Плутон (геологія)

Шаблон:Otheruses Плутон (Шаблон:Lang-ru, Шаблон:Lang-en, Шаблон:Lang-de) — загальна назва окремих самостійних глибинних магматичних тіл. Утворюються при застиганні у верхніх шарах земної кори магми, що проникла з нижньої частини кори або з мантії. Форма П. різна залежно від структури вмісних порід. За розмірами, формою і заляганням у земній корі розрізняють: батоліти, лаколіти, лополіти, факоліти, дайки, штоки, пластові жили та інші інтрузивні масиви, що сформувалися на глибині.

Ділянка сірих осадових порід, що зазнали інтрузії юрського плутону рожевого монцоніту, які згодом були підняті та оголені поблизу Шаблон:Нп, Шаблон:Нп, штат Юта.

Оголений лаколіт на вершині масивної плутонної системи поблизу Софії, утвореної сієнітами Витоша та діоритами Шаблон:Нп куполоподібними горами, які пізніше були підняті

Термін плутон погано визначений , але його використовували для опису інтрузії, що відбувається на великій глибині; Шаблон:Sfn як синонім усіх магматичних інтрузій; як Шаблон:Нп для інтрузій, розмір або характер яких недостатньо визначені; або як назву для дуже великої інтрузії або для кристалізованої магматичної камери. Плутон, який вторгся та перервав контакт між террейном і прилеглою породою, називається зшиваючим плутоном.

У геології магматична інтрузія (або інтрузивне тіло або просто інтрузія — тіло інтрузивної магматичної породи, яке утворюється шляхом кристалізації магми, яка повільно охолоджується під поверхнею Землі. Інтрузії мають широкий спектр форм і композицій, проілюстрованих такими прикладами, як Шаблон:Нп у Нью-Йорку та Нью-Джерсі; Шаблон:Sfn Шаблон:Нп в штаті Юта; Шаблон:Sfn Бушвельдський комплекс Південної Африки; Шаблон:Sfn Шаблон:Нп в Нью-Мексико; Шаблон:Sfn Шаблон:Нп інтрузія в Шотландії; Шаблон:Sfn і батоліт Сьєрра-Невади в Каліфорнії. Шаблон:Sfn

Оскільки тверда корінна порода, в яку проникає магма, є чудовим ізолятором, охолодження магми відбувається надзвичайно повільно, а інтрузивна магматична порода є грубозернистою (фанеритною). Інтрузивні магматичні породи класифікуються окремо від Шаблон:Нп магматичних порід, як правило, на основі їх мінерального вмісту. Відносна кількість кварцу, лужного польового шпату та плагіоклазу є особливо важливою для класифікації інтрузивних магматичних порід.

Інтрузії мають витіснити існуючу корінну породу, щоб звільнити місце для себе. Питання про те, як це відбувається, називається проблемою камери, і вона залишається предметом активного дослідження для багатьох видів інтрузій. Шаблон:Sfn

Класифікація

1. Лаколіт 2. Апофіза 3. Батоліт 4. Дайка 5. Сілл 6. Нек 7. Лополіт

Інтрузії загалом поділяються на неузгоджені інтрузії, які перетинають існуючу структуру гірської породи, та узгоджені інтрузії, які здійснюють інтрузію паралельно корінній породі. Шаблон:Sfn Далі вони класифікуються за такими критеріями, як розмір, очевидний спосіб походження або форма.

Шаблон:Нп — група інтрузій, пов’язаних у часі та просторі.

Неузгоджені інтрузії

Дайка

Шаблон:Main Дайки — пластинчасті неузгоджені інтрузії, що приймають форму пласту, які перетинають існуючі породи. Вони, як правило, протистоять ерозії, тому виділяються як природні стіни на земній поверхні. Їх товщина варіюється від міліметрових плівок до понад 300 м, а окремий пласт може мати площу 12 000 км². Вони також дуже різноманітні за складом. Дайки утворюються шляхом гідравлічного розриву корінних порід магмою під тиском, Шаблон:Sfn і поширеніші в регіонах рифтогенезу.

Кільцеві дайки та конусні пласти

Шаблон:Main Шаблон:Нп і Шаблон:Нп є дайками певної форми, які пов'язані з утворенням кальдер. Шаблон:Sfn

Вулканічні неки

Шаблон:Main Вулканічні неки є живильними трубками для вулканів, які були оголені внаслідок ерозії. Поверхневі оголення зазвичай мають циліндричну форму, але на глибині інтрузія часто стає еліптичною або навіть формою листа конюшини. Дайки часто відходять від вулканічного неку, що свідчить про те, що неки зазвичай утворюються на перетині дайок, де проходження магми найменше перешкоджає. Шаблон:Sfn

Діатреми і брекчієві трубки

Діатреми та брекчієві трубки — трубоподібні тіла брекчії, які утворюються в результаті певних видів експлозивних вивержень. Шаблон:Sfn Оскільки вони досягли поверхні, вони насправді є екструзіями, але невивержений матеріал є інтрузією, і справді через ерозію його може бути важко відрізнити від інтрузії, яка ніколи не досягла поверхні, як магма/лава. Кореневий матеріал діатреми ідентичний інтрузивному матеріалу поблизу, якщо він існує, який ніколи не досягав тодішньої поверхні під час формування.

