Гранит происхождение породы. Геохимические классификации гранитов

Когда я представляю себя восхитительно богатой (мечты-мечты), помимо всего прочего, я думаю о том, что полы в моем доме будут из мрамора. Еще мне однозначно нужен столик из малахита. А гранит я не люблю. Скучный материал, ассоциирующийся у меня с надгробиями.

Но если рассматривать его в качестве горной породы, а не детали интерьера, то все становится интереснее.

Что такое гранит и откуда он берется

Гранит - это самая распространенная горная порода нашей планеты. Значительная часть коры Земли состоит из гранита. А вот на других планетах его пока найти не удавалось.

Гранит принято относить к магматическим горным породам, т. е. получившимся в результате застывания магмы. Но есть и другой, не магматический, путь его образования. Иногда природные процессы приводят к тому, что другие горные породы внезапно превращаются в гранит. Этот процесс называется гранитизацией.

Гранит также считается плутонической породой. Не потому, что с Плутона, а потому, что так называют породы с глубиной залегания более 4 км.

Состав и свойства гранита

Гранит бывает разного происхождения, процентного состава и цвета, но по структуре он всегда зернистый, чем и обязан своему названию ("granum" - зерно).

Состоит гранит из следующих минералов:

полевые шпаты;
кварц;
слюда.

Полевые шпаты - самая значительная часть состава, в граните их более 50%

Гранит известен своими прочностью, твердостью и долговечностью. Хотя и он не вечен, конечно, а так же подвержен выветриванию, как и другие горные породы.

Присутствие гранита несколько повышает радиационный фон, но сколько-нибудь опасной дозы радиации от него получить не удастся.

Использование гранита

Эта порода используется, в основном, в строительстве.

Зданий из цельного гранита не строят, но он незаменим в качестве облицовочного материала, прекрасно подходит для мощения улиц.

Приятным дополнением к прочности гранита является его устойчивость к загрязнениям. Это тоже делает его ценным материалом. Обычны и памятники из гранита.

Особую ценность представляет гранит редких цветов, например, голубого.

Минеральный состав

калиевый полевой шпат - 20 - 35 %
кислый плагиоклаз (N 10 - 40) - 25 - 35 %
кварц - 25 - 40 %
темноцветные минералы (биотит, редко роговая обманка) - 5 - 10 %

Разновидности гранитов

По структурно-текстурным особенностям выделяют следующие разновидности:

Порфировидный гранит - содержит удлинённые либо изометричные вкрапленники, более или менее существенно отличающиеся по размерам от основной массы (иногда достигают 10 - 15см) и обычно представленные ортоклазом или микроклином , реже кварцем.
гранит графический,
письменный и др.

роговообманковый
биотитовый
роговообманково-биотитовый
двуслюдяной
слюдяной
гиперстеновый (чарнокит)
авгитовый
графитовый
диопсидовый
кордиеритовый
малаколитовый
пироксеновый
энстатитовый
эпидотовый

По разновидностям калиевого полевого шпата выделяются разновидности:

гранит микроклиновый
гранит ортоклазовый

Проблема происхождения гранитов

Граниты играют огромную роль в строении верхних оболочек Земли. Но в отличие от магматических пород основного состава (габбро , базальт , анортозит , норит , троктолит), аналоги которых распространены на Луне и планетах земной группы, граниты встречаются только на нашей планете и пока не установлены среди метеоритов или на других планетах солнечной системы. Среди геологов существует выражение «Гранит - визитная карточка Земли».

С другой стороны, есть веские основания полагать, что Земля возникла из такого же вещества, что и другие планеты земной группы. Первичный состав Земли реконструируется как близкий составу хондритов . Из таких пород могут выплавляться базальты, но никак не граниты.

Эти факты привели первых же петрологов к постановке проблемы происхождения гранитов, проблемы, привлекавшей внимание геологов много лет, но и до сих пор далёкой от полного решения.

Автором одной из первых гипотез о происхождении гранитов стал Боуэн - отец экспериментальной петрологии . На основании экспериментов и наблюдений за природными объектами он установил, что кристаллизация базальтовой магмы проиходит по ряду законов. Минералы в ней кристаллизуются в такой последовательности (ряд Боуэна), что расплав непрерывно обогащается кремнием, натрием, калием и другими легкоплавкими компонентами. Поэтому Боуэн предположил, что граниты могут являться последними дифференциатами базальтовых расплавов.

