big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Развитие петрологии в СССР

Введение. Заканчивая свой капитальный труд по истории петрографии в дореволюционной России, академик Ф. Ю. Левинсон-Лессинг писал: «Вторая половина последнего полустолетия отмечена уже крупной ролью русских петрографов в успехах петрографии. Они не только дают богатый новый материал, открывают и описывают много новых типов изверженных пород, но дают и важные экспериментальные и теоретические работы, они создают новые методы исследования, они часто в рядах тех, кто во главе движения» (1923, стр. 396). Один из создателей мировой и русской петрографии был прав. Российские центры развития петрографии и русские петрографы занимали передовое место в поступательном движении этой ветви наук о Земле. Достаточно напомнить, что именно из России мировая петрография почерпнула теоретическую и практическую разработку идеи о двух — основной и кислой — магмах, о магматических формациях и магматически-ликвационной дифференциации как одной из причин разнообразия изверженных горных пород (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг), что именно здесь зародился удивительный по простоте и точности теодолитный метод изучения породообразующих минералов под микроскопом, который революционизировал методику петрографических исследований (Е. С. Федоров), и что отсюда же, наконец, начали распространяться принципы химического (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, позднее А. Н. Заварицкий) и геохимического (В. И. Вернадский, впоследствии А. П. Виноградов) направлений в развитии петрографии. И все же только после Октябрьской революции, за прошедшую половину века отечественная петрография достигла тех успехов, которые позволили ей в ряде отношений занять ведущее положение в мире и из науки в значительной мере описательной — петрографии — превратили ее в науку объясняющую — петрологию.

В дореволюционной России петрография создавалась главным образом в двух центрах царской столицы — в Академии наук, где главой школы был Левинсон-Лессинг, и в Геологическом комитете, где во главе петрографов сначала стоял Карпинский, затем Федоров. Именно отсюда получили свое развитие две научные школы, которые в целом можно характеризовать как синтетическую и аналитическую. Их влияние, наблюдавшееся в течение послереволюционных десятилетий, еще нельзя считать завершенным. Помимо этих двух центров петрографической мысли, некоторый вклад в эволюцию дореволюционной петрографии внесли специальные кафедры при университетах и институтах Петербурга, Москвы, Киева, Одессы, Харькова, Томска, Казани, Варшавы и Дерпта (Тарту), располагавшие значительно меньшими возможностями.

Развитие петрографии вскоре после революции охарактеризовалось большим числом первоклассных центров и громадными материальными возможностями, обусловившими невиданный размах полевых, лабораторных и кабинетных исследований. Сейчас в СССР существует 28 специализированных институтов, в которых ведутся геолого-петрографические работы. Они существуют в национальных академиях наук всех союзных республик.

Процесс децентрализации геолого-петрографического изучения СССР и его природных ресурсов по линии Академии наук начался еще с 30-х годов, с создания региональных баз и филиалов, которые постепенно были реорганизованы в национальные академии наук. Кульминационной точкой роста числа академических научно-исследовательских центров явилось создание Сибирского отделения Академии наук с большим научным городком в Новосибирске и с разветвленной сетью филиалов, баз и институтов.

Совершенно та же картина характеризует рост центров петрографических исследований в системе Министерства геологии СССР. Вместо одного дореволюционного — петербургского — центра сейчас в этой системе насчитывается 37 специализированных институтов и 27 крупных тематических экспедиций во всех республиках. Многие из институтов охватывают исследованиями громадные территории, располагают большим числом специалистов, хорошо оборудованными лабораториями, богатыми библиотеками и, в ряде случаев, собственными периодическими изданиями.

К научно-исследовательским центрам развития советской петрографии необходимо присоединить еще и кафедры петрографии в 19 университетах, 14 политехнических институтах с общегеологическими отделениями и в 16 специализированных институтах горно-геологического профиля. В большинстве случаев при этих кафедрах ведутся полевые и лабораторные тематические исследования.

Уже только этот перечень научно-исследовательских центров развития петрографии — петрологии — магматической геологии в Советском Союзе делает понятным то ведущее положение, которое занимают сейчас во многих отношениях советские петрографы в эволюции науки о вещественном составе Земли.

Пути развития. Все геологические науки, в том числе и петрография, развиваются тремя взаимосвязанными путями — изучением геологических процессов в их естественной обстановке («в поле»), изучением продуктов этих процессов и их моделирования в условиях лабораторий и, наконец, теоретическим обобщением результатов. Проверяя, дополняя и корректируя друг друга, эти три методологических направления служат главным двигателем истории науки. В каждом частном случае уровень ее развития зависит от многообразия и совершенства применяемых методов изучения, а также от полноты и точности информации о предмете исследования.

