ORIGINEA MAGMELOR

ORIGINEA MAGMELOR

Cercetatorii au admis ca magmele rezulta prin topirea partiala (rareori totala) a rocilor preexistente, in conditii geologice speciale. Procesul de topire partiala a rocilor se numeste anatexie. Conditiile geologice care favorizeaza topirea (anatexia) rocilor solide sunt mai multe, dar cele mai frecvente sunt urmatoarele doua:

afundarea rocilor la mari adancimi, prin fenomenul geologic de subductie;

ascensiunea adiabatica a maselor de roci solide din zonele relativ adanci ale mantalei terestre spre suprafata. In felul acesta, rocile solide fierbinti ale mantalei trec la presiuni mari (unde este stabila starea solida), la presiuni mai mici, unde este stabila starea de topitura partiala. Fenomenul este posibil numai daca masa solida a mantalei este antrenata intr-un curent convectiv, avand loc pe ramura ascendenta a curentului de convectie. Alte cauze ale anatexiei, cum ar fi frictiunile tectonice, dezintegrarea substantelor radioactive, cresterea presiunii vaporilor de apa in sistemele solide deja "fierbinti", sunt de asemenea posibile, dar apar cu o mai mica frecventa in natura. Conditiile geologice cele mai favorabile generarii magmelor sunt schematizate in fig. B.

Prin fenomenul de topire, se produce o scadere relativ mare a densitatii sistemului si prin urmare, formarea magmelor in mantaua si crusta terestra conduce frecvent la aparitia unui dezechilibru gravitational. In virtutea acestui fapt, masele magmatice tind sa se deplaseze spre suprafata, strapungand rocile crustei (fenomen numit intruziune magmatica - vezi capitolul urmator) sau iesind pana la suprafata, in conditii subaeriene sau subvulcanice (fenomen numit vulcanic sau efuziune ori extruziune magmatica). Magmele iesite la suprafata se numesc lave. Mecanismul si viteza ascensiunii magmelor difera de la o conditie geologica la alta si de proprietatile magmelor. In principiu, se poate totusi spune ca ascensiunea este mai rapida la magmele cu vascozitate mica (cele bazice) si in zonele afectate de fracturi puternice, cu mare extindere pe verticala.

1. Magme primare si magme derivate

Corpurile de magma din crusta si manta, se pot explica in trei moduri:

existenta unui oarecare corp relict dintr-un stadiu timpuriu de evolutie a globului terestru (in ipoteza ca evolutia globului terestru a fost de la cald la rece);

topitura partiala sau totala a rocilor preexistente din crusta si manta;

prin modificarea magmei preexistente (diferentiere sau contaminare);

Practic se admit doua tipuri genetice de magme:

a.    MAGME PRIMARE - rezultate din primele doua moduri;

b.    MAGME DERIVATE (secundare) - rezultate din al treilea mod.

Teoretic, cele doua tipuri de magme sunt foarte distincte. Practic este mai greu sa le diferentiezi. Pentru magmele primare, se admit doua trasaturi, drept criterii de recunoastere:

n     prezenta in cantitati foarte mari (corpuri de mari dimensiuni) relativ izolate fata de alte corpuri (panze de lava, corpuri batholitice, panze lopolitice);

n     prezenta relativ mare in timp si spatiu, comparativ cu alte categorii de magme.

Prin opozitie, celelalte sunt considerate magme derivate (ex: magme fonolitice - sienite alcaline, trahitice, dacitice).

Exemplu de magme primare: magme granitice, magme bazaltice, magme andezitice, etc..

2. Conditiile fizice ale generarii magmelor

Topirea unei faze monominerale se realizeaza la temperatura constanta, in conditii izobare. La presiune variabila, temperatura de topire se schimba, conform ecuatiei lui Claryon:

dT_t DV_t

= unde:

dP DS_t

T_t - temperatura de topire;

DV_t - variatia de volum in timpul topirii;

DS_t - variatia de entropie in cursul topirii.

In prezenta apei, (vaporilor de apa), T_t a mineralelor scade (fig. 26 - plansa VII). Topirea unei faze poliminerale (roci poliminerale, minerale mixte) se realizeaza pe un interval de temperatura:

T_t = T_l - T_s

T_s = temperatura minima la care incepe topirea (temperatura solidus);

T_l = temperatura la care se termina topirea (temperatura liquidus).

Intervalul DT_t, variaza de la o roca la alta si de la o presiune la alta. Prin urmare, o magma primara poate rezulta prin topirea unei roci preexistente prin mai multe cai (important, este aducerea rocii in conditiile superioare curbei solidus). Cu alte cuvinte:

la presiune constanta, singura modalitate de topire a rocilor este cresterea temperaturii.

