Магма: определение, химический состав, классификация и источники формирования

Магма – это огненно‑жидкий природный расплав, образующийся в недрах Земли. В большинстве случаев она представляет собой силикатный расплав, обогащённый летучими компонентами (H₂O, CO₂, CO, H₂S и др.). Тем не менее, в природе встречаются и другие типы магм – карбонатные, фосфатные, сульфидные и др.

Химический состав магмы

С точки зрения химии любой магматический расплав – это трёхкомпонентная система, состоящая из:

1. жидкой фазы (расплав);
2. газовой фазы (летучие компоненты);
3. твердой кристаллической фазы (кристаллы, образующиеся при кристаллизации).

Для описания состава используют массовые доли оксидов, так как большинство минералов в магме представляют собой оксидные соединения. Наиболее часто встречающиеся оксиды:

• SiO₂ – диоксид кремния (основа силикатных магм);
• Al₂O₃ – оксид алюминия;
• FeO, Fe₂O₃ – оксиды железа;
• MgO – оксид магния;
• CaO – оксид кальция;
• Na₂O, K₂O – оксиды натрия и калия;
• TiO₂ – оксид титана;
• P₂O₅ – оксид фосфора (в фосфатных магмах);
• CO₂, H₂O – летучие компоненты.

Для удобства часто используют молярную формулу магмы – набор относительных количеств основных оксидов, записанный в виде:

 Magma = a·SiO₂ + b·Al₂O₃ + c·FeO + d·MgO + e·CaO + f·Na₂O + g·K₂O + h·TiO₂ + i·P₂O₅ + … + (H₂O, CO₂, …)
 

Где коэффициенты a, b, c … – массовые или молярные доли, определяемые аналитическим исследованием образца (обычно в % по массе).

Классификация магм по химическому составу

На основе содержания оксидов и летучих компонентов магмы делятся на несколько основных групп:

2.1 Силикатные магмы

Самая распространённая группа. Содержание SiO₂ в них варьирует от 45 % (базальты) до более 75 % (рейниты). По уровню щелочности (основности) выделяют:

• Базальты (малоосновные, SiO₂ ≈ 45‑52 %);
• Андезиты (среднеосновные, SiO₂ ≈ 52‑63 %);
• Рейнит (высокосиликатные, SiO₂ > 63 %).

2.2 Карбонатные магмы

Содержание природных карбонатов превышает 50 % по массе. В зависимости от минералогического состава различают:

• Кальцитовые (доминирует CaCO₃);
• Сидеритовые с бастнезитом (CaCO₃ + MgCO₃);
• Содовые (доминирует Na₂CO₃).

2.3 Фосфатные магмы

Преобладают соединения фосфора (P₂O₅). Такие магмы встречаются в редких геологических условиях, например, в районах метаморфоза карбонатных пород.

2.4 Сульфидные магмы

Обогащены сульфидами серы (FeS, CuS и др.). Чаще всего они образуются в зоне контактов магматических и сульфидных рудных тел.

Щелочность (основность) магмы

Щелочность определяется соотношением катионов щелочных и щелочноземельных элементов. По убыванию основности (щелочности) катионы образуют ряд:

Cs → Rb → K → Na → Li → Ba → Sr

Чем выше содержание K, Na и Li, тем более щелочная (основная) магма. Базальты, как правило, имеют низкую щелочность, а рейниты – высокую.

Источники и пути формирования магмы

Основным источником базальтовых магм является верхняя мантия. Материал поднимается к земной коре:

• в виде восходящих потоков мантийной конвекции;
• в результате всплытия мантийных плюмов (плюмовые зоны).

Таким образом, магматизм – это глубинный процесс, обусловленный тепловым и гравитационным полями Земли. В зависимости от характера движения магмы различают:

1. Интрузивный магматизм – магма движется медленно, кристаллизуется в глубине, образуя интрузивные тела (плутон, батолиты, габбры).
2. Эффузивный магматизм – магма быстро поднимается к поверхности, извергается и образует вулканические породы (лавы, туфы, пепел).

Пример расчёта «формулы» типичной базальтовой магмы

Для иллюстрации представим типичный состав базальта (по массе):

 SiO₂ – 48,5 %
 Al₂O₃ – 15,0 %
 FeO – 10,5 %
 MgO – 8,0 %
 CaO – 9,5 %
 Na₂O – 3,0 %
 K₂O – 0,5 %
 TiO₂ – 1,0 %
 P₂O₅ – 0,2 %
 H₂O – 2,8 %
 CO₂ – 0,0 %
 

Эту смесь можно записать в виде «формулы магмы»:

 Magma_basalt = 0.485·SiO₂ + 0.150·Al₂O₃ + 0.105·FeO + 0.080·MgO + 0.095·CaO
 + 0.030·Na₂O + 0.005·K₂O + 0.010·TiO₂ + 0.002·P₂O₅
 + 0.028·H₂O
 

Такая запись удобна для моделирования процессов кристаллизации, расчёта фазовых равновесий и предсказания состава кристаллов, которые могут образоваться при остывании магмы.

«Формула магмы» – это не фиксированное химическое уравнение, а набор коэффициентов, отражающих относительные количества основных оксидов и летучих компонентов в конкретном магматическом расплаве. Понимание этой формулы позволяет геологам:

• классифицировать магмы по типу (силикатные, карбонатные, фосфатные, сульфидные);
• оценивать их щелочность и степень кислотности;
• моделировать процессы кристаллизации и предсказывать состав пород, образующихся при остывании;
• выявлять источники магматических материалов (мантия, субдукционные зоны, карбонатные пласты).

Таким образом, химическая «формула» магмы – это фундаментальный инструмент в современной геохимии и вулканологии, позволяющий связать глубинные процессы Земли с наблюдаемыми на поверхности вулканическими явлениями.

Автор статьи: Н.В. Короновский, А.Ф. Якушова (сокращённый вариант из открытых источников). Дата обращения к интернет‑источникам: .