Развитие советской петрографии характеризовалось за прошедшие полвека более или менее гармоничным продвижением по каждому из этих путей, хотя то один, то другой из них пользовался преобладающим влиянием в эволюции различных школ.

В основе достижения «полевой» петрографии лежит необыкновенный размах геологосъемочных и тематических исследований, начатых в 30-х годах и продолжающихся в тех же темпах и ныне. Даже в издавна изучавшихся районах Кавказа, Закавказья, Среднего и Южного Урала, Казахстана и Средней Азии геолого-петрографические исследования советского периода принесли много важнейших в теоретическом и практическом отношении открытий. Именно это море фактических сведений легло в основу прогресса советской петрографии, обогатив теорию открытием ряда фундаментальных законов и новых направлений развития, а экономику государства — неисчислимыми богатствами новых видов рудного и нерудного сырья.

Однако не только масштабы исследований служат причиной успехов советской петрографии; не меньшее значение имела и все увеличивающаяся их комплексность. Тесная увязка полевых и лабораторных петрографических работ с региональной и исторической геологией, со стратиграфией, тектоникой, геофизикой, химией, геохимией, металлогенией, а в последнее время с механикой, физикой твердого тела и математикой обусловила многие успехи петрографии, которые были бы немыслимы без этой связи с сопредельными науками. Можно без преувеличения сказать, что одной из существенных причин успеха был рост петрографии на стыках ее со всеми естественными науками.

Петрография «лабораторная» приобрела особенное влияние на развитие общетеоретических проблем и общий прогресс петрографии с тех пор, как были достигнуты возможности экспериментирования при высоких давлениях и температурах. Сейчас, когда экспериментаторы изучают процессы, протекающие при давлении во много десятков тысяч атмосфер и температуре в тысячи градусов, когда достигнуты условия минералообразования, отвечающие глубинным зонам земной коры и верхней мантии (вплоть до параметров кристаллизации алмаза), петрография вплотную подошла к решению важнейших проблем возникновения и дифференциации магмы и породообразования. Ранние этапы петрографического эксперимента с моделированием равновесий в «сухих» системах (X. С. Никогосян, А. С. Гинзберг и др.) с 30-х годов сменились экспериментами, в которых уже фигурировали магмоподобные расплавы с летучими компонентами, главным образом фторидами и хлоридами (Д. П. Григорьев, А. И. Цветков, Я. И. Ольшанский, в наше время И. А. Островский и др.), в том числе с водой (Н. И. Хитаров). Именно успехи на этом пути позволили приоткрыть завесу над тайнами механизма магматической дифференциации в глубоких слоях планеты (А. П. Виноградов) и сделать существенный шаг в экспериментальном объяснении закономерностей регионального метаморфизма (В. С. Соболев), а также в построении общей теории метаморфизма, ультраметаморфизма и гранитообразования (Д. С. Коржинский).

Экспериментальное изучение физических свойств горных пород (М. П. Воларович, Б. В. Залесский и др.) и особенно свойств, связанных с их упругостью, привели недавно к чрезвычайно важным выводам, поколебавшим устоявшиеся представления геологов и геофизиков о строении оболочек Земли. Главным образом эта сторона петрографических исследований, в которых упругие свойства горных пород рассматривались в связи с их составом, структурой, геологическим возрастом и направлением нагрузки на них, доказала, что скорость распространения сейсмических волн в Земле может быть связана не столько с составом оболочек, сколько со степенью уплотнения

Франц Юльевич Левинсон-Лессинг

и другими физическими особенностями фазового состояния вещества на разных глубинах (Г. Д. Афанасьев, И. А. Резанов). Этим подтвердилась идея, которая в общей форме высказывалась в 1939 г. В. Н. Лодочниковым в СССР, а затем В. Рамзеем и Д. Берналом в Англии.