Штоки

Шаблон:Main Шток — не пластова неузгоджена інтрузія, площа якої менше 100 км². Хоча це здається довільним, особливо тому, що відкрита може бути лише верхівка більшого інтрузивного тіла, класифікація є значущою для тіл, площа яких не сильно змінюється з глибиною та які мають інші особливості, що вказують на відмінне походження та спосіб розміщення. Шаблон:Sfn

Батоліти

Шаблон:Main Батоліти — неузгоджені інтрузії з відкритою площею понад 100 км². Деякі мають справді величезні розміри, і їх нижні контакти дуже рідко оголюються. Наприклад, Шаблон:Нп має довжину 1100 км і 50 км завширшки. Зазвичай вони утворюються з магми, багатої кремнеземом і ніколи не з габро чи інших гірських порід, багатих основними мінералами, але деякі батоліти майже повністю складаються з анортозиту . Шаблон:Sfn

Узгоджені інтрузії

Сілл

Шаблон:Main Сілл — пластова узгоджена інтрузія, паралельна осадовим шарам. В іншому вони схожі на дайки. Більшість із них мають мафічний склад із відносно низьким вмістом кремнезему, що надає їм низьку в’язкість, необхідну для проникнення між осадовими шарами. Шаблон:Sfn

Лаколіти

Шаблон:Main Лаколіт — узгоджена інтрузія з плоскою основою та куполоподібним верхом. Лаколіти зазвичай утворюються на невеликій глибині, менше ніж 3 км, Шаблон:Sfn, в областях стиснення земної кори.

Лополіти та стратифіковані інтрузії

Шаблон:Main Лополіти — узгоджені інтрузії з формою блюдця, що має внизу підвідний канал, дещо схожі на перевернутий лаколіт, але вони можуть бути набагато більшими та формуватися різними процесами. Їхні величезні розміри сприяють дуже повільному охолодженню, і це призводить до надзвичайно повної сегрегації мінералів, що називається Шаблон:Нп. Шаблон:Sfn

Утворення

Проблема камери

Шаблон:Main Основним джерелом магми є часткове розплавлення гірських порід у верхній мантії та нижній частині кори. Таким чином утворюється магма, менша за щільність, ніж корінна порода. Наприклад, гранітна магма з високим вмістом кремнезему має щільність 2,4 Мг/м³, що набагато менше, ніж 2,8 Мг/м² високоякісних метаморфічних порід. Це надає магмі величезну рухливість, тому підйом магми стає неминучим, коли накопичується достатня кількість магми. Однак питання про те, як саме велика кількість магми здатна посунути корінну породу , щоб звільнити собі місце (проблема камери), все ще є предметом дослідження. Шаблон:Sfn

Склад магми та корінної породи, а також напруги, що впливають на корінну породу, сильно впливають на види інтрузій, які відбуваються. Наприклад, там, де кора розтягується, магма може легко піднятися в тріщини розтягування у верхній корі, утворюючи дайки. Шаблон:Sfn Там, де земна кора стискається, магма на невеликій глибині утворює лакколіти, причому магма проникає в найменш щільні шари, такі як пласти сланців. Кільцеві дайки та конусоподібні пласти утворюються лише на невеликій глибині, де пробка вищерозміщених гірських порід може бути піднята або опущена. Шаблон:Sfn Величезні об’єми магми, що входять до складу батолітів, можуть просуватися вгору, лише коли магма є висококремністою та рухливою, і, ймовірно, роблять це у вигляді діапірів у пластичній глибокій корі та через низку інших механізмів у крихкій верхній корі. Шаблон:Sfn

Множинні та комплексні інтрузії

Магматичні інтрузії можуть утворюватися в результаті однієї магматичної події або кількох додаткових подій. Останні дані свідчать про те, що поступове утворення є поширенішим для великих інтрузій. Наприклад, Палісейдз-Сіл ніколи не було окремим тілом магми товщиною 300 м, а утворилося внаслідок кількох ін’єкцій магми. Шаблон:Sfn Інтрузивне тіло описується як множинне , якщо воно утворюється в результаті повторних ін’єкцій магми подібного складу, і як складне, коли утворюється внаслідок повторних ін’єкцій магми різного складу. Композитна дайка може включати такі різні породи, як Шаблон:Нп і діабаз. Шаблон:Sfn

Хоча візуальних доказів багаторазових ін’єкцій часто мало, є геохімічні докази. Зонування цирконів надає важливі докази для визначення того, чи то була одна магматична подія чи серія подій.