Геохимические классификации гранитов

Широко известной за рубежом является классификация Чаппела и Уайта, продолженная и дополненная Коллинзом и Валеном. В ней выделяется 4 типа гранитоидов: S-, I-, M-, A-граниты. В 1974 г. Чаппел и Уайт ввели понятия о S- и I-гранитах, основываясь на том, что состав гранитов отражает материал их источника. Последующие классификации также в основном придерживаются этого принципа.

S - (sedimentary) - продукты плавления метаосадочных субстратов,
I - (igneous) - продукты плавления метамагматических субстратов,
M - (mantle) - дифференциаты толеит-базальтовых магм,
А - (anorogenic) - продукты плавления нижнекоровых гранулитов или дифференциаты щелочно-базальтоидных магм.

Различие в составе источников S- и I-гранитов устанавливаются по их геохимии, минералогии и составу включений. Различие источников предполагает и различие уровней генерации расплавов: S - супракрустальный верхнекоровый уровень, I - инфракрустальный более глубинный и не редко более мафический. В геохимическом отношении S- и I-граниты имеют близкие содержания большинства петрогненных и редких элементов, но есть и существенные различия. S -граниты относительно обеднены CaO, Na 2 O, Sr, но имеют более высокие концентрации K 2 O и Rb, чем I-граниты. Эти различия обусловлены тем, что источник S-гранитов прошёл стадию выветривания и осадочной дифференциации. К M типу относятся граниты, являющиеся конечным дифференциатом толеит-базальтовой магмы или продуктом плавления метатолеитового источника. Они широко известны под названием океанических плагиогранитов и характерны для современных зон СОХ и древних офиолитов. Понятие А-гранитов было введено Эби. Им показано, что они варьируют по составу от субщелочных кварцевых сиенитов до щелочных гранитов с щелочными темноцветами, резко обогащены некогерентными элементами, особенно HFSE. По условиям образования могут быть разделены на две группы. Первая, характерная для океанических островов и континентальных рифтов, представляет собой продукт дифференциации щелочно-базальтовой магмы. Вторая, включает внутриплитные плутоны, не связанные непосредственно с рифтогенезом, а приуроченные к горячим точкам. Происхождение этой группы связывают с плавлением нижних частей континентальной коры под влиянием дополнительного источника тепла. Экспериментально показано, что при плавлении тоналитовых гнейсов при Р=10 кбар образуется обогащенный фтором расплав по петрогенным компонентам сходный с А-гранитами и гранулитовый (пироксенсодержащий) рестит.

Геодинамические обстановки гранитного магматизма

Наибольшие объёмы гранитов образуются в зонах коллизии, где сталкиваются две континетальные плиты и происходит утолщение континентальной коры. По мнению некоторых исследователей, в утолщённой коллизионной коре образуется целый слой гранитного расплава на уровне средней коры (глубина 10 - 20км). Кроме того, гранитный магматизм характерен для активных континентальных окраин (Андские батолиты), и, в меньшей степени, для островных дуг.

В очень малых объёмах граниты образуются в срединно-океанических хребтах, о чём свидетельствует наличие обособлений плагиогранитов в офиолитовых комплексах .

Нерешенные проблемы гранитообразования

Изменения

При выветривании гранитов из полевых шпатов образуется каолин и другие глинистые минералы, кварц обычно остаётся неизменным, а слюды желтеют и часто называются «кошачьим золотом».

Получил благодаря своей пористо-зернистой структуре (от лат. granum - "зерно").

Гранит относят к кислым породам в связи с тем, что он содержит большое количество двуокиси кремния - SiO2. Кроме этого элемента, в состав гранита входит щелочь, а также магний, железо и кальций. Эта горная порода считается одной из самых прочных, твердых и долговечных, ее плотность равняется 2600 кг на кубический метр. В нашей статье мы рассмотрим состав гранита, а также расскажем о существующих классификациях этой горной породы, раскроем ее свойства и особенности.

Происхождение и места залегания гранита

Считается, что граниты формировались на протяжении длительного истории всех континентов. Версий происхождения рассматриваемой породы две. Первая гласит, что гранит формируется в результате процесса кристаллизации магматического расплава. Согласно второй теории, рассматриваемый нами камень сформировался под воздействием ультраметаморфизма. Под влиянием давления, высоких температур и флюидов, поднимающихся из глубинных пластов земли, осуществляется процесс гранитизации.

Известно большое количество месторождений этой сверхпрочной горной породы, в том числе в США, Китае, Бразилии, странах Скандинавии и на Украине. В нашей стране также существуют богатые залежи этого природного материала. Его добывают в пятидесяти гранитных карьерах, в том числе в Архангельской и Воронежской областях, а также на Кавказе. Часто рядом с упомянутыми месторождениями находят различные руды, в том числе олово, медь, цинк, вольфрам, молибден и свинец.

