmach granitowych. W rejonach geosynklinalnych znaczna część magm granitowych powstaje w efekcie parcjalnego topnienia osadów geosynklinalnych (szaroglazy). Powstałe w tych warunkach magmy powinny być stosunkowo wzbogacone w wodę. Ocenia się, że ciśnienie wody w magmach granitowych wynosiło 2—3 10⁸ Pa (około 6—8% H₂0). Przy wznoszeniu się i spadku ciśnienia magmy takie powinny ulec całkowitemu skrystalizowaniu do momentu zmniejszenia się ciśnienia do 10⁵ Pa.