Большие сдвиги характеризуют также эволюцию лабораторных методов изучения горных пород и породообразующих минералов. Важная особенность прогресса заключается здесь в расширении физических методик определения состава и структуры кристаллического вещества, основанных на использовании видимых (поляризационная микроскопия, фотометрия, рефрактометрия и т. д.), коротких (инфракрасная микроскопия, все виды спектроскопии) и жестких (электронная и рентгеновская микроскопия, квантометрия, метод ядерного и магнитного резонанса и т. д.) изучений. Не менее существенно и расширение методик определения химического состава пород и минералов. Прежде всего необходимо отметить совершенствование «обычного» весового анализа, постепенно охватывающего все большее количество главных и второстепенных породообразующих элементов, используемых сейчас для петрохимической характеристики магматических пород и их формаций. Спектральный и рентгеноспектральный количественные анализы позволяют сейчас улавливать ничтожные содержания вещества и изучать соотношения между химическими изотопами. Особо следует отметить методику масс-спектроскопии и основанные на ней определения абсолютного возраста горных пород. Эти определения приобрели в петрологии и магматической геологии не меньшее значение, чем биостратиграфия в исторической геологии.

Советские петрографы с основанием гордятся тем, что в СССР зародилась новая ветвь учения о горных породах — петрохимия (А. Н. Заварицкий) и что здесь же сложился один из ведущих мировых центров геохимии (В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, Д. И. Щербаков и А. П. Виноградов).

Третий путь развития, о котором говорилось выше,— теоретический синтез результатов полевых и лабораторных исследований вещества земной коры — вел советскую петрографию от проблемы к проблеме, которых мы и коснемся ниже.

Ретроспективный взгляд на развитие проблем магмы. Кризис 30 — 50-х годов. Основоположником магматической геологии можно считать шотландского геолога Д. Геттона (Hutton). Именно он в конце XVIII в. сделал правильные выводы из наблюдений над дайками и ветвящимися жилами гранитов, секущими сланцы Грампианских гор. Форма залегания гранитов не оставляла сомнений в том, что они произошли в результате внедрения из глубин Земли и последующего остывания огненно-жидкого материала (магмы). Названия «изверженные» (на поверхность) или «огнезданные» (igneous), применяемые с тех пор для всех пород такого происхождения, отражают сразу три аспекта проблемы: глубинность исходного расплава, приоритет вулканических явлений в характеристике его свойств и генетическую общность вулканических — эффузивных (effusio — изливаюсь) и плутонических — интрузивных (intrusio — внедряюсь) породообразующих процессов.

Господство школы плутонистов, на знамени которой стояло имя Геттона, было длительным. Получив особенное развитие в Германии во второй половине XIX в. (Ф. Циркель и особенно Г. Розен-буш), ее идеи охватили весь геологический мир того времени и торжествовали вплоть до конца первой четверти нашего века. Суть этих представлений заключается в провозглашении единства происхождения вулканических и плутонических явлений, источником которых является глубинная магма, а также в идее, сообразно с которой только глубина эрозионного среза определяет появление на поверхности вулканических или плутонических фаций.

Однако в этой стройной и привлекающей простотой идее оказалась ахиллесова пята. Еще в середине прошлого века французские геологи Эли де Бомон и Сен-Клер Девилль обнаружили явления окварцевания и фельдшпатизации осадочных слоев у контактов с гранитными интрузиями. Кристаллики кварца и полевого шпата, распределенные среди осадочного материала, разумеется, невозможно было объяснить кристаллизацией из расплава; только циркулировавшие когда-то в этих песчаниках и сланцах кремнещелочные (и достаточно разбавленные) растворы могли быть причиной их появления. В далеко зашедших случаях процесс фельдшпатизации приводил к образованию крупнокристаллических кварц-полевошпатовых пород, не отличимых тогдашними методами исследования от типичных «интрузивных» гранитов.

Казалось бы, эта неожиданно обнаруженная трещина в позиции плутонистов должна была бы насторожить петрографов. Гранитоподобные

Александр Николаевич Заварицкий

породы явно немагматического происхождения требовали каких-то существенных поправок в принятую систему объяснений. Потребовалось, однако, более полустолетия, чтобы идея не о магматическом, а о гидротермальном (метасоматическом) гранитообразовании пробила брешь в устоявшихся взглядах и была не только принята, но даже и сильно переоценена рядом петрографов. Изучение метасоматических гранитных «интрузий», особенно распространенных в областях древней складчатости и на платформах с их глубокими эрозионными срезами, породило новое направление в петрографии, представители которого стали называть себя «метасоматистами» или «гранитизаторами». Это направление отрицало магматическое происхождение многих пород «интрузивного» облика и разрывало, таким образом, связи вулканических и плутонических явлений, казавшиеся незыблемыми. Впереди нового, быстро захватывавшего позиции направления стояли Перрен и Рубо во Франции, Вегман в Швейцарии, Зедерхольм и Баклунд в Швеции, Рейнольдс в Англии, Н. Г. Судовиков в СССР и т. д.