Рассмотрим, что входит в состав гранита. Полевой шпат и кварц

По своим составляющим эта горная порода относится к полиминеральным, то есть состоящим не из одного компонента, а из нескольких. Одним из основных элементов, входящих в состав гранита, является полевой шпат. Он представляет собой минерал силикатной группы. Как правило, в граните его не менее 50 %, а то и все 60! Этот присутствует в породе в виде калиевого полевого шпата (ортоклаза, адуляра) и кислого плагиоклаза (олигоклаза, битовнита, лабрадора и т. д.). Другой важной составляющей гранита является кварц - очень твердый породообразующий минерал подавляющего большинства магматических пород. На его долю остается не более 30 % от общего объема рассматриваемой породы. Вкрапления его выглядят как небольшие стекловидные зернышки. В природном состоянии кварц бесцветен, а как горная порода в составе гранита приобретает различную окраску - желтую, розовую, красную, фиолетовую и т. д.

Темноцветные минералы и другие включения в составе гранита

Кроме кварца и полевого шпата, в этой кислой горной породе присутствуют и другие вкрапления. Обычно они занимают не более 10% от общего объема. Это биотит, литиевые слюды, мусковит и Незначительную долю занимают акцессорные - например, апатит и циркон и щелочные минералы - турмалин, гранат и топаз. Итак, мы рассмотрели состав гранита. Схема наглядно показывает основные составляющие этого природного материала.

Виды гранита

В зависимости от особенностей минерального и химического состава гранита, выделяют некоторые его разновидности. Один из способов ранжирования построен на процентном содержании плагиоклаза в породе. Различают следующие виды гранита:

щелочно-полевошпатовый (менее 10% плагиоклаза);
собственно гранит (от 10% до 65% плагиоклаза);
гранодиорит (от 65% до 90% плагиоклаза);
тоналит (свыше 90% плагиоклаза).

Помимо процентного содержания полевого шпата, за основу для различения видов рассматриваемого камня берется содержание второстепенных темноцветных минералов. Согласно этой классификации, различают такие разновидности породы: аляскит - гранит, не включающий в себя темноцветные металлы, и лейкогранит - имеющий низкое их содержание. Двуслюдяной гранит - состоит, помимо полевого шпата и кварца, из мусковита и биотита, а щелочной содержит еще эгирин и амфиболы.

Структурные особенности породы

Существует и другая классификация, основанная на структурно-текстурных особенностях упомянутой горной породы. Преимущественно гранит имеет зернисто-кристаллическую структуру, но иногда бывает и порфировидным. В природной среде материал располагается массивными пластами, формирующимися в результаты остывания магмы. В связи с тем что она застывает неравномерно, образовывается гранит, имеющий разную структуру, в том числе мелко- и крупнозернистую. Образцы последней называются гранит-порфирами. Примером порфировидной горной породы с крупнозернистой структурой может выступать гранит-рапакиви (Финляндия). Он имеет вкрапления ортоклаза размером с куриное яйцо.

Окраска гранита

Минералы, входящие в состав гранита, могут окрашивать эту горную породу в различные цвета. Как правило, именно ортоклаз определяет цвет камня. Самой распространенной является светло-серая окраска. В России достаточно широко распространен материал красного цвета. В минеральный состав гранита с таким ярким окрасом входит полевой шпат, имеющий кристаллы гематита, иначе - оксида железа. Именно они придают горной породе кроваво-красный оттенок. Также попадаются камни желтой, голубой и розовой расцветки. Изумрудный оттенок порода получает за счет зеленого калиевого полевого шпата - амазонита. Иногда находят гранит необычной радужной расцветки. Она появляется благодаря полевому шпату, обладающему иризацией. Часто именно олигоклаз и лабрадор дают красивое переливчатое мерцание, особенно заметное при повороте камня. Вот такой это интересный материал, гранит.

Состав и свойства горной породы

Этот природный материал имеет множество замечательных свойств, делающих его незаменимым во многих областях, особенно в строительной сфере. Во-первых, гранит долговечен. Он может служить на протяжении длительного времени, сохраняя свой первоначальный внешний вид. Иногда его называют в народе "вечным камнем", а все потому, что с ним совершенно ничего не происходит на протяжении столетий.

