3 ΜΑΓΜΑ ΚΑΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗ ΤΟΥ

Transcript

1 3 ΜΑΓΜΑ ΚΑΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗ ΤΟΥ 3.1 ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Μάγµα είναι ένα φυσικό διάπυρο πυριτικό τήγµα, το οποίο περιέχει διαλυµένα αέρια ή και στερεά υλικά (π.χ. κρυστάλλους). Η σύσταση του µάγµατος εκφράζεται συνήθως, όπως και στις χηµικές αναλύσεις των πετρωµάτων, σε βάρος επί τοις εκατό µιας δωδεκάδας περίπου κύριων στοιχείων, τα οποία είναι εκφρασµένα ως οξείδια (SiO 2, Al 2 O 3, FeO, MgO, CaO, Na 2 O, K 2 O, TiO 2, P 2 O 5 ) και σε µέρη ανά εκατοµµύριο (ppm: parts per million) µιας οµάδας ιχνοστοιχείων (Sr, Ba, Rb, Ni, Cr, Cu, U, κ.α.). Εκτός από τις δύο αυτές οµάδες, στη σύσταση των µαγµάτων συµµετέχουν και άλλα στοιχεία µε πολύ µικρότερο ποσοστό, τα οποία, λόγω της ικανότητάς τους να διαφεύγουν κατά την κρυστάλλωση του µάγµατος, ονοµάζονται πτητικά συστατικά (fugitive components ή volatiles). Τα κυριότερα πτητικά συστατικά του µάγµατος είναι το H 2 O, το CO 2, και το SO I ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Οι διάφορες ιδιότητες του µάγµατος, όπως είναι η ταχύτητα αναπτύξεως των κρυστάλλων, ο σχηµατισµός υάλου κατά την ταχεία ψύξη, η ευκολία µε την οποία ρέει το µάγµα και η εκρηκτικότητα της λάβας κατά την έκχυσή της στην επιφάνεια της Γης εξαρτώνται από την ατοµική δοµή του πυριτικού τήγµατος. Τα πυριτικά τήγµατα αποτελούνται κυρίως από κατιόντα Si 4+ και Al 3+, τα οποία ενώνονται µε ανιόντα Ο 2- και σχηµατίζουν τετράεδρα (Si, Al)O 4 (σχ. ). Tα τετράεδρα αυτά αλληλοσυνδέονται µεταξύ τους (πολυµερίζονται) και σχηµατίζουν µεγάλες αλυσίδες, δακτυλίους µε διάφορο αριθµό τετραέδρων, και άλλα σχήµα, µε αποτέλεσµα την αύξηση της εσωτερικής αντίστασης, δηλαδή του ιξώδους του µάγµατος. Αυτό σηµαίνει ότι η περιεκτικότητα του µάγµατος σε Si αποτελεί σηµαντική παράµετρο όσον αφορά τις διάφορες ιδιότητές του. Γενικά όσο πιο πυριτικό είναι το τήγµα τόσο πιο µεγάλος είναι ο βαθµός πολυµερισµού των τετραεδρικών οµάδων και κατά συνέπεια τόσο πιο µεγάλο το ιξώδες του τήγµατος. Τα βασαλτικά τήγµατα, τα οποία είναι φτωχότερα σε πυρίτιο απ ότι τα όξινα τήγµατα, έχουν χαµηλό ιξώδες. Το νερό το οποίο είναι διαλυµένο στο τήγµα συντελεί στον αποπολυµερισµό των αλυσίδων των τετραέδρων και κατά συνέπεια προκαλεί µείωση του ιξώδους. Πυριτικά τήγµατα πλούσια σε νερό έχουν τον ίδιο βαθµό ρευστότητας µε τα βασαλτικά τήγµατα. Η θερµοκρασία του τήγµατος είναι ένας άλλος παράγων ο οποίος επηρεάζει τις ιδιότητές του. Το ιξώδες, π.χ., ελαττώνεται µε την αύξηση της θερµοκρασίας, καθώς οι 73