P constanta T creste;

in lipsa apei, rocile aflate in domeniul subsolidus, dar la temperaturi mai mari decat T_s, (temperatura solidus minima la P = 0) se gasesc intr-o stare de "topire potentiala". La T = constant, ele se pot topi prin scaderea presiunii.

T constanta P scade;

rocile "uscate", situate intre T_s a rocii "uscate" si respectiv T_s a rocii "umede", se pot topi prin simpla patrundere a apei in sistem.

Categoric, toate cele trei situatii depind de conditiile geologice concrete in care se afla rocile.

ANATEXIA

Daca o roca este adusa in domeniul T - P intre curbele solidus si liquidus, are loc un proces de topire partiala = anatexie. Cu alte cuvinte, la un anumit nivel de P si T, rocile trebuie sa sufere un inceput de topire (fuziune partiala). Aceste elemente au condus la ideea existentei unui domeniu de extrema intensitate a metamorfismului, care face trecerea in litosfera la domeniul magmatic. In cadrul acestuia, se produce injectarea unor componenti topiti in mase solide, fenomen care se numeste ulrametamorfism (metamorfism de injectie sau anatexie sau palingeneza).

Din una si aceeasi roca initiala, prin anatexie pot sa rezulte diverse magme. Variatia calitatii si proportiei fazei topite este in functie de:

compozitia minerala a rocii, adica:

- doua minerale imiscibile in stare solida;

- minerale mixte;

- roci poliminerale;

prezenta apei.

Din numeroae anatexii experimentale, executate pe diverse roci magmatice, sedimentare si metamorfice, s-a ajuns la concluzia ca majoritatea rocilor care contin SiO₂, alcalii, oxizi de aluminiu, formeaza in primul stadiu, o topitura granitica (cu chimism identic cu cel al granitelor alcali-feldspatice), rezultand in stadiile urmatoare, o compozitie din ce in ce mai bazica.

Indiferent de natura rocii, compozitia fazei lichide evolueaza spre o bazicitate din ce in ce mai mare, pe masura ce creste gradul de anatexie.

4. CONDITIILE GEOLOGICE ALE FORMARII MAGMELOR PRIMARE

Conform teoriei tectonicii globale, exista trei zone de formare (generare) a magmelor:

- zona de rift;

- zona de subductie (planul Benioff);

- zonele fierbinti din interiorul placilor tectonice (hotspot) -fig. 36;41 - plansa XI; plansa XIII.

Se admite existenta unui cuplu de curenti de convectie ascendenti sub rift si descendenti sub zonele de subductie (fig. B). Prin urmare formarea magmelor in zonele de rift este determinata de ascensiunea mantalei, iar in zonele de subductie, de afundare a maselor de roci crustale.

A.    Mecanismul generarii magmelor in zonele de rift (fig.28 - plansa VII)

MAGME BAZALTICE

In esenta, procesul consta in:

1. formarea unei topituri magmatice si acumularea ei intr-o vatra, undeva sub crusta (fig. 28.1);

2. formarea unei crapaturi (fisuri) datorita miscarii divergente a placilor, care sparg acoperisul subtire si casant al vetrei (fig. 28.2);

3. iesirea pe fisuri a lavei care, desi fluida, curge doar pe o mica distanta din cauza racirii rapide determinata de temperatura coborata a apei oceanice (fig. 28.3);

4. acumularea curgerilor care edifica "muntii", care sunt apoi purtati lateral si incorporati peretilor vaii de rift, sau direct platoului somital (fig. 28.4);

5. diferentierea si consolidarea, concomitent cu extruziunea, a unei parti din magma care va genere roci intruzive cumulate precum si injectarea magmei in dyke-uri cu compozitie variata datorita proceselor de diferentiere (fig. 28.5).

Dupa Bowen (1947), "magma bazaltica (primara) a patruns sub forma de dyke-uri de mari dimensiuni si s-a revarsat la suprafata sub forma de curgeri mari. Ea a patruns apoi sub forma de sill-uri si alte corpuri intrusive concordante intre stratele de roci stratificate si in numeroase mase mari de acest fel. Consolidarea sa a dus la dezvoltarea unui sistem de strate, care sunt, cel putin partial, rezultatul unei diferentieri prin cristalizare, in care gravitatia a jucat un rol predominant".

Daca se admite, formarea magmei bazaltice prin anatexie, roca initiala supusa topirii partiale, trebuie sa fie mai bazaltica decat bazaltul. Se admite totodata ca roca initiala poate fi un pirolit (peridotit relativ bogat in Al + Na - adica, din punct de vedere chimic, trei parti peridotit + o parte bazalt).