За естественным увлечением новыми идеями пришла переоценка возможной роли метасоматических явлений в породообразовании. Наряду с метасоматической гранитизацией стали говорить о «гранодиоритизации», «диоритизации», сиенитизации», «габброизации», «перидотизации» и других процессах преобразования осадочных пород. Магма в качестве источника и причины плутонических явлений исчезла из многих теоретических работ, и ее место заняли гидротермальные растворы. Магматические силикатные расплавы сохранили значение во взглядах метасоматистов лишь в области вулканических явлений, хотя иногда с существенными оговорками, касавшимися происхождения кислых лав (Г. М. Заридзе), некоторых траппов (А. А. Меняйлов) порфиритов (Г. Л. Поспелов) и игнимбритов (Э. X. Магатов).

Налицо выявился существенный перелом в развитии теоретических представлений, названный Ф. Ю. Левинсоном-Лессингом в 1934 г. кризисом магмы. Этот кризис продолжался до конца 50-х годов и в конечном итоге разрешился серьезным пересмотром старых воззрений на природу магмы и «изверженных» пород. Многие из представителей крайних позиций в новом направлении стали различать собственно магматические производные вулканических процессов и псевдомагматические образования плутонических процессов, происхождение которых связано не с магмой, а с гидротермальными растворами и метасоматическим замещением (В. Кеннеди и Е. Андерсон в 1938 г., X. Рид в 1948 г. и Т. Барт в 1956 г.). Потребовалось много новых полевых наблюдений и новых успехов экспериментальной петрографии, чтобы преодолеть кризис и подойти к тому положению, которое характеризует наши дни. Нужно подчеркнуть, что петрология Советского Союза испытала этот кризис в наименьшей мере и, как это видно из дальнейшего, серьезно способствовала его преодолению и новому скачку в развитии науки.

Физические свойства и происхождение магмы. Разливающиеся во время вулканических извержений потоки огненно-жидкой лавы издавна считались доказательством расплавленного состояния недр Земли. Фогельзанг и Розенбуш назвали в 1870 г. этот раскаленный до 1100—1300° силикатный расплав магмой (magma по-гречески тесто). Название было не слишком удачно, так как поднимающаяся с недоступных глубин магма в сущности не похожа на хлебное тесто ни своей консистенцией, ни громадным количеством заключенных в ней паров и газов. Вязкость магмы в зависимости от ее состава и температуры меняется в десятки тысяч раз: она может быть жидкой, как растительное масло, или твердо-пластичной, как восковая мастика и сапожный вар. Столь же резко в соответствии с условиями меняются и объемные соотношения между нелетучей — силикатной и летучей — газовой частями магмы. Однако все ее особенности стали известны не сразу и не скоро; понадобилось много десятилетий для того, чтобы петрография и магматическая геология смогли ответить на вопрос о физико-химической сущности магматических расплавов и об условиях их происхождения. Только длительные наблюдения над деятельностью вулканов и физическим состоянием извергающихся лав, согласованные с экспериментальными исследованиями силикатных расплавов в лабораториях и особенно с изучением последовательности кристаллизации в них минералов, дополненные достижениями геофизики и структурной геологии, помогли подойти к решению ряда проблем магмы. Немалую роль в каждой из этих областей сыграли работы советских ученых.

Уже более столетия назад Дюроше во Франции и Бунзен в Германии предположили, что лавы вулканов являются взаимным раствором силикатов. Однако в этом предположении было больше интуиции, чем физического смысла. Вопрос об агрегатном состоянии магмы еще долго оставался открытым. В сущности петрографы могли лишь гадать о физической природе раствора-расплава и о тех элементарных частицах — молекулах, атомах, окислах или ионах, из которых он состоит.

Фантастическая, с позиций физической химии, гипотеза Розенбуша о «гранитном», «габбровом», «фойяитовом» и прочих «ядрах», из которых якобы состоит магма, или, наивное в глазах химика, предположение Иддингса о том, что она, подобно колонкам химических анализов, составлена простыми окислами, иллюстрируют раннюю стадию решения проблемы. Лишь эксперименты и обобщения А. Е. Лагорио и Ф. Ю. Левинсона-Лессинга в России, Фогта в Норвегии, Иддингса и позднее Боуэна в Америке положили начало современным взглядам на физико-химическую природу магмы и показали, что она действительно является многокомпонентным раствором, к которому так же, как и к растворам солей в воде, приложимо правило фаз Гиббса. Однако даже и на ранней стадии изучения были ясны существенные отличия магмы от водных растворов, которые проявляются в весьма высокой вязкости силикатных расплавов, в их способности к переохлаждению и перегреву и в склонности к нарушению равновесного состояния в результате примеси (ассимиляции) постороннего материала.