2 δεσµοί µεταξύ των γειτονικών ατόµων χαλαρώνουν και τελικά σπάζουν. Με τον κατακερµατισµό των µεγάλων αλυσίδων και των δακτυλίων των τετραέδρων επέρχεται µείωση της εσωτερικής αντίστασης του µάγµατος. Η θερµοκρασία του µάγµατος, όταν αυτό βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια της Γης, κυµαίνεται περίπου από 1200 ως 700 C. Γενικά, τα βασικά µάγµατα παρουσιάζουν τις υψηλότερες θερµοκρασίες, ενώ τα πυριτικά τις χαµηλότερες. Στα βαθύτερα σηµεία το µάγµα υπολογίζεται ότι έχει ελαφρώς χαµηλότερες θερµοκρασίες, δηλαδή από 1200 ως 650 C, ενώ τα υπολειµµατικά τήγµατα έχουν ακόµη µικρότερες θερµοκρασίες (600 έως 500 C). Το ιξώδες, που όπως προαναφέρθηκε ελέγχεται από το περιεχόµενο SiO 2 του µάγµατος, το περιεχόµενο νερό και τη θεροκρασία ελέγχει ένα πλήθος χαρακτηριστικών των πετρωµάτων που δηµιουργούνται από τα βασικά ή τα όξινα µάγµατα και σχετίζονται µε τη µεγαλύτερη ευκολία ροής ή κίνησης ιόντων στα βασικά µάγµατα σχετικά µε τα όξινα. Έτσι εξηγείται η µεγαλύτερη πιθανότητα να σχηµατιστεί υαλώδες πέτρωµα από ένα ρυολιθικό µάγµα σχετικά µε ένα βασαλτικό ή η µεγαλύτερη πιθανότητα σχηµατισµού ζωνωδών κρυστάλλων σε ένα γαββρικό πέτρωµα απ ότι σε ένα γρανιτικό. Επίσης γιατί µια ρυολιθική λάβα ρέει πιο δύσκολα από µια βασαλτική. Η πυκνότητα του µάγµατος κυµαίνεται από περίπου 2,2 έως 3,0 gr/cm 3 και γενικά για κάθε µάγµα είναι κάπως µικρότερη από την αντίστοιχη τιµή του πετρώµατος, από το οποίο προέρχεται. 3.2 ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Από διάφορα πετρολογικά και γεωφυσικά δεδοµένα - τα οποία βασίζονται σε υποθέσεις, πειράµατα και παρατηρήσεις - εξάγονται ορισµένα συµπεράσµατα σχετικά µε την προέλευση των µαγµάτων. Ετσι, σήµερα πιστεύεται ότι οι συνθήκες που επικρατούν στην ασθενόσφαιρα ευνοούν τη µερική τήξη των εκεί πετρωµάτων και τη δηµιουργία βασαλτικού µάγµατος. Τα µάγµατα αυτά, κατά τη διείσδυσή τους στον ηπειρωτικό φλοιό, µεταφέρουν θερµική ενέργεια από το µανδύα, η οποία θα µπορούσε να προκαλέσει µερική ή ολική τήξη του ήδη θερµού σιαλικού υλικού του κάτω φλοιού και τελικά, το σχηµατισµό νεόυ µάγµατος γρανιτικής συστάσεως. Η διαδικασία της µερικής τήξης σηµαίνει ότι ένα αρχικό πέτρωµα τήκεται όχι συνολικά αλλά µερικά, δηλαδή κατά ένα ποσοστό. Μάλιστα, δεν τήκονται όλα τα συστατικά του µε την αναλογία που υπάρχουν στο αρχικό πέτρωµα αλλά τήκονται σε µεγαλύτερο ποσοστό τα πιο εύτηκτα (πλούσια σε SiO 2 ) και σε µικρότερο ποσοστό τα δύστηκτα (πτωχά σε SiO 2 ). Τούτο έχει ως αποτέλεσµα το µάγµα που δηµιουργείται να είναι οξινότερο από το αρχικό πέτρωµα και το υπολειµατικό υλικό της τήξης να είναι 74

3 βασικότερο από το αρχικό πέτρωµα. Είναι προφανές ότι ο διαφορετικός βαθµός τήξης, δηλαδή το διαφορετικό ποσοστό τήγµατος σε σχέση µε το αρχικό υλικό θα έχει ως αποτέλεσµα διαφορετική σύσταση τήγµατος. Τρείς παράγοντες προκαλούν ή/και επηρεάζουν τη µερική τήξη ενός πετρώµατος. Η αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί ή αυξάνει το βαθµό τήξης ενός πετρώµατος. Η ελλάτωση της πίεσης (αποσυµπίεση) προκαλεί ή αυξάνει το βαθµό τήξης ενός πετρώµατος. Η προσθήκη ρευστών ταπεινώνει το σηµείο τήξης. Έτσι ένα κορεσµένο σε ρευστά πέτρωµα τήκεται σε θερµοκρασία που ένα πτωχό σε ρευστά παρόµοιας σύστασης πέτρωµα δεν θα µπορούσε να τακεί ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΣ ΜΑΓΜΑ Οι επικρατέστεροι τύποι πυριγενών πετρωµάτων στην επιφάνεια της Γης είναι οι γρανοδιορίτες (γρανίτες) και οι βασάλτες. Τα πετρώµατα αυτά πιστεύεται ότι προέρχονται από δύο τύπους πρωτογενών µαγµάτων, των γρανιτικών και των βασαλτικών. Με τον όρο πρωτογενές µάγµα εννοούµε το αρχικό (µητρικό) υλικό, το οποίο δεν αλλοιώθηκε από διαφοροποίηση ή µόλυνση από τα γειτονικά πετρώµατα. Αυτό βρίσκεται σε µεγάλες µάζες κατά την έναρξη του πετρογενετικού κύκλου και µε την πάροδο του χρόνου µπορεί να δώσει διάφορα, από ορυκτολογικής και χηµικής απόψεως, πετρώµατα τα οποία θεωρούνται συγγενικά µεταξύ τους. Τα αντίστοιχα µάγµατα, από τα οποία σχηµατίζονται τα πετρώµατα αυτά, ονοµάζονται δευτερογενή. Σήµερα ο όρος πρωτογενές µάγµα χρησιµοποιείται όλο και πιο σπάνια στη βιβλιογραφία, διότι όπως πιστεύουν πολλοί γεωλόγοι στις δεκάδες ή και εκατοντάδες εκατοµµύρια χρόνια που πέρασαν από το σχηµατισµό της Γης τα µάγµατα έχουν αναπαραχθεί επανειληµµένα κατά τη διάρκεια νέων κύκλων µερικής ή ολικής τήξεως των πετρωµάτων, όχι µόνο του άνω µανδύα, αλλά πολύ πιθανόν και πετρωµάτων µεικτής προελεύσεως στα βαθύτερα σηµεία του φλοιού της Γης. 3.3 ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Τα πετρώµατα ενός πλουτωνικού συµπλέγµατος, όπως αυτά της Σιθωνίας ή της Ξάνθης παρουσιάζουν µεγάλες διαφορές µεταξύ τους, τόσο ως προς την ορυκτολογική όσο και τη χηµική σύστασή τους. Γενικά, η έλλειψη οµοιοµορφίας παρατηρείται όχι µόνο σε εµφανίσεις µεγάλης κλίµακας, αλλά και σε εµφανίσεις λίγων µόνο δεκάδων µέτρων. Το γεγονός αυτό σε συνδυασµό µε την παραδοχή ότι όλα αυτά τα πετρώµατα προέρχονται από ένα κοινό µάγµα οδήγησε στην άποψη ότι και στα πυριγενή πετρώµατα υπάρχει ένα είδος εξέλιξης όπως συµβαίνει στον οργανικό κόσµο. 75