Великі фельсичні інтрузії, ймовірно, утворюються в результаті плавлення нижньої кори, яка була нагріта інтрузією мафічної магми з верхньої мантії. Різні щільності кислої та мафічної магми обмежують змішування, тому кремнієва магма плаває на мафічній магмі. Таке обмежене змішування, яке має місце, призводить до невеликих включень мафічної породи, які зазвичай зустрічаються в гранітах і гранодіоритах. Шаблон:Sfn

Охолодження

Теплові профілі в різний час після інтрузії, що ілюструє закон квадратного кореня

Інтрузивна магма втрачає тепло до навколишньої гірської породи через теплопровідність. Поблизу контакту гарячого матеріалу з холодним матеріалом, якщо гарячий матеріал спочатку однорідний за температурою, температурний профіль на контакті визначається співвідношенням

$$T/T_0=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}\mathrm{erf}(\frac{x}{2\sqrt{kt}})$$

де $T_0$ — початкова температура гарячого матеріалу, k — коефіцієнт теплопровідності (зазвичай близький до $T_0$ для більшості геологічних матеріалів), x — відстань від контакту, а t — час з моменту проникнення. Ця формула припускає, що магма поблизу контакту буде швидко охолоджуватися, тоді як корінна порода поблизу контакту швидко нагрівається та порода далі від контакту буде набагато повільніше охолоджуватися або нагріватися. Шаблон:Sfn Таким чином, Шаблон:Нп часто зустрічається на стороні інтрузії контакту, Шаблон:Sfn тоді як контактна зона знаходиться на стороні корінної породи. Охолоджена межа набагато більш дрібнозерниста, ніж більша частина інтрузії, і може відрізнятися за складом, що відображає початковий склад інтрузії до фракційної кристалізації, асиміляції корінних порід або подальших магматичних ін’єкцій, які змінили склад решти інтрузії. Шаблон:Sfn Ізотерми (поверхні постійної температури) поширюються від межі відповідно до закону квадратного кореня, Шаблон:Sfn таким чином, якщо крайньому метру магми потрібно десять років, щоб охолонути до заданої температури, наступному внутрішньому метру знадобиться 40 років, наступному — 90 років і так далі.

Це ідеалізація, і такі процеси, як конвекція магми (де охолоджена магма поруч із контактом опускається на дно магматичної камери, а більш гаряча магма займає її місце) можуть змінити процес охолодження, зменшуючи товщину охолоджених країв, одночасно прискорюючи охолодження інтрузії в цілому. Шаблон:Sfn Однак очевидно, що тонкі дайки охолонуть набагато швидше, ніж більші інтрузії, що пояснює, чому невеликі інтрузії поблизу поверхні (де корінна порода спочатку холодна) часто майже настільки ж дрібнозерниста, як вулканічна порода.

Структурні особливості контакту між інтрузією та корінною породою дають підказки щодо умов, за яких відбулися інтрузії. Катазональні інтрузії мають широку зону контакту, яка переходить у інтрузивне тіло без різкої межі, що вказує на значну хімічну реакцію між інтрузією та корінною породою, і часто мають широкі мігматитові зони. Листуватість в інтрузії та навколишній корінній породі приблизно паралельна, з ознаками надзвичайної деформації у корінній породі. Такі інтрузії інтерпретуються як розміщення на великій глибині. Мезозональні інтрузії мають значно нижчий ступінь метаморфізму в своїх контактних зонах, і контакт між корінною породою та інтрузією чітко помітний. Мігматити зустрічаються рідко, а деформація корінної породи помірна. Такі інтрузії інтерпретуються як такі, що відбуваються на середній глибині. Епізональні інтрузії не узгоджені з корінною породою та мають різкі контакти з охолодженими краями, лише з обмеженим метаморфізмом у контактній зоні, і часто містять ксенолітичні фрагменти корінної породи, що свідчить про крихку тріщинуватість. Такі інтрузії інтерпретуються як такі, що відбуваються на невеликій глибині, і зазвичай пов’язані з вулканічними породами та структурами обвалення. Шаблон:Sfn

Кумулютація

Шаблон:Main Інтрузія не кристалізує всі мінерали одночасно; скоріше існує послідовність кристалізації, яка відображається в ряді реакцій Боуена. Кристали, що утворюються на початку охолодження, як правило, щільніші, ніж решта магми, і можуть осідати на дно великого інтрузивного тіла. Це утворює кумулятивний шар із характерною текстурою та складом. Шаблон:Sfn Такі кумулятивні шари можуть містити цінні рудні поклади хроміту. Величезний магматичний Бушвельдський комплекс в Південній Африці містить кумулятивні шари типу рідкісних порід, що має 90% хроміту.

Див. також

• інтрузив
• інтрузивні гірські породи
• інтрузія
• Плутонізм

Література

• Шаблон:МГЕ