В последнее полустолетие особенно большой вклад в физико-химическое изучение магмы сделали многие выдающиеся экспериментаторы геофизической лаборатории в Вашингтоне (Боуэн, Феннер, Шерер, Грейтон, Мервин, Грейг и др.). И сейчас эта знаменитая лаборатория занимает ведущее положение в области петрографического эксперимента, хотя впервые в мире синтез породообразующих минералов и моделирование природных силикатных систем были осуществлены в начале века в России И. И. Лембергом (Дерптский университет), А. Е. Лагорио и И. Е. Морозевичем (Варшавский университет) и Ф. Ю. Левинсоном-Лессингом (Петербургский политехнический институт). Советские исследования, проводившиеся как с «сухими» силикатными системами (X. С. Никогосян, А. С. Гинзберг, а в наши дни — А. И. Цветков, М. П. Воларович, А. А. Леонтьева и др.), так и с расплавами, содержащими летучие компоненты (Д. П. Григорьев, Я. О. Ольшанский, в последние годы — И. А. Островский, Н. И. Хитаров и др.), внесли много важного в познание физико-химических особенностей природной магмы, а в ряде отношений перегнали достижения Вашингтонской геофизической лаборатории. Это особенно относится к синтезу гидроксил- и фторсодержащих силикатов, а также к эксперименту с растворимостью воды в расплавах базальтового и гранитного состава (Н. И. Хитаров).

Сейчас проблему физического состояния магматического расплава-раствора можно считать в основном решенной. Если еще более полувека назад Ф. Ю. Левинсон-Лессинг предполагал, что магма, как и все растворы, должна быть диссоциирована на «комплексы окислов, соответствующих будущим минералам», то в 1957 г. диссоциация силикатных расплавов доказана экспериментально О. А. Есиным.

Глубинный магматический расплав-раствор, насыщенный парами воды и многими другими летучими компонентами, состоит из ряда комплексных (типа [AlSi3O8]1- или [Si2O6]4-) или простых анионов и катионов, взаимодействие между которыми определяет будущий минеральный состав изверженных горных пород (В. В. Щербина, Д. С. Коржинский).

Чрезвычайно широкий диапазон химического состава, физических свойств и содержания летучих, который наблюдается в природных лавах, с несомненностью свидетельствует о неоднородности свойств материнской магмы. Это же указывает на разнообразие термодинамических условий, при которых могут существовать или появляться магматические расплавы соответствующего характера. Длительное время в петрографии и геологии было распространено мнение о том, что под земной корой, преимущественно гранитного состава, мощностью до 60—70 км, простирается слой расплавленной или стекловатой базальтовой магмы. Появление ее при вулканических извержениях на поверхности объяснялось очень просто — проникновением глубоких тектонических разломов в подкоровые области Земли и последующим выжиманием по этим трещинам магмы-лавы. Предполагалось, что гидростатическое давление на соответствующей глубине вполне обеспечивает подобный механизм извержений.

Однако накапливающиеся полевые и лабораторные наблюдения, вместе с которыми росло и теоретическое объяснение фактов, а также успехи геофизики и, особенно, сейсмического изучения планеты показали гораздо более сложную картину. Сейсмические волны действительно указывают на существование под земной корой ниже границы Мохоровичича физически ослабленного слоя мощностью от 100 до 200 км, с пониженной скоростью прохождения продольных волн. По имени установившего его ученого он часто называется слоем Гутенберга, хотя чаще, по главному характеризующему его физическому признаку, именуется астеносферой (asthenes по-гречески слабый). Судя по очень вероятным современным подсчетам геофизиков (В. А. Магницкий, Е. Ф. Саваренский и др.), астеносфера не является жидкой, хотя наблюдающиеся в ней соотношения между температурой и давлением очень близки к условиям плавления подкоровой среды основного (эклогитового) либо ультраосновного (перидотитового) состава. Соответственно с этим очень небольшие вариации в значении той или другой константы могут вызывать расплавление или, наоборот, затвердевание вещества астеносферы. Таким образом, сейчас, вопреки долго господствовавшему мнению, приходится допустить периодическое появление магматических расплавов там, где этому способствуют условия температуры и давления.

Хотя многие косвенные свидетельства геологии и геофизики позволяют предположить некоторую неоднородность свойств и состава магматического вещества в астеносфере, все же теоретически допустимые пределы этой неоднородности не могут объяснить наблюдающегося разнообразия продуктов глубинной магмы — изверженных горных пород. Единственным правдоподобным объяснением является идея о нескольких типах процессов и о нескольких источниках магматических расплавов, появляющихся на разных глубинах земной коры и мантии в связи с различными стадиями и направлениями развития планеты.

Сообразно с этими представлениями сейчас различают магму первичную, или прототектическую (protos по-гречески первый, tektonikos — созидательный), источником которой скорее всего является подкоровый слой Земли — астеносфера, и вторичную, или а н а-тектическую (ana по-гречески приставка «пере»), обязанную переплавлению нижних горизонтов земной коры. Совершенно очевидно, что первичная магма поднимается из той части планеты, формирование которой происходило еще в догеологические времена, а связанная с земной корой вторичная магма является продуктом геологического этапа ее развития. Многообразие родоначальных магм еще увеличивается геологически и теоретически доказанной возможностью явлений сплавления первичной магмы с ранее образовавшимися кристаллическими породами земной коры, а также смешения магм прототектического и анатектического происхождения.

В развитии этих теоретических представлений, в основе которых лежат многие современные достижения наук о Земле, советским ученым принадлежит самая видная роль. Ниже сопоставлены разделенные двумя десятилетиями представления о магме двух больших ученых — Ф. Ю. Левинсона-Лессинга и А. Ритмана. Это сопоставление хорошо иллюстрирует сказанное выше о происхождении родоначальных магм и вместе с тем отчетливо показывает передовую роль советской петрографии:

Если не принимать во внимание, что в этой генетической классификации природных явлений петролог говорит о горных породах, а вулканолог о магмах, то полный параллелизм представлений очевиден.

Проблемы магмообразования. Непосредственные причины появления породообразующих расплавов в условиях астеносферы или нижнего слоя земной коры еще не вполне ясны, и проблема магмообразования служит источником разногласий. Как следует из исследований искусственных силикатных систем или горных пород, а также из полевых наблюдений над последними, причин этих должно быть несколько.

Местное расплавление и мобилизация твердого вещества земной коры или твердой части мантии может быть вызвано прежде всего глубинным тепловым потоком, выносящим из недр планеты вдоль проводящих структур — трещин или каналов — не только тепловую энергию, но и громадные количества вещества во флюидо-газообразном состоянии. Современные подсчеты теплового баланса Земли, проведенные Е. А. Любимовой (1962), указывают на первостепенное значение именно глубинных источников тепла, образовавшихся еще в догеологический этап ее истории. Сосредоточение магматической, в частности вулканической, деятельности вдоль зон глубинных разломов, сопровождающих, как полагали некоторые исследователи, пояса молодой складчатости, подтверждают вывод о подкоровом происхождении тепловых потоков, не исключая, однако, и других возможностей.

Выше говорилось о расплавляющем эффекте местного падения гидростатического давления в глубоких слоях коры или в мантии, которое должно наблюдаться в зоне тектонических разрывов или плоскостей скалывания. Вызванное этим существенное (до нескольких сотен градусов) снижение температуры плавления силикатного вещества служит еще одной и притом, по-видимому, важной причиной минералообразования. Очень значительные количества механической и тепловой энергии, также достаточные для возникновения местных очагов плавления, создаются и в результате горообразующих и других тектонических движений различного рода; особенно ярко проявляется и легко учитывается порожденная этими движениями энергия землетрясений (Магницкий, 1965). Важно отметить взаимное сочетание всех этих факторов по месту и времени их действия (области складкообразовательных и разрывных движений, горообразования и пр.), что влечет за собой некоторую неопределенность в вопросе об относительном значении каждого из них в процессе возникновения магмы.

Следующий ряд возможных причин магмообразования связан с более общими свойствами земного вещества и строением его кристаллических частиц. Прежде всего, конечно, это энергия радиоактивных превращений, совершенно не зависящая ни от термодинамических условии среды, ни от времени и места их проявления. Вопрос о роли радиоактивных элементов в процессе рождения магм упирается, однако, в отсутствие точных сведений о возможных запасах радиоактивных элементов на разных глубинах. Судя по лабораторным измерениям, лишь в гранитах, слагающих самую верхнюю часть земной коры, содержание радиоактивного вещества несомненно обеспечивает нужные уровни энергии. В породах глубоких недр — эклогитах и перидотитах — размеры возможной генерации тепла во много десятков и сотен раз ниже; еще в тысячи и десятки тысяч раз меньше содержание радиоактивных элементов в железных метеоритах, т. е. породах, предположительно близких по составу к веществу ядра Земли. Если эта картина распределения радиоактивных элементов в различных оболочках Земли близка к действительности, мы приходим к парадоксальному выводу: возможная генерация радиогенного тепла оказывается наименьшей на тех глубинах, где процессы магмообразования являются наиболее вероятными, и наоборот. Отсюда все растущий скептицизм к недавно еще очень популярной (Джоли, Холмс, В. В. Белоусов и др.) идее о первостепенном значении радиоактивных превращений в энергетике Земли.

Причинами местного расплавления глубинных силикатов, столь же неясными по геологическим последствиям, хотя и вполне возможными при определенных условиях, являются происходящие с выделением энергии структурные изменения кристаллического вещества (фазовые превращения), а также экзотермические химические реакции. Не могут быть оставлены без внимания и возможные причины космического характера — вроде развивающейся в твердых оболочках энергии приливного трения, кинетической энергии вращения Земли и т. д.

По-видимому, ни одна из этих гипотетических причин локального разогрева, взятая в отдельности, не может вызвать магмообразования в геологических масштабах. Однако и ни одна из них не может пока категорически исключаться из рассмотрения в качестве возможной, действующей наряду с другими.

Одним из последних объяснений механизма магмообразования и перемещения магмы от астеносферы к верхним оболочкам Земли является предложенная А. П. Виноградовым гипотеза зонной плавки.

Глубина магматических очагов. Вопрос о месте зарождения магматических очагов и о глубине, с которой начинается подъем магматических расплавов, длительное время решался только косвенным путем. Сочетание полевых наблюдений с результатами экспериментов позволяло определить по крайней мере порядок цифр. Петрографы, обнаружив признаки начавшегося плавления горных пород, реконструировали первоначальную глубину залегания соответствующих формаций; экспериментаторы моделировали природные условия, при которых оказывалось возможным полное или частичное расплавление той или иной горной породы либо соответствующей ей по составу силикатной смеси.

Лишь в последнее десятилетие сделалось возможным прямое определение глубины очагов магмы («корней вулканов»), питающих современную вулканическую деятельность. Решающий шаг в разработке этой проблемы сделан в 1956 г. Г. С. Горшковым. Анализ сейсмограмм Ключевской вулканологической станции на Камчатке привел его к выводу о существовании под Ключевским вулканом питающего магматического очага. Его контуры были определены по области постоянного непрохождения поперечных сейсмических волн, обнаруженной на глубине около 60 км при диаметре около 25—30 км. Поскольку поперечные волны не могут проходить через жидкость, предположение Г. С. Горшкова о наличии очага жидкой магмы под Ключевским вулканом было признано многими теологами.

В последнее время советскими геофизиками получены новые данные, свидетельствующие об очагах магмы и на значительно меньших глубинах. Особенно интересны комплексные — сейсмические, гравиметрические и магнитометрические — исследования в районе Авачинского вулкана (С. А. Федотов, Г. С. Штейнберг и др.), указывающие на существование приблизительно цилиндрического столба полурасплавленных пород, поднимающегося от кровли магмообразующего слоя в толщу земной коры до глубины в 20 км от ее поверхности, т. е. всего на 70—80 км. Диаметр столба достигает 25 км. Выше этого основного очага магмы, уже на глубине 3—4 км, непосредственно под Авачинским вулканом находится еще один — периферический очаг магмы в виде линзы диаметром в несколько километров. Именно эта магматическая камера служит непосредственным источником лав при извержениях этого вулкана. Таким образом, очаги породообразующих расплавов обнаруживаются не только на уровне возможного магмообразования, но и на более высоких горизонтах.

Все эти примеры относятся к базальтоидным магмам. Гранитоидные породы, играющие в составе земной коры такую же количественную роль, как и базальтоиды, несомненно, образуются выше поверхности Мохоровичича из вторичных анатектических магм. Об этом свидетельствуют и многие геологические факты, и результаты эксперимента. Последние лабораторные работы Боуэна, Таттла, Уайли, Н. И. Хитарова и других ученых подтверждают возможность получения гранитоидной магмы при плавлении водосодержащих осадочных, метаморфических и изверженных пород земной коры в интервале 600—700°. Эти условия вполне позволяют предполагать возможность образования гранитоидной магмы на глубине 12—20 км.

Итак, в зависимости от геологических условий и состава магм глубина очагов может колебаться в весьма значительных пределах, охватывая и верхние части мантии (астеносферу), и нижние горизонты коры. Дальнейший подъем магматических расплавов от места их образования к поверхности Земли является одним из основных геологических процессов и важнейшим выражением эволюции планеты.

Проблемы полимагматизма и гетерогенеза горных пород. Из сказанного вытекает необходимость признания множественности родоначальных магм, т. е. полимагматизма. Это один из важнейших выводов новой петрологии, из которого в наши дни выросло современное учение о магматических формациях, достигшее наибольших успехов у нас в Советском Союзе (Ю. А. Кузнецов). Магма соответственно с условиями ее образования на разных глубинных уровнях характеризуется различным составом и физическими свойствами. Хорошо доказанная не только вертикальная, но и горизонтальная неоднородность верхних оболочек Земли дополнительно увеличивает многообразие состава магм и связанных с ними формаций горных пород. Нужно добавить, однако, что это многообразие может быть сведено к нескольким главным типам с разделением на провинции в каждом из них. Прежде всего это формации базальтоидных (основных) и гранитоидных (кислых) горных пород и соответствующих им по составу родоначальных магм. Они резко преобладают в доступных для изучения зонах земной коры. Значительно меньшее распространение, но не меньшее теоретическое значение имеют перидотит-дунитовые формации горных пород и исходные для них ультраосновные магмы. То же самое можно сказать и о формациях щелочных пород, появление которых связано с особыми геологическими условиями, сопровождающими эволюцию основной, кислой и ультраосновной магм.

Петрологи пришли к такому взгляду на проблему происхождения и состава магм лишь в последние десятилетия. Почти всю первую половину века шла на эту тему дискуссия, отголоски которой еще слышатся кое-где и в наши дни. В конце XIX в. Ф. Ю. Левинсон-Лессинг подробно разработал и обосновал теоретическими и полевыми доказательствами выдвинутую более столетия назад Р. Бунзеном и Ж. Дюроше идею о двух главных магмах — гранитной и базальтовой. Их происхождение по этой гипотезе связано с доархейским этапом истории, т. е. с первичным расслоением вещества в мантии Земли. Но уже двумя-тремя десятилетиями позднее эта гипотеза почти всюду, особенно за рубежом, была вытеснена гипотезой об одной родоначальной магме — базальтовой. Высказанная еще в домикроскопический этап развития петрографии Б. Котта в Германии, она была воскрешена в Америке Р. Дэли в 1914 г. и подкреплена в 1928 г. экспериментальными доказательствами одним из крупнейших петрографов века — Н. Боуэном. Им была создана стройная теория кристаллизационной дифференциации базальтовой магмы, по которой в результате сложных процессов, с преобладающими явлениями гравитационного осаждения кристаллов, из базальтового расплава образуются все изверженные породы земной коры. Подкупающая объективность экспериментального материала способствовала популярности этих идей. Одно время казалось, что перевес в дискуссии был полностью на стороне последователей Боуэна.

Однако широкое признание единой базальтовой магмы и принципа кристаллизационной дифференциации не поколебали позиций Левинсона-Лессинга. Вместе с некоторыми другими советскими петрографами он отстаивал представления о гранитной и базальтовой магмах, противопоставляя выводам, полученным в лаборатории, полевые наблюдения.

Одним из главных доводов при этом являлась геологическая карта, показывающая приблизительно одинаковую распространенность базальтов и гранитов при отсутствии каких-либо полевых свидетельств сопряженности их во времени и по происхождению.

Если принять во внимание, что при дифференциации базальтовой магмы может образоваться не больше 5—7% гранитного и 10—12% сиенитового расплава, то реальные соотношения в природе объяснить нельзя, так как общее количество пород базальтоидного типа является в десятки раз меньшим, чем это требуется расчетами. Круг идей Боуэна был явно не в состоянии охватить всю совокупность природных явлений.

В настоящее время независимость анатектической гранитоидной магмы признается почти везде, в том числе и на родине Дэли и Боуэна — в Америке (К. Феннер, Ф. Гроут, А. Бэддингтон и др.)- Мало того, протяженные пояса перидотит-дунитовых пород в ряде складчатых областей мира заставляют признавать существование