4 Είναι προφανές ότι ένας πρώτος µηχανισµός που µπορεί να δηµιουργήσει διαφορετικά µάγµατα που έχουν κάποια συγγένεια µεταξύ τους έιναι η µερική τήξη µαγµάτων. Η αύξηση της θερµοκρασίας ή η σταδιακή ελλάτωση της πίεσης µπορεί να προκαλέσει διαδοχικά φαινόµενα µερικής τήξης ενός αρχικού πετρώµατος, σε διαφορετικό βαθµό και έτσι να δηµιουργηθούν διαφορετικά µάγµατα που προέρχονται από την ίδια αρχική πηγή. Αυτή είναι µια πρωτογενής διεργασία δηµιουργίας διαφορετικών µαγµάτων και µετά τη στερεοποίησή τους διαφορετικών πετρωµάτων. Οι δευτερογενείς διεργασίες (µηχανισµοί) οι οποίες είναι υπεύθυνες για την εξέλιξη των µαγµάτων και κατ επέκταση των πετρωµάτων περιλαµβάνουν: α) διαφοροποίηση ενός οµογενούς µάγµατος β) αφοµοίωση, µερική ή ολική, ενός στερεού πετρώµατος από υγρό µάγµα και γ) µίξη διαφορετικών µαγµάτων ΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΟΜΟΓΕΝΟΥΣ ΜΑΓΜΑΤΟΣ Ο όρος διαφοροποίηση καλύπτει κάθε διεργασία κατά την οποία από ένα αρχικά οµογενές µάγµα προκύπτουν τελικά υγρά ή στερεά κλάσµατα µε διαφορετική σύσταση. Η διαφοροποίηση του µάγµατος γίνεται µε διάφορους µηχανισµούς, όπως είναι: ιαφοροποίηση µε ιοντική µετανάστευση ή διάχυση Αυτή συµβαίνει σε οµογενή υγρά, όπου διάφορα στοιχεία µπορούν να µεταναστεύσουν από µία θέση σε µία άλλη µε διαφορετικές ταχύτητες λόγω διαφοράς θερµοκρασίας ή πιέσεως. Μετανάστευση στοιχείων µπορεί να συµβεί και λόγω διαφοράς συστάσεως του µάγµατος, η οποία είναι δυνατόν να προκύψει από εξωτερικούς παράγοντες, π.χ. από την αντίδραση των περιφερειακών τµηµάτων του µάγµατος µε τα γειτονικά πετρώµατα ιαφοροποίηση µε διαχωρισµό υγρών Μερικά υγρά, αρχικά οµογενή, µπορεί να διαχωριστούν κατά την ψύξη σε δύο ή περισσότερα κλάσµατα. Μια τέτοια διαφοροποίηση µη µιγνυόµενων υγρών συµβαίνει στη φύση, αλλά φαίνεται να περιορίζεται µόνο στο σχηµατισµό µερικών µαγµατικών κοιτασµάτων σουλφιδίων ιαφοροποίηση µε µεταφορά πτητικών συστατικών Υπάρχουν πτητικά συστατικά, όπως το H 2 O και το CO 2, τα οποία υπό µορφή φυσαλίδων ανέρχονται σε υψηλότερα επίπεδα του µαγµατικού χώρου. Με τέτοιες φυσαλίδες θα µπορούσαν να µεταφερθούν και µικρά ποσά µεταλλικών ιόντων ιαφοροποίηση µε κλασµατική κρυστάλλωση 76

5 Θεωρείται ως ο πιο σπουδαίος µηχανισµός καθώς µέσω αυτού επέρχονται ουσιαστικές αλλαγές στη σύσταση όλων των τύπων µαγµάτων (βασικών έως όξινων). Η κρυστάλλωση του µάγµατος γίνεται µάλλον σε µια περιοχή θερµοκρασιών και όχι σε µια ορισµένη θερµοκρασία. Ορισµένα ορυκτά που κρυσταλλώνονται στην ίδια περίπου θερµοκρασία εµφανίζονται µαζί στα πυριγενή πετρώµατα. Ο ολιβίνης και το λαβραδόριο είναι από τα τυπικά ορυκτά που συνυπάρχουν. Αλλο ένα ζευγάρι ορυκτών που συνυπάρχει είναι το ορθόκλαστο και το ολιγόκλαστο. Αντίθετα, υπάρχουν ορυκτά που σπάνια βρίσκονται µαζί, όπως είναι ο ολιβίνης και ο αλβίτης ή ο µοσχοβίτης και το λαβραδόριο. Με τη συνέχιση της κρυστάλλωσης και τον αποχωρισµό των κρυστάλλων αλλάζει η σύσταση του µάγµατος. Πολλά βασαλτικά µάγµατα, π.χ., που βρίσκονται σε θερµοκρασίες µόλις κάτω από την liquidus αποτελούνται από κρυστάλλους ολιβίνη και τήγµα. Ο ολιβίνης έχει µεγαλύτερη περιεκτικότητα σε Mg από ό,τι το τήγµα, λιγότερο Si και σχεδόν καθόλου Ca και Al (αν και τα δύο τελευταία στοιχεία αποτελούν κύρια συστατικά του µάγµατος. Με την αποµάκρυνση των κρυστάλλων του ολιβίνη από το τήγµα αλλάζει η χηµική σύσταση του µάγµατος (π.χ., γίνεται φτωχότερο σε Mg και πλουσιότερο σε Al). Το φαινόµενο αυτό αποτελεί την κλασµατική κρυστάλλωση και είναι µια διεργασία µεγάλης σηµασία, όχι µόνο επειδή όλα τα µάγµατα που ψύχονται περνούν σε κάποια φάση µέσω του ανάλογου διαστήµατος θερµοκρασιών, αλλά και επειδή ο µηχανισµός διαχωρισµού κρυστάλλων - υγρού φαίνεται να λειτουργεί συχνά και µάλλον αποτελεσµατικά στη φύση. ηµιουργία σωρειτικών πετρωµάτων Για τον διαχωρισµό των κρυστάλλων από το µάγµα βασικό ρόλο παίζει η βαρύτητα. Επειδή οι κρύσταλλοι του ολιβίνη έχουν µεγαλύτερη πυκνότητα απ ότι το µάγµα, από το οποίο κρυσταλλώθηκαν, καθιζάνουν στον πυθµένα του µαγµατικού θαλάµου σχηµατίζοντας τις γνωστές στρωσιγενείς διεισδύσεις. Στις ιδεατές περιπτώσεις τέτοιες διεισδύσεις στερεοποιούνται από τη βάση προς τα πάνω ως µια ιζηµατογενής συσσώρευση κρυστάλλων. Τα πετρώµατα αυτά ονοµάζονται σωρειτικά (cumulates) (Σχ και 3.3.2) και µολονότι είναι πυριγενούς προελεύσεως, η ολική τους σύσταση κατά κανένα τρόπο δεν αντιπροσωπεύει τις συστάσεις των αρχικών υγρών. Καθώς όµως σχηµατίζονται σωρειτικά πετρώµατα το υπολειµµατικό υγρό αλλάζει διαρκώς σύσταση και µπορεί από καιρό σε καιρό να εκχύνεται στην επιφάνεια µε µορφή διαφοροποιηµένων σειρών λαβών. 77

6 Σχήµα Στρωµατόµορφος γάββρος από το Βατοπέδι Χαλκιδικής Σχήµα είγµα στρωµατόµορφου γάββρου από το Βατοπέδι Χαλκιδικής. 78

7 Η διάκριση µεταξύ των σωρειτών, οι οποίοι δεν αντιπροσωπεύουν συστάσεις µαγµάτων, και των λαβών, οι οποίες συχνά είναι αντιπροσωπευτικές των αρχικών µαγµάτων, έχει πολύ µεγάλη σηµασία στην πυριγενή πετρολογία. Ας υποθέσουµε π.χ. ότι το βασαλτικό µάγµα µε τους κρυστάλλους του ολιβίνη που αναφέραµε παραπάνω υπόκειται σε αποχωρισµό των κρυστάλλων του ολιβίνη. Τότε σχηµατίζεται στον πυθµένα του µαγµατικού θαλάµου ένα σωρειτικό πέτρωµα, γνωστό ως δουνίτης (αποτελείται κυρίως από ολιβίνη). Εάν αναλύαµε χηµικώς ένα τέτοιο πέτρωµα θα ήταν λάθος να συµπεράνουµε ότι αυτό προέκυψε από ένα δουνιτικό µάγµα. Τέτοιο µάγµα δεν υπάρχει. Στο διαχωρισµό των κρυστάλλων λόγω βαρύτητας, συνήθως οι κρύσταλλοι καθιζάνουν, εντούτοις υπάρχουν και περιπτώσεις όπου αυτοί κινούνται προς τα πάνω. Αυτό συµβαίνει, όταν οι κρύσταλλοι έχουν µικρότερη πυκνότητα από το υγρό µέσα στο οποίο βρίσκονται. Χαρακτηριστικό παράδειγµα είναι οι κρύσταλλοι του λευκίτη, οι οποίοι είναι άφθονοι µεταξύ των πρώτων πυροκλαστικών υλικών του Βεζουβίου, διότι ως ελαφρότεροι βρίσκονται στο πάνω µέρος του µαγµατικού υγρού. Αρχή της αντίδρασης µάγµατος- κρυσταλλικών φάσεων Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, µε τη συνέχιση της κρυστάλλωσης αλλάζει η σύσταση του µάγµατος, πάντοτε όµως υπάρχει µια τάση για ισορροπία µεταξύ του τήγµατος και των στερεών φάσεων. Για να διατηρηθεί αυτή η ισορροπία, καθώς πέφτει η θερµοκρασία, οι πρώτοι κρύσταλλοι αντιδρούν µε το υγρό και αλλάζουν σύσταση. Αυτή η αντίδραση µπορεί να είναι συνεχής, ώστε τελικά να σχηµατισθεί µια σειρά µεικτών κρυστάλλων, όπως είναι τα πλαγιόκλαστα. Στην περίπτωση αυτή οι πρώτοι κρύσταλλοι είναι πλούσιοι σε ασβέστιο, καθώς όµως πέφτει η θερµοκρασία και συνεχίζεται η αντίδραση, οι κρύσταλλοι γίνονται βαθµιαία πιο νατριούχοι (Σχ ). Αντιδράσεις αυτού του είδους που αφορούν αλλαγή στη σύσταση των ορυκτών αποτελούν την λεγόµενη «συνεχή σειρά των αντιδράσεων (continuous reaction series». Ορισµένα σιδηροµαγνησιούχα ορυκτά µε τη συνέχιση της ψύξης και την αντίδρασή τους µε το υγρό, µετατρέπονται σε άλλα ορυκτά µε εντελώς διαφορετική κρυσταλλική δοµή. Ο ολιβίνης π.χ. µπορεί να µετατραπεί σε υπερσθενή, ή ο αυγίτης σε κεροστίλβη. Τέτοιες αντιδράσεις, που αφορούν αλλαγή στη σύσταση και στη δοµή των κρυστάλλων χαρακτηρίζουνν λεγόµενη «ασυνεχή σειρά των αντιδράσεων (discontinuous reaction series)». Ο Bowen συνδυάζοντας πετρογραφικά και πειραµατικά δεδοµένα έδωσε ένα διάγραµµα κρυσταλλώσεως των ορυκτών, το οποίο τροποποιηµένο ελαφρώς από τον Williams κ.α. έχει ως εξής: ΑΣΥΝΕΧΗΣ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΕΧΗΣ ΣΕΙΡΑ 79

8 Ολιβίνης Ανορθίτης Πυρόξενοι (Fe/Mg αυξαν) Βυτωβνίτης Πυρόξενοι Λαβραδόριο Κεροστίλβη Ανδεσίνης Βιοτίτης Ολιγόκλαστο Κ Να- άστριοι Χαλαζίας Μοσχοβίτης υπολειµµατικές φάσεις Ζεόλιθοι Υδατικά υγρά Τα πρώτα ορυκτά υψηλής θερµοκρασίας και των δύο σειρών κρυσταλλώνονται γενικά µαζί. Έτσι, ο ολιβίνης και οι πλούσιοι σε µαγνήσιο πυρόξενοι συνυπάρχουν συνήθως µε βασικά πλαγιόκλστα, όπως συµβαίνει στα γαββρικά πετρώµατα. Οµοίως, τα χαµηλής θερµοκρασίας ορυκτά µαρµαρυγίες, αλκαλιούχοι άστριοι και χαλαζίας συνήθως τείνουν να κρυσταλλώνονται µαζί µε αποτέλεσµα να συνυπάρχουν σε ανάλογα πετρώµατα, όπως είναι οι γρανίτες. Για τον ίδιο λόγο άλλα ορυκτά, όπως είναι ο χαλαζίας και ο βυτωβνίτης, το ορθόκλαστο και το λαβραδόριο σπάνια βρίσκονται το ένα δίπλα στο άλλο. Οταν η αντίδραση µεταξύ των ορυκτών και του τήγµατος τείνει να ολοκληρωθεί, τα ορυκτά του τελικού πετρώµατος δεν είναι προφανώς τα ίδια µε εκείνα που πρωτοσχηµατίστηκαν κατά την έναρξη της κρυστάλλωσης του µάγµατος, αλλά τα αντίθετά τους, δηλαδή τα τελευταία µέλη των δύο σειρών αντιδράσεων. Εαν όµως η αντίδραση δεν είναι πλήρης, λόγω της ταχείας ψύξης ή για άλλους λόγους, τότε ορυκτά των πρώτων µελών και των δύο σειρών αντιδράσεων είναι δυνατόν να διατηρηθούν ως υπολείµµατα στο τελικό πέτρωµα. Αυτός είναι ο λόγος που βλέπουµε πλαγιόκλαστα µε ζωνώδη δοµή και/ή κρυστάλλους ενός σιδηροµαγνησιούχου ορυκτού να περιβάλλονται από κέλυφος ενός άλλου ορυκτού. Κάθε σιδηροµαγνησιούχο µέλος της ασυνεχούς σειράς έχει ισόµορφες ποικιλίες και µάλιστα οι πλούσιες σε µαγνήσιο ποικιλίες προηγούνται από εκείνες που είναι πλούσιες σε σίδηρο. Ετσι, ο µαγνησιούχος ολιβίνης (φορστερίτης) συνήθως σχηµατίζεται στο διάστηµα που σχηµατίζεται το ασβεστιούχο πλαγιόκλαστο, ενώ η κρυστάλλωση του πλούσιου σε σίδηρο ολιβίνη (φαϋαλίτης) γενικά καθυστερεί έως ότου αρχίσει να αποχωρίζεται χαλαζίας και ορθόκλαστο. Η κανονική σειρά κρυσταλλώσεως των ορυκτών επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Ο χρόνος που εµφανίζονται π.χ. οι αµφίβολοι και οι µαρµαρυγίες επηρεάζεται από τη συγκέντρωση του Η 2 Ο και του F, που το ποσοστό τους συνεχώς αλλάζει στο µάγµα. Πολλά εξαρτώνται επίσης από τη διαφορά στο βαθµό κλασµατικής 80

9 κρυσταλλώσεως των δύο σειρών αντιδράσεων, επειδή αυτό επηρεάζει τις σχέσεις µεταξύ των διαφόρων στοιχείων στο υπολειµµατικό υγρό. Παραδείγµατος χάρη, η σχέση των αλκαλίων ως προς το πυρίτιο συν το αργίλιο στο υπολειµµατικό υγρό είναι αποφασιστικής σηµασίας για το αν ή όχι το τελικό πέτρωµα θα περιέχει αστριοειδή, όπως είναι ο νεφελίνης ή τα σιδηροµαγνησιούχα ορυκτά αιγιρίνης και ρειβεκίτης. Kατά την κλασµατική κρυστάλλωση ενός βασαλτικού µάγµατος τα πρώτα ορυκτά που αποχωρίζονται είναι άνυδρα - πλαγιόκλαστα, ολιβίνης, πυρόξενοι - η αποµάκρυνση των οποίων έχει ως αποτέλεσµα τα υπολειµµατικά υγρά να εµπλουτίζουνται βαθµιαία όχι µόνο σε νερό, αλλά και σε πτητικά συστατικά, όπως είναι το CO 2, F και Cl. Η περαιτέρω πορεία αυτών των συστατικών εξαρτάται από τη σύσταση του µάγµατος και το περιβάλλον της τελικής κρυστάλλωσής τους, δηλαδή αν γίνεται σε βάθος (υψηλή πίεση) ή στην επιφάνεια (χαµηλή πίεση). Το νερό είναι έντονα διαλυτό σε πολλά πυριτικά τήγµατα σε θερµοκρασίες 1000 C ή σε πιέσεις ολίγων kb. Mε τη βραδεία ψύξη όµως, κάτω από πλουτωνικές συνθήκες αρχίζει αυτό να εισέρχεται στο πλέγµα µερικών κοινών πυριτικών φάσεων, κυρίως στους αµφιβόλους και στους µαρµαρυγίες των οποίων η κρυστάλλωση ευνοείται από ένα σχετικά υψηλό περιεχόµενο του µάγµατος σε Na 2 O και K 2 O. Το φθόριο διεισδύει επίσης εύκολα στους φλογοπιτικούς βιοτίτες και σε µερικές αµφιβόλους. Τέλος, το χλώριο µπορεί να υπησέλθει στο πλέγαµ των πιο πάνω ορυκτών ή του απατίτη. Το στάδιο όπου πραγµατοποιείται η κρυστάλλωση του µεγαλύτερου τµήµατος του µάγµατος (>90%) ονοµάζεται ορθοµαγµατικό στάδιο. Στις περιπτώσεις όπου µεταξύ των πρώτων ορυκτών κρυσταλλώνονται µεταλλικά ορυκτά (π.χ., χρωµίτης, µαγνητίτης) µπορεί δηµιουργηθούν στη βάση του µαγµατικού θαλάµου εκµεταλλεύσιµα κοιτάσµατα. Στα τελευταία στάδια κρυστάλλωσης του µάγµατος τα πτητικά συστατικά παίζουν έναν αυξανόµενα σηµαντικό ρόλο. Καθώς το υπολειµµατικό υγρό εµπλουτίζεται σε πτητικά συστατικά, SiO 2, Al 2 O 3 και αλκάλεα, γίνεται πιο λεπτόρευστο και εισχωρεί σε ρωγµές των περιβαλλόντων πετρωµάτων ή/και του ίδιου του µαγµατικού σώµατος, που ήδη έχει κρυσταλλωθεί, δηµιοργώντας πηγµατιτικές και απλιτικές φλέβες. Στο στάδιο αυτό, γνωστό ως πηγµατιτικό στάδιο, γίνεται βραδεία κρυστάλλωση κάτω από ψηλή πίεση και σχηµατίζονται κυρίως αλκαλιούχοι άστριοι, χαλαζίας και µαρµαρυγίες. Ορισµένα συστατικά του υπολειµµατικού υγρού, που βρίσκονται σε αέρια κατάσταση, αποβάλλονται ως ορυκτές ενώσεις (τουρµαλίνης). Το στάδιο αυτό, όπου οι θερµοκρασίες κυµαίνονται µεταξύ 500 ο 374 ο C, ονοµάζεται πνευµατολυτικό στάδιο. Με την πτώση της θερµοκρασίας κάτω από τους 374 ο C τα αέρια µετατρέπονται σε υγρά διαλύµατα από τα οποία αποβάλλονται ορυκτά, όπως ο γαληνίτης, ο σφαλερίτης, κ.ά. (υδροθερµικά κοιτάσµατα) ή επιδρώντας πάνω σε προϋπάρχοντα ορυκτά προκαλούν διάφορες αλλοιώσεις, όπως είναι η µετατροπή των αστρίων σε λεπτοµερή 81

10 αθροίσµατα ορυκτών της αργίλου, του βιοτίτη σε χλωρίτη, του ολιβίνη σε σερπεντίνη κλπ. Η περίοδος αυτή είναι γνωστή ως υδροθερµικό στάδιο ΑΦΟΜΟΙΩΣΗ Ο όρος αφοµοίωση αναφέρεται στην ενσωµάτωση πετρωµάτων σ ένα µάγµα προκαλώντας, στην περίπτωση που το πέτρωµα είναι διαφορετικής σύστασης, αλλαγή στη σύσταση του µάγµατος. Πολλές φορές αντί του όρου αφοµοίωση χρησιµοποιείται ο όρος µόλυνση του µάγµατος. Έτσι, αντί να πούµε ότι το γρανιτικό µάγµα αφοµοίωσε αργιλικά ιζήµατα λέµε ότι το γρανιτικό µάγµα µολύνθηκε από αργιλικά ιζήµατα. Η αφοµοίωση γειτονικών πετρωµάτων από ένα µάγµα φαίνεται ότι παίζει σηµαντικό ρόλο στην εξέλιξη των µαγµάτων. Πάντως, παρά τις σηµαντικές χηµικές διαφορές µεταξύ του µάγµατος και των γειτονικών του πετρωµάτων, δε συµβαίνουν µεγάλης κλίµακας αλλαγές στη σύσταση του µάγµατος. Και τούτο διότι τα περισσότερα µάγµατα δεν είναι υπέρθερµα. Εάν όµως το µάγµα είναι υπέρθερµο, δηλαδή η θερµοκρασία του είναι πανω από τη liquidus (δεν έχει αρχίσει η κρυστάλλωσή του), τότε αυτό µπορεί να αφοµοιώσει γειτονικά πετρώµατα και έτσι, να αλλάξει αρκετά η σύστασή του. Ο βαθµός αφοµοιώσεως ενός πετρώµατος από ένα µάγµα, µε το οποίο βρίσκεται σε επαφή, εξαρτάται από το είδος των ορυκτών του πετρώµατος αυτού και το είδος των ορυκτών που κρυσταλλώνονται από το µάγµα. Aς εξετάσουµε ένα µάγµα γρανιτικής σύστασης από το οποίο άρχισαν να αποχωρίζονται κρύσταλλοι κεροστίλβης και ολιγοκλάστου, ενώ το γειτονικό πέτρωµα είναι γάββρος αποτελούµενος, κυρίως, από αυγίτη και λαβραδόριο. Το λαβραδόριο είναι ένα από τα νωρίτερα κρυσταλλωµένα µέλη της συνεχούς σειράς απ ό,τι είναι το ολιγόκλαστο και ο αυγίτης από τα νωρίτερα µέλη της ασυνεχούς σειράς απ ό,τι η κεροστίλβη. Το γρανιτικό µάγµα, στην προκειµένη περίπτωση, δεν µπορεί να διαλύσει ούτε το λαβραδόριο ούτε τον αυγίτη, διότι είναι ουσιαστικά υπερκορεσµένο ως προς αυτά. Εκείνο που συµβαίνει είναι µια πολύπλοκη αντίδραση κατά την οποία τα ξένα ορυκτά - αυγίτης και λαβραδόριο - µετατρέπονται σε κεροστίλβη και ολιγόκλαστο, ορυκτά δηλαδή που βρίσκονται σε ισορροπία µε το υγρό εκείνη τη στιγµή. Εξετάζουµε τώρα ένα θερµότερο (βασαλτικό) µάγµα από το οποίο κρυσταλλώνεται ολιβίνης, και έστω ότι το γειτονικό πέτρωµα περιέχει πάλι αυγίτη, δηλαδή ένα µεταγενέστερο µέλος της ασυνεχούς σειράς απ ότι είναι ο ολιβίνης. Κάτω από αυτές τις συνθήκες ο αυγίτης θα µπορούσε να διαλυθεί στο µάγµα και το απαιτούµενο ποσό θερµότητας για την τήξη θα µπορούσε να προέλθει από ένα ισοδύναµο ποσό ολιβίνη που θα αποχωριζόταν από το µάγµα. Πάντως, σε κάθε περίπτωση το µάγµα µολύνεται και τα πετρώµατα που τελικά σχηµατίζονται είναι υβριδικής προελεύσεως. Τέτοια υβριδικά πετρώµατα βρίσκονται συνήθως κοντά στα όρια µεγάλων πλουτωνικών 82

11 σωµάτων. Μερικοί διορίτες, π.χ. προέρχονται από αντίδραση γρανιτικού µάγµατος µε γάββρους ή ασβεστόλιθους. Αφοµοίωση ασβεστολίθων ή δολοµιτών από γρανιτικό µάγµα είναι δυνατόν να προκαλέσει αποπυριτίωση του µάγµατος. Πιστεύεται ότι το πυρίτιο του µάγµατος αντιδρά µε τον ασβεστίτη ή το δολοµίτη για να σχηµατίσει ορυκτά, όπως είναι ο βολλαστονίτης, ο γροσσουλάρης, ο τρεµολίτης ή ο διοψίδιος. Συγχρόνως µέρος του ασβεστίου και του µαγνησίου εισέρχεται στο µάγµα, κάνοντας τη γενική σύστασή του πιο βασική ΜΙΞΗ ΜΑΓΜΑΤΩΝ Υβριδικά πετρώµατα, κυρίως ηφαιστειακά και υποηφαιστειακά, είναι δυνατόν να προκύψουν από µίξη µαγµάτων σε βάθος και πριν η κρυστάλλωσή τους να έχει προχωρήσει σηµαντικά. Η µίξη των µαγµάτων µπορεί να φανεί από: την παρουσία ανωµαλιών στις σχέσεις των ορυκτολογικών φάσεων (ασυµβίβαστες φάσεις βρίσκονται η µία δίπλα στην άλλη), την απόκλιση από την κανονική σειρά κρυσταλλώσεως των ορυκτών, την παρουσία φαινοκρυστάλλων που βρίσκονται σε ανισορροπία µε το µάγµα από το οποίο προέκυψαν (φαινόµενα µαγµατικής διάβρωσης), κ.α. Φαινόµενα µείξης µαγµάτων διαπιστώθηκαν σε πολλά πυριγενή πετρώµατα της Ελλάδας (π.χ., στην ίδια λεπτή τοµή ορισµένων ηφαιστειακών πετρωµάτων της Σαµοθράκης βρέθηκαν να συνυπάρχουν δύο είδη βιοτιτών µε διαφορετικά µορφολογικά και χηµικά χαρακτηριστικά). Η µίξη µαγµάτων είναι µια διαδικασία που συµβαίνει πιο εύκολα µεταξύ βασικών µαγµάτων επειδή αυτά είναι πιο λεπτόρευστα. Επίσης έχει βρεθεί ότι για να αναµιχθούν δυο µάγµατα η διαφορά περιεκτηκότητας σε SiO 2 δεν πρέπει να ξεπερνά το 10%. Τούτο, διότι όπως προαναφέρθηκε το ιξώδες ενός µάγµατος εξαρτάται κυρίως από την περιεκτηκότητά του σε SiO 2. Άρα µάγµατα που διαφέρουν πολύ σε SiO 2 διαφέρουν και στο ιξώδες και συνεπώς δεν µπορούν να αναµιχθούν εύκολα. Στις περιπτώσεις αυτές λαµβάνει χώρα συχνά το φαινόµενο της µηχανικής ανάµιξης µαγµάτων (mingling). Τµήµατα των δυο µαγµάτων αναµιγνύονται όχι όµως χηµικά ώστε τελικά µετά την ψύξη διαχωρίζονται σαφώς τα δυο είδη των πυριγενών περωµάτων που δηµιουργούνται ΞΕΝΟΛΙΘΟΙ ΚΑΙ ΕΓΚΛΕΙΣΜΑΤΑ Μετά από όσα αναφέρθηκαν για τις διεργασίες γένεσης και εξέλιξης του µάγµατος είναι χρήσιµο να συζητηθούν εικόνες που συναντάµε στα πυριγενή πετρώµατα. Είναι συχνό φαινόµενο µέσα σε πυριγενή πετρώµατα (ξενιστές) να βρίσκονται εγκλεισµένα άλλα πετρώµατα είτε πυριγενή είτε µεταµορφωµένα. Όταν τα πετρώµατα αυτά δεν 83

12 έχουν σχέση µε τον ξενιστή τότε ονοµάζονται ξενόλιθοι (Σχ ) ενώ όταν σχετίζονται µε αυτόν ονοµάζοναι εγκλείσµατα (Σχ , 3.3.5, 3.3.6). Ξενόλιθοι: Όταν το µάγµα διεισδύει σε προϋπάρχοντα πετρώµατα αποσπά µηχανικά κάποια τµήµατά τους. Κάποια από αυτά αφοµοιώνονται (αφοµοίωση) και κάποια παραµένουν ως ανεξάρτητα τµήµατα διατηρώντας πολλές φορές και τον αρχικό τους ιστό. Έτσι τµήµατα µεταµορφωµένων πετρωµάτων, που εύκολα αναγνωρίζεται ο ιστός τους ή και τεκτονικές δοµές, βρίσκονται ως ξενόλιθοι σε γρανιτικά πετρώµατα. Εγκλείσµατα: Όπως αναφέρθηκε τα µάγµατα δηµιουργούνται από τη µερική τήξη προϋπαρχόντων πετρωµάτων (πρωτόλιθοι) και αποµένει το υπολειµµατικό στερεό που αποτελείται από τα πιο δύστηκτα ορυκτά. Μερικές φορές τµήµατα των πρωτόλιθων ή του υπολειµατικού στερεού βρίσκονται ως εγκλείσµατα µέσα στα πυριγενή πετρώµατα. Επειδή τόσο οι πρωτόλιθοι όσο και το υπόλειµµα της τήξης είναι βασικότερης σύστασης από το µάγµα που προκύπτει γι αυτό και τα εγκλείσµατα είναι πιο σκουρόχρωµα. Τα τµήµατα του µάγµατος που πρώτα έρχονται σε επαφή µε τα περιβάλλοντα πετρώµατα ψύχονται γρηγορότερα και είναι λεπτόκοκκα. Τέτοια τµήµατα, γρήγορα ψυγµένων πετρωµάτων, µπορούν να εγκλεισθούν από το υπόλοιπο µάγµα, να µην αφοµοιωθούν από αυτό και να παραµείνουν ως εγκλείσµατα. Η σηµασία τέτοιων πετρωµάτων είναι µεγάλη διότι η σύστασή τους είναι αντιπροσωπευτική της σύστασης του αρχικού µάγµατος. Ως εγκλείσµατα µπορεί να βρεθούν και πετρώµατα που αποτελούνται από τα πρώτα ορυκτά της κλασµατικής κρυστάλλωσης. Τα πετρώµατα αυτά µπορεί να έχουν ή όχι σωρειτική φύση. Σε κάθε περίπτωση είναι βασικότερης σύστασης από το πέτρωµαξενιστή και συνήθως πιο σκουρόχρωµα. Τα τελευταία χρόνια γίνεται αποδεκτό ότι τα εγκλείσµατα είναι κυρίως αποτέλεσµα διαδικασίας µηχανικής ανάµιξης µαγµάτων ότων τα δυο µάγµατα δεν είναι δυνατό να αναµιχθούν χηµικά. 84

13 Σχήµα Ξενόλιθος σχιστόλιθου (Sch) στον χαλαζιακό µονζονίτη (Qmz) του Βαρνούντα. ιακρίνεται η σχιστότητα και η πτύχωση του σχιστόλιθου. Σχήµα Μονζοδιοριτικό έγκλεισµα (Mzd) στον γρανοδιορίτη (Grd) της Ξάνθης. 85

14 Σχήµα Μονζοδιοριτικά εγκλείσµατα (Mzd) στον χαλαζιακό µονζονίτη (Qmz) του Βαρνούντα. Σχήµα Μονζοδιοριτικό έγκλεισµα (Mzd) στον γρανοδιορίτη (Grd) της Καστοριάς. 86