La o adancime de 100 km (fig. 27 - plansa VII) pirolitul este solid, fiind sub curba solidus. Prin ridicarea adiabatica (miscarea corpului pe verticala este mai mare ca viteza de racire a acestuia), se ajunge la adancimea h₁ de 60 km, cand pirolitul se topeste partial. La h₂ = 45 km, se individualizeaza o faza lichida L₁, cu o compozitie bazaltica (ceva mai acida) si L₂ mai bazic. Peste conditia liquidus rezulta o magma pirolitica. Prin urmare, adancimea de generare a magmelor bazaltice incepe de la 45 km.

B.    Generarea magmelor in zonele de subductie (fig. 36; 41)

plansa XI; plansa XIII.

MAGME GRANITICE

Zonele de subductie sunt cele in care are loc consumarea si topirea crustei oceanice, sau mai precis a litosferei unei placi care suporta un ocean. Zonele de subductie se caracterizeaza prin urmatoarele elemente morfologice, geofizice si geologice (Wyllie, 1971):

amplasarea lor in fata unui element morfologic convex, fie el arc insular sau o margine de continent;

prezentarea unor fose oceanice care sunt cu 3 - 4 km mai adanci decat fundul oceanic alaturat;

existenta unei zone seismice cu focar intermediar si profund;

o puternica anomalie gravitationala negativa deasupra fosei si o slaba anomalie pozitiva deasupra arcului insular sau a marginii continentale;

o crestere abrupta a fluxului termic pe linia arcurilor insulare sau a marginii continentelor;

prezentarea unui arc vulcanic andezitic la mai mult de 100 km si mai putin de 300 km de marginea arcului insular sau a marginii continentale, ocupand latura oceanica a zonei de flux termic ridicat.

In zona de subductie legea este asimetria si zonarea polara a caracteristicilor geofizice si geologice.

Impreuna cu seismicitatea, procesele magmatice ocupa primul loc in dinamica zonelor de subductie. Ele reprezinta veriga finala a unui ciclu petrogenetic care cuprinde urmatoarele etape:

formarea crustei oceanice in zonele de acretiune;

metamorfismul partial al produselor magmatice in serpentinite, sisturi verzi si amfibolite;

transportul lateral al crustei astfel constituita si subducerea ei in zonele de convergenta a placilor;

metamorfozarea partiala in faciesul sisturilor albastre si tansformarea crustei subduse in cuart-eclogite;

topirea partiala a cuart-eclogitelor, a andezitelor si formarea unei magme care genereaza rocile calco-alcaline si tholeitelor de arc insular;

punerea in loc a batholitelor in conditii de temperatura inalta la baza sistemelor de arcuri insulare sau continentale.

Prin urmare, prin subductie, patrund la mare adancime (100 - 250 km) roci specifice crustei oceanice: bazalte, spilite, serpentinite marine, etc.. In general, aceste roci contin minerale hidratate (sunt deci roci "umede"), care prin descompunere la adancimi mari, pun in libertate apa.

Prin topirea partiala a bazaltelor, rezulta magme, in general andezitice, specifice zonelor de subductie. Varietatea destul de larga a rocilor subduse, poate genera si alte categorii de magme primare (anatectice), in contrast cu uniformitatea magmelor generate in zonele de rift.

Deshidratarea rocilor subduse (serpentinitele trec in dunite, etc.) face ca apa astfel rezultata sa se infiltreze deasupra planului Benioff, ducand la facilitarea anatexiei rocilor mai acide, care se gasesc in faza de "topituri potentiale". Apar astfel magme anatectice granitice, sienitice, etc..

Magmele granitice sunt reprezentate prin rocile plutonice ale batholitelor (in special precambriene). Categoric, atat magmele granitice, cat si cele bazaltice (extruziunea si intruziunea lor) sunt frecvent asociate cutarilor de amploare mare.

C. Mecanismul generarii magmelor in interiorul placilor (fig. 36; 41)

plansa XI; plansa XIII.

Aparitia de magme in interiorul placilor este asociata existentei "zonelor fierbinti" (hotspot-uri). In zona acestor puncte, izolat sau periodic, au loc miscari diapirice ale masei din manta (cauza este probabil dezechilibrul gravitational provocat de modificarea locala si temporala a densitatilor). Ascensiunea poate provoca fuziunea (topirea) partiala a magmei, formand magme bazaltice.

CONCLUZII: Principala problema a originii magmelor are un dublu aspect. Astfel trebuie tinuta seama de:

n   ocurenta mondiala a magmei bazaltice primare cu compozitie usor variabila (bazaltul olivinic alcalin trece in tholeit) si totusi extrem de uniforma in spatiu si timp;

n   ocurenta magmei granitice primare numai in zonele continentale.

Oricum, cele trei puncte discutate mai sus, A, B, C au o caracteristica comuna: generarea magmei este legata de miscarea pe verticala a maselor de roci. Exista ipoteze si pentru alte mecanisme. Un exemplu in acest sens este dezintegrarea radioactiva cu degajare de caldura (proces exo- si endoterm), cantitate considerabila, suficienta pentru o autotopire (procesul poate dura 10 - 100 mil. ani). Acest poces poate avea loc numai in cazul izolarii termice totale a rocilor. El este un proces de autofuziune, poate apare in decursul timpului geologic in partile centrale ale masivelor granitoidice din structurile continentale.

