Когда магма застыла на глубине

Гранитная магма, застывая на глубине, превращается в граниты. Они необыкновенно широко распространены. В современном строительстве гранитам принадлежит очень большая роль. Достаточно, например, указать, что на облицовку новых московских мостов потребовалось около трех тысяч вагонов гранита!

Гранит не только красивый, но и надежный, крепкий и прочный камень, именно поэтому на фундаментах из него покоятся самые тяжелые и большие здания. Гранитная щебенка лежит в основании автострад. Брусчаткой из гранита выложены улицы многих городов.

Замечательные свойства гранита как строительного и облицовочного материала связаны с его минеральным составом и строением. Порода состоит в основном из трех минералов: кварца и двух видов полевых шпатов (калиевого и плагиоклаза). В небольшом количестве встречаются слюда и роговая обманка.

Окраска породы определяется цветом породообразующего минерала - калиевого шпата. Есть граниты серые, розовые, мясо-красные, коричневые, зеленые и даже синевато-серые и почти черные. Калиевый шпат - твердый минерал, поэтому при полировке гранита получается гладкая зеркально-блестящая поверхность. Особенно привлекательны грубозернистые граниты, своим видом напоминающие цветную мозаику с причудливым рисунком.

Связь между минеральным составом гранитов и их внешними свойствами понятна. Но по каким признакам петрограф устанавливает образование гранита из магмы? Этот вопрос очень интересный и, отвечая на него, мы введем читателя в круг одной из важнейших проблем современной петрографии.

О существовании гранитной магмы убедительно свидетельствуют кислые лавы, извергавшиеся вулканами во все периоды геологической истории. А это значит, что в недрах Земли находятся очаги кислого силикатного расплава. Когда кислая магма покидает «родительское лоно» и, не дойдя до поверхности, задерживается и медленно кристаллизуется, образуется полнокристаллический гранит. Естественно, что в нем нет ни вулканического стекла, ни мельчайших кристалликов, образующихся при быстром охлаждении.

Магматический гранит можно узнать под микроскопом. Изучая шлиф породы, мы заметим, что разным минералам в разной степени присущи свойственные им формы кристаллов (рис. 14). Одни из них правильной формы (слюда) и, значит, образовались рано, когда в расплаве не было других минералов, которые бы стеснили их рост. У полевых шпатов часть контуров кристаллов естественная, другая вынужденная. Значит, полевые шпаты кристаллизовались позже, когда они смогли частично приспособиться к ранее появившимся минералам. А кварц не имеет свойственных ему контуров. Значит, кварц самый «младший» среди минералов гранита, он кристаллизовался из расплава последним и занял оставшееся на его долю пространство.

Рис. 14. Шлиф гранита под микроскопом. 1 - слюда, 2 - калиевый шпат, 3 - плагиоклаз, 4 - кварц

О возникновении гранита из магмы свидетельствуют также его секущие контакты с окружающими породами. Они указывают на то, что вещество, из которого возник гранит, было жидким и внедрялось в трещины. Подвижное состояние этого материала также доказывают обломки боковых пород в граните.

Гранитная магма была сильно нагретой. Об этом убедительно говорят глубокие изменения в породах, окружающих массивы гранитов. Они изменены до неузнаваемости, перекристаллизовались и превратились в метаморфические породы (роговики). Петрографы пришли к выводу, что гранитная магма затвердевала при температуре около 600 - 700°.

Нередко в массивах гранитов встречаются обломки чужеродных пород - ксенолиты. Они привлекают пристальное внимание исследователей, так как дают возможность заглянуть в недра Земли. По ксенолитам можно судить о горных породах, через которые прошла магма и обломки которых захватила с собой. Особый интерес вызывают граниты, переполненные закономерно расположенными ксенолитами. Полосатость гранитов и удлинение ксенолитов изменяются определенным образом от места к месту, намечая положение древних слоистых толщ, часто сложно изогнутых (рис. 15). Через гранит как бы «просвечивают» древние, существовавшие до них горные породы. Просвечивающие структуры говорят о том, что гранитная магма застыла на месте своего образования, не успев переместиться в более высокие горизонты земной коры. Но граниты образуются не только из магмы. Еще в середине XIX в. родились идеи о немагматическом происхождении гранитов. Теперь известно, что немагматические граниты широко распространены в древнейших участках земной коры, сложенных докембрийскими кристаллическими гнейсами и сланцами. Здесь гранитные породы тесно переплетаются с метаморфическими, образуя сложные породы - мигматиты. Увеличение гранитного материала приводит к тому, что мигматиты становятся неяснополосчатыми и переходят в граниты с расплывчатыми остатками первичных пород.

Рис. 15. Обломки песчаниково-сланцевой толщи в Нарымском гранитном массиве, на месте которой образовался гранит. По Р. М. Слободскому. 1 - измененные при высокой температуре обломки песчаниково-сланцевой толщи, 2- граниты, 3 - направление наклона слоев обломков в песчаниках и сланцах

Вещество немагматического гранита никогда не было жидким, на его месте находился инородный материал, который в твердом состоянии превратился в гранит. Процесс преобразования негранитного вещества в гранит называется гранитизацией, или трансформацией. Сторонники этой теории установили, что характерные минералы гранитов - калиевый шпат и плагиоклаз, богатый натрием,- иногда образуются в песчаниках, сланцах и даже в таких однообразных по составу породах, как кварциты. Это на первый взгляд странное явление - наличие крупных правильных кристаллов, никогда не образующихся в осадочных породах,- объясняется переработкой их вещества газами и растворами, поднимавшимися из недр Земли. Газы и растворы пропитывали песчаники, сланцы и другие негранитные породы и образовали в них крупные кристаллы калиевого шпата и плагиоклаза. Так возникли горные породы, очень похожие на магматические граниты.

И все же немагматические граниты по ряду признаков отличаются от магматических. Наблюдая их взаимоотношение с окружающими породами, мы заметим, что они не внедрялись в них и не изменяли их. В шлифах под микроскопом видно, что очертания зерен минералов неправильные, без характерных для них контуров. И это понятно, ведь гранитизированные породы возникли в твердом состоянии, а слагающие их минералы кристаллизовались не в определенной последовательности, как в магме, а одновременно.

Как мы видим, граниты вызывают очень большой научный интерес. Вместе с тем они очень важны в жизни человека. С гранитами связаны месторождения золота, серебра, вольфрама, молибдена, олова и многих других ценных металлов. В последнее время выяснилось, что и сам гранит может использоваться как руда редких элементов. Точнейшие спектральные и химические анализы показали, что в гранитах содержатся почти все элементы таблицы Менделеева. Известно, что в одном кубическом километре гранита находится лития 112000 т, урана 10000 т, ниобия 84000 т. Еще 15 - 20 лет назад мысль о добыче редких элементов из гранита могла показаться фантастической. Но в наше время техника позволяет выделить из гранита минералы редких элементов и поэтому гранит стал кладовой мало распространенных элементов. В Бразилии из гранита получают тантал, в Африке ниобий, а в недалеком будущем гранит станет обычной комплексной рудой. Из минералов-примесей будут получать редкие элементы, а оставшиеся после обогащения полевой шпат и кварц найдут широкое применение как сырье для изготовления разнообразной керамики и стекла.