Во-вторых, этот материал отличается чрезвычайно высокой прочностью. Изделия из него не подвержены износу. Кварц - минерал в составе гранита - делает эту горную породу настолько прочной, что при ее обработке, шлифовке и резке используют пилы со специальным алмазным покрытием. В-третьих, одним из важнейших является его устойчивость к любым воздействиям внешней среды, а также к кислотам. Он не требует обработки и защиты от разнообразных окислительных и физических воздействий. Лишь при температуре выше 600 градусов он может изменить свою структуру и потрескаться. В-четвертых, гранит устойчив к влаге, он практически водонепроницаем, не впитывает воду и не подвергается разрушению из-за осадков. Веками строения и памятники из гранита могут сохранять свой первозданный вид. И, наконец, немаловажно и то, что гранит экологичен. Он совершенно безопасен для человека. Все эти свойства делают рассматриваемую горную породу ценнейшим строительным материалом.

Применение гранита

Упомянутый камень широко используется для строительных и облицовочных работ, так как отличается долговечностью, резистентностью к воздействиям окружающей среды и особой прочностью. Благодаря устойчивости к трению и сжатию, его очень часто используют во внешней и внутренней отделке помещений.

Гранит имеет высокую сопротивляемость к загрязнениям, поэтому его нередко применяют в изготовлении перил, лестниц, колонн, столешниц, подоконников и барных стоек. Часто гранитными плитами оформляются камины и фонтаны, ведь он устойчив и к температурным перепадам, и к впитыванию влаги. В экстерьере эту породу часто используют как облицовочный, кладочный или строительный материал. Гранитной брусчаткой выкладывают тротуары, дороги и мосты, часто отделывают пирсы, набережные улицы и площади. Из гранита изготавливают заборы, опорные стены, им украшают фасады и стены зданий. Причем для этого может использоваться порода самых разнообразных расцветок. В России наиболее часто применяются серые, белые, красные и коричневые сорта. К сожалению, добыча и обработка магматических пород трудна и дорогостояща, поэтому этот материал редко используют для строительства обычных зданий. В основном он применяется для оформления объектов, имеющих серьезную архитектурную ценность.

Памятники архитектуры из гранита

После правильной шлифовки поверхность гранита становится как бы зеркальной, одновременно отражая и поглощая световые лучи. Поэтому камень смотрится очень богато и эффектно, что позволяет использовать его для изготовления и архитектурных композиций. Примером красоты, изящества и долговечности гранита могут выступать памятники архитектуры, исторические здания и сооружения, воздвигнутые во многих странах, в том числе и в России. Любое гранитное строение отличается особой величественностью и монументальностью, поражая воображение своей мощью и красотой.

И слюд - биотита и/или мусковита . Граниты очень широко распространены в континентальной земной коре . Эффузивные аналоги гранитов - риолиты . Плотность гранита - 2600 кг/м³, прочность на сжатие до 300 МПа Температура плавления 1215-1260 °C (2219-2300 °F) ; при присутствии воды и давления температура плавления значительно снижается - до 650 °C. Граниты являются наиболее важными породами земной коры. Они широко распространены, слагают основание большей части всех континентов и могут формироваться различными путями .

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

✪ Свойства гранита и мела

✪ Как египтяне сверлили гранит - реконструкция древней технологии

✪ Как египтяне сверлили гранит: опыт Николая Васютина

Субтитры

Минеральный состав

Разновидности гранитов

По особенностям минерального состава среди гранитов выделяются следующие разновидности:

Плагиогранит - светло-серый гранит с резким преобладанием плагиоклаза при полном отсутствии или незначительном содержании калиево-натриевого полевого шпата , придающего гранитам розовато-красную окраску.
Аляскит - розовый гранит с резким преобладанием калиево-натриевого полевого шпата с малым количеством (биотит) или отсутствием темноцветных минералов.

По структурно-текстурным особенностям выделяют следующие разновидности:

Порфировидный гранит - содержит удлинённые либо изометричные вкрапленники, более или менее существенно отличающиеся по размерам от основной массы (иногда достигают 10-15 см) и обычно представленные ортоклазом или микроклином , реже кварцем . Порфировидные граниты, в которых зерна калиево-натриевого полевого шпата розового цвета обрастают светло-серым плагиоклазом, приобретая округлые очертания, называются гранитом рапакиви . Такое строение способствует быстрому разрушению породы, её крошению.

Геохимические классификации гранитов

Широко известной за рубежом является классификация Чаппела и Уайта, продолженная и дополненная Коллинзом и Валеном. В ней выделяется 4 типа гранитоидов: S-, I-, M-, A-граниты. В 1974 году Чаппел и Уайт ввели понятия о S- и I-гранитах, основываясь на том, что состав гранитов отражает материал их источника. Последующие классификации также в основном придерживаются этого принципа.

S - (sedimentary) - продукты плавления метаосадочных субстратов ;
I - (igneous) - продукты плавления метамагматических субстратов;
M - (mantle) - дифференциаты толеит-базальтовых магм;
А - (anorogenic) - продукты плавления нижнекоровых гранулитов или дифференциаты щелочно-базальтоидных магм.

Различие в составе источников S- и I-гранитов устанавливаются по их геохимии, минералогии и составу включений. Различие источников предполагает и различие уровней генерации расплавов: S - супракрустальный верхнекоровый уровень, I - инфракрустальный более глубинный и нередко более мафический. В геохимическом отношении S- и I-граниты имеют близкие содержания большинства петрогненных и редких элементов, но есть и существенные различия. S -граниты относительно обеднены CaO, Na 2 O, Sr, но имеют более высокие концентрации K 2 O и Rb, чем I-граниты. Эти различия обусловлены тем, что источник S-гранитов прошёл стадию выветривания и осадочной дифференциации. К M типу относятся граниты, являющиеся конечным дифференциатом толеит-базальтовой магмы или продуктом плавления метатолеитового источника. Они широко известны под названием океанических плагиогранитов и характерны для современных зон СОХ и древних офиолитов. Понятие А-гранитов было введено Эби. Им показано, что они варьируют по составу от субщелочных кварцевых сиенитов до щелочных гранитов с щелочными темноцветами, резко обогащены некогерентными элементами, особенно HFSE. По условиям образования могут быть разделены на две группы. Первая, характерная для океанических островов и континентальных рифтов, представляет собой продукт дифференциации щелочно-базальтовой магмы. Вторая, включает внутриплитные плутоны, не связанные непосредственно с рифтогенезом , а приуроченные к горячим точкам. Происхождение этой группы связывают с плавлением нижних частей континентальной коры под влиянием дополнительного источника тепла. Экспериментально показано, что при плавлении тоналитовых гнейсов при давлении 10 кбар образуется обогащенный фтором расплав по петрогенным компонентам сходный с А-гранитами и гранулитовый (пироксенсодержащий) рестит.

Геодинамические обстановки гранитного магматизма

Наибольшие объёмы гранитов образуются в зонах коллизии , где сталкиваются две континентальные плиты и происходит утолщение континентальной коры. По мнению некоторых исследователей, в утолщённой коллизионной коре образуется целый слой гранитного расплава на уровне средней коры (глубина 10-20 км). Кроме того, гранитный магматизм характерен для активных континентальных окраин (Андские батолиты), и, в меньшей степени, для островных дуг.

В очень малых объёмах граниты образуются в срединно-океанических хребтах , о чём свидетельствует наличие обособлений плагиогранитов в офиолитовых комплексах .

Изменения

Применение

Гранит является одной из самых плотных , твёрдых и прочных пород . Используется в строительстве в качестве облицовочного материала. Кроме того, гранит имеет низкое водопоглощение и высокую устойчивость к морозу и загрязнениям. Вот почему он оптимален для мощения как внутри помещения, так и снаружи. Однако стоит помнить, что такое помещение будет иметь несколько более высокий радиационный фон , в связи с чем не рекомендуется облицовывать некоторыми видами гранита жилые помещения. Более того, некоторые виды гранита рассматриваются как перспективное сырье для добычи природного урана . В интерьере гранит применяется также для отделки стен, лестниц, создания столешниц и колонн, украшения лестничных маршей балясинами из гранита, создания вазонов, облицовки каминов и фонтанов. В экстерьере гранит часто используется в качестве облицовочного, строительного (бутовый камень для фундаментов, заборов и опорных стен) или кладочного материала (брусчатка, брекчия). Гранит используется также для изготовления памятников и на гранитный щебень . Первый добывается на блочных карьерах, второй - на щебневых. Из гранита изготавливают поверочные плиты вплоть до класса точности 000.солнечной системы

В настоящее время о происхождении гранитов известно довольно много, но некоторые принципиальные проблемы остаются пока нерешенными. Одна из них - это процесс образования гранитов. При частичном плавлении твердого корового вещества, ясно определимые твердые остатки - реститовые кристаллические фазы, не перешедшие в расплав - встречаются в них относительно редко. Небольшое количество остаточного материала можно видеть в S-гранитах и I-гранитах. Однако в Р- и А-гранитах реститовые фазы обычно не диагностируются. С чем это связано - с полным разделением твердых фаз и расплава в процессе подъема магматического материала, с последующим преобразованием твердых остатков, отсутствием критериев для их диагностики или же с дефектом самой петрологической модели - в настоящее время пока не выяснено. Проблема реститовых остатков вызывает и другие вопросы. При частичном плавлении амфиболсодержащих пород повышенной кислотности можно получить лишь около 20 % низкокалиевого гранитного материала. При этом должно оставаться 80 % безводного твердого остатка, состоящего из пироксена, плагиоклаза или граната. Хотя породы в нижней части континентальной коры имеют близкий минеральный состав, их обломки, вынесенные вулканами, не несут геохимических признаков тугоплавкого остаточного материала. Есть предположение, что этот материал был каким-то образом погружен в верхнюю мантию, однако прямые доказательства реальности этого процесса отсутствуют. Не исключено, что и в данном случае петрологическая модель нуждается в корректировке.

), что расплав непрерывно обогащается кремнием, натрием, калием и другими легкоплавкими компонентами. Поэтому Боуэн предположил, что граниты могут являться последними дифференциатами базальтовых расплавов.

Гранит (итал. granito, от лат. granum - зерно), магматическая горная порода, богатая кремнезёмом. Одна из самых распространённых пород в земной коре. Состоит из калиевого полевого шпата (ортоклаза, микроклина), кислого плагиоклаза (альбита, олигоклаза), кварца, а также слюды (биотита или мусковита), амфибола и редко пироксена. Структура гранита обычно полнокристаллическая, нередко порфировидная и гнейсовидно-полосчатая. Гранит преобладает среди интрузивных пород и занимает существенное место в геологическом строении Урала, Кавказа, Украины, Карелии, Кольского полуострова, Средней Азии, Сибири и др. Гранитные интрузии имеют возраст от архея до кайнозоя. Обычно граниты залегают среди горных пород в форме батолитов, лакколитов, штоков, жил и др. В процессе формирования гранитных тел и их охлаждения возникает закономерная система трещин, благодаря которой гранит в естественных обнажениях имеют характерную параллелепипедальную, столбчатую или пластообразную отдельность.

История камня

В конце XVIII века ученые всерьез полагали, что граниты образовались путем осаждения кристаллов на дне океана, заполненного морской водой. Эта гипотеза поддерживалась научной школой нептунистов, которую возглавлял немецкий геолог А.Г. Вернер (1749-1817). Однако уже в начале XIX века ошибочность такой интерпретации стала очевидной, и она уступила место концепции плутонистов, которые привели убедительные доказательства в пользу того, что граниты возникли в результате охлаждения и затвердевания силикатных расплавов - магм, поднимавшихся из глубин Земли. Первым сформулировал эту идею англичанин Дж. Геттон (1726-1797). В середине XX века происхождение гранитов стало предметом новой дискуссии. В качестве альтернативы представлений о магматической природе этих пород была высказана идея о возможности формирования гранитов путем преобразования (трансформации) пород иного состава при их взаимодействии с горячими водными растворами, которые приносят компоненты, необходимые для создания гранита, и выносят (растворяют) "лишние" химические элементы. Идея гранитизации земной коры под влиянием горячих растворов продолжает развиваться и в наши дни.

Ранние дискуссии о природе гранитов происходили в то время, когда состав и условия залегания этих пород были известны лишь в общих чертах, а физико-химические процессы, которые могли привести к их образованию, оставались неисследованными. Во второй половине XX века ситуация коренным образом изменилась. К тому времени был накоплен большой объем информации о положении гранитов в земной коре, подробно изучен состав этих пород. Споры о возможном происхождении гранитов с позиций здравого смысла уступили место строгим термодинамическим расчетам и прямым экспериментам, воспроизводящим зарождение гранитных магм и их последующую кристализацию. Естественно, при этом возникли новые проблемы, однако уровень научной дискуссии стал совершенно иным.

Автором одной из первых гипотез о происхождении гранитов стал Боуэн. На основании экспериментов и наблюдений за природными объектами он установил, что кристаллизация базальтовой магмы происходит по ряду законов. Минералы в ней кристаллизуются в такой последовательности (ряд Боуэна), что расплав непрерывно обогащается кремнием, натрием, калием и другими легкоплавкими компонентами. Поэтому Боуэн предположил, что граниты могут являться последними диференциатами базальтовых расплавов.

Общие сведения о граните

Термин "гранит" отражает зернистое строение породы, хорошо заметное невооруженным глазом (от лат. granum - зерно). В древности этим словом называли любые крупнозернистые горные породы. В современной геологической литературе термин "гранит" употребляется в более узком смысле. Им обозначают полнокристаллические горные породы, которые состоят из Ca-Na и K-Na полевых шпатов (CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 и KAlSi3O8-NaAlSi3O8), кварца (SiO2) и некоторого количества Fe-Mg силикатов, чаще всего это темная слюда - биотит: K(Mg, Fe, Al)3(Al, Si)4O10(OH, F)2. Полевые шпаты в сумме составляют около 60% объема породы, кварц - не менее 30%, а Fe-Mg силикаты - до 10%. Для валового химического состава гранитов характерно высокое содержание кремнезема (SiO2), которое колеблется от 68-69 до 77-78 мас.%. Кроме того, граниты содержат 12-17 мас.% Al2O3, 7-11 мас.% суммы CaO + Na2O + K2O и до нескольких массовых процентов суммы Fe2O3 + FeO + MgO . Размер минеральных зерен в гранитах обычно варьирует от 1 до 10 мм. Отдельные кристаллы розового K-Na полевого шпата нередко достигают нескольких сантиметров в поперечнике и хорошо видны на поверхности полированных гранитных плит.

Условия залегания гранитов

Граниты - породы, характерные для верхней части континентальной земной коры. Они неизвестны на дне океанов, хотя на некоторых океанических островах, например в Исландии, распространены довольно широко. Граниты формировались на протяжении всей геологической истории континентов. По данным изотопной геохронологии, самые древние породы гранитного состава датируются 3,8 млрд лет, а самые молодые граниты имеют возраст 1-2 млн лет.

Кварц-полевошпатовые гранитные породы образуют тела, которые первоначально не выходили на дневную поверхность. По геологическим данным, верхние контакты гранитных тел в момент образования располагались на глубине от нескольких сот метров до 10-15 км. В настоящее время граниты обнажены благодаря последующему подъему и размыву пород кровли. Согласно статистическим подсчетам, граниты составляют около 77% объема всех магматических тел, затвердевших на глубине в верхней части континентальной земной коры.

Различают перемещенные и неперемещенные гранитные тела. Перемещенные граниты возникли в результате внедрения гранитной магмы и последующего затвердевания магматического расплава на той или иной глубине. Форма тел, сложенных перемещенными гранитами, весьма разнообразна - от небольших жил толщиной 1-10 м до крупных плутонов, занимающих сотни квадратных километров по площади и нередко сливающихся в протяженные плутонические пояса. Наряду с относительно тонкими гранитными пластинами (< 1-2 км по вертикали) известны плутоны, уходящие на глубину нескольких километров. Например, Эльджуртинский плутон на Северном Кавказе пересечен четырехкилометровой скважиной, которая не достигла нижнего контакта гранитов. В Береговом хребте Перу в Южной Америке граниты обнажены в интервале более 4 км и уходят на неизвестную пока глубину.

Главные доказательства магматического перемещенных гранитов сводятся к следующему. Во-первых, формирование гранитных тел сопровождается локальными деформациями окружающих пород, которые указывают на активное внедрение гранитного расплава. Во-вторых, вблизи контактов с гранитами вмещающие породы испытали преобразования, вызванные нагревом. Судя по минеральным ассоциациям, возникшим в ходе этого процесса, начальная температура гранитных тел была выше температуры затвердевания гранитной магмы, которая, следовательно, была внедрена в жидком состоянии. Наконец, и в настоящее время происходят вулканические извержения, выносящие к поверхности магмы гранитного состава.

В отличие от перемещенных гранитов, которые затвердевали значительно выше области своего зарождения, неперемещенные граниты кристаллизовались примерно на том самом месте, где возникли. Если перемещенные граниты - это обычно однородные породы, заполняющие те или иные объемы, то неперемещенные граниты чаще встречаются в виде полос, линз, пятен, измеряемых миллиметрами и сантиметрами в поперечнике, которые перемежаются с породами иного состава. Подобные образования называют мигматитами (от греч. мигма - смесь). Явные признаки активного механического внедрения гранитного материала в мигматитах отсутствуют; часто складывается впечатление, что этот материал пассивно замещает исходный субстрат. Отсюда и возникли представления о гранитизации тех или иных участков земной коры. Мигматиты формировались на глубине 5-7 км и более. Преобладающая их часть была образована в докембрийское время более 600 млн лет назад; возраст многих мигматитов измеряется миллиардами лет.

Мигматиты и более крупные тела древних неперемещенных гранитов часто рассматривают как затвердевшие зоны генерации гранитной магмы, выведенные на современную дневную поверхность в результате последующего подъема земной коры. Поскольку глубоко размытые мигматитовые комплексы обнажены в одних местах, а менее глубинные перемещенные граниты - в других, проследить прямые соотношения между ними не удается.

Гранитные магмы общий термин, используемый для описания магмы, близкой по составу к граниту, то есть, содержащие более 10% из кварца. Граниты связаны с вулканическими областями, континентальных щитов и орогенных поясов. Существует, две возможных теории происхождения гранита. Одна из них, известная как магматических теория гласит, что гранит является производным от дифференциации гранитной магмы. Вторая, известная как теория гранитизации гласит, что гранит образуется "на месте" в результате ультраметаморфизма. Существуют свидетельства, о правильности этих теорий и современным пониманием является то, что гранит рождается в результате обоих процессов, а во многих случаях, от сочетания двух.

Состав источников гранитных магм

Количественные соотношения между кварцем и полевыми шпатами в гранитах зависят от нескольких переменных, в том числе от давления. Учитывая теоретически рассчитанные и экспериментально подтвержденные зависимости, было установлено, что источники гранитных магм, отвечающих по составу реально наблюдаемым породам, расположены в континентальной земной коре на глубине от 10-15 до 30-40 км, где литостатическое давление равно 300-1000 МПа.

Формирование низкокалиевых существенно плагиоклазовых гранитов связывают с частичным плавлением менее кремнекислых кварц-плагиоклаз-амфиболовых магматических пород, залегающих в нижней части континентальной земной коры. Сами эти породы были когда-то выплавлены из вещества верхней мантии Земли, залегающей на глубине более 40 км. Реакции плавления, приводящие к образованию гранитов, сводятся к дегидратации амфибола при нагревании корового вещества и переходу в расплав кварца и части плагиоклаза. Возможность получения низкокалиевых гранитных магм таким способом доказана многочисленными экспериментами. Показано, что к аналогичному результату приводит и частичное плавление кварц-гранат-пироксеновых пород, устойчивых в зонах более высокого давления. Модель хорошо согласуется с геохимическими особенностями низкокалиевых гранитов и начальным изотопным составом Pb, Sr, Nd, который соответствует изотопным меткам мантийного вещества. Вслед за И.В. Бельковым и И.Д. Батиевой, низкокалиевые граниты можно обозначить как первичнокоровые (сокращенно Р-граниты от английского термина "primary crustal granites"). Во все эпохи гранитообразования эти граниты появляются первыми и увеличивают объем гранитного вещества в земной коре. К этой генетической группе относятся и самые древние гранитные породы с возрастом около 3,8 млрд лет.

Низкокалиевые Р-граниты, образованные на ранних стадиях геологической истории, занимают значительную часть континентальной земной коры и позднее неоднократно испытывали различные преобразования, в том числе и повторное плавление. В результате возникали разнообразные по составу граниты, которые в классификации австралийских петрологов Б. Чаппелла и А. Уайта выделены как I-граниты (igneous granites). Термин подчеркивает магматогенную природу корового вещества, вовлеченного в частичное плавление.

I-гранитам противопоставляются S-граниты (sedimentary granites), источником которых, по Чаппеллу и Уайту, служат метаморфизованные (преобразованные в условиях высоких температур и давлений) осадочные кварц-полевошпатовые породы. В отличие от умеренно глиноземистых I-гранитов с не очень высокими содержаниями калия S-граниты богаты калием и пересыщены глиноземом, то есть (2Ca + Na + K) < Al, в них много слюды и часто содержатся высокоглиноземистые минералы. S-граниты лишены магнетита, что указывает на восстановительные условия зарождения и кристаллизации гранитных магм. Это обусловлено обогащением метаморфизованных осадочных пород графитом. Расплавы, затвердевающие в виде S-гранитов, обогащены водой и имеют относительно низкую начальную температуру. Они затвердевают на довольно большой глубине и, как правило, не имеют вулканических аналогов.

В качестве особой генетической группы выделяют также А-граниты (alkaline, anhydrous, anorogenic granites). Эти породы обогащены щелочными металлами (Na и K) и содержат относительно мало алюминия так, что нередко (2Ca + Na + K) > Al. Судя по составу минералов, расплавы были бедны водой, но обогащены фтором. Если I- и S-граниты распространены в подвижных геологических поясах, то А-граниты тяготеют к стабильным блокам земной коры. Источниками А-гранитов служат кварц-полевошпатовые породы земной коры, испытавшие преобразования под воздействием глубинных щелочных растворов. Возможно, эти породы первоначально представляли собой "сухие" твердые остатки от предшествующих эпизодов частичного плавления; значительная часть воды была удалена с ранними порциями гранитного расплава.

Рис. 1. Составы природных гранитов по О. Таттлу и Н. Боуэну, 1958. На диаграмме отражена плотность распределения точек, характеризующих составы гранитов. Внутренняя темная область соответствует максимуму плотности.