2.6. MIGRAREA MAGMELOR

Modul de miscare a magmei este controlat in primul rand de adancimea la care se gasesc si evolueaza magmele. Prin urmare, din punct de vedere termodinamic (presiune si temperatura), magmele evolueaza diferit.

Manifestari intracrustale (INTRUZIUNI)- fig. 24 - plansa VI

In zonele adanci, pierderea caldurii se produce foarte lent (in milioane de ani), fapt care da posibilitatea cristalizarii in bune conditii.

Cristalizarea este controlata de cantitatea de caldura (Q), presiunea litostatica (P_lit). La acestea se poate adauga dupa caz si influenta stressului (presiunea orientata).

In cazul 1 din fig. 29 - plansa VIII , magma foloseste un spatiu format prin fisurare, prin urmare actiunea ei poate fi considerata calma.

In cazul 2 din fig. 29 - plansa VIII, litosfera este supusa unor actiuni mecanice si chimice puternice, pentru a putea creea loc de ascensiune a magmei. Actiunile mecanice constau in boltirea acoperisului, fracturarea acestuia (cazul 3), distrugerea lui in masura mai mare sau mai mica.

Fracturarea poate avea loc si lateral, permitand injectarea magmelor (fig. 29 plansa VIII). Migrarea prin injectare poate fi foarte eficienta, mase de magma pot fi transferate in noi camere magmatice. Toate aceste forme de migrare pot duce la separarea principalelor forme de zacamant ale rocilor magmatice (cazul 4).

Aparitia unui corp fierbinte in masa rece a rocilor, duce la aparitia unui metamorfism termic. Daca apar fisuri in peretii camerei magmatice, fluidele magmatice au posibilitatea sa circule (aparitia factorului chimic), ducand la aparitia metamorfismului alochimic, pirometasomatic.

Daca fisurarea se prezinta intr-un mod mai avansat, rezulta fragmente din peretii mediului ambiant, care cad in camera magmatica, producand fenomenul de asimilare si totodata un proces de inaintare a magmelor catre suprafata (ex: fenomenul de Stopping - Daly) si totodata contaminarea ei.

Procesele de diferentiere si in general intreaga evolutie a maselor magmatice, conduc in fazele finale, la aparitia unor fluide cu un caracter apos, care pot circula la distante mari in raport cu camera magmatica. Rezultatul direct il reprezinta rocile filoniene.

Pentru descrierea conditiilor in care evolueaza magma se folosesc termenii:

n   plutonic: domeniul adancimilor foarte mari; aici nu exista indicatii despre un transport al magmei;

n   intruziv: exista evidenta unui transport al maselor magmatice, al introducerii (intruderii) lor intr-un fond de roci preexistent, in rocile gazda;

n   subvulcanic: domeniu localizat in apropierea suprafetei, in cadrul caruia se gasesc corpuri magmatice, eventual in legatura cu aparatele vulcanice.

Manifestari subcrustale (EXTRUZIUNI)- fig. 24 - plansa VI

Domeniul in care au loc asemenea fenomene se numeste domeniu vulcanic sau extruziv. Contactul cu atmosfera poate avea loc prin deschideri in litosfera sub forma de puncte sau linii. De aici manifestarile cu un caracter central sau linear (areale) - fig. 40 - plansa XIII.

Manifestarile de tip central pot fi foarte explozive, constand in aruncarea in aer a lavei si a rocilor preexistente.

Ele pot fi:

n   efuzive emisiuni linistite de lava;

n   mixte emisiuni explozive si lente.

Manifestarile de tip linear constau din emisiuni linistite de lave, revarsarea acestora peste marginile fisurii (magme bazice). Exista si emisiuni de magme acide, la fel de linistite, cu ample revarsari de magme spumoase (manifestari de tip ignimbritic sau curgeri cineritice).

Factorii fundamentali care controleaza manifestarile lavelor la suprafata sunt:

n   Presiunea - mare (cand acumuleaza componente volatile);

- mica (decomprimare in contact cu atmosfera);

n   Compozitia chimica, exprimata in vascozitati diferite astfel:

n   magmele bazice se manifesta efuziv (linistit);

n   magmele acide se manifesta exploziv si mixt;

n   magmele foarte acide (si foarte vascoase) se manifesta violent si protuziv (magma se gaseste sub forma de pasta care nu curge, ci se consolideaza in apropierea punctului de emisie).

Manifestarile supracrustale sunt insotite adeseori de solutii apoase vapori si gaze. In manifestarile submarine sunt antrenate numai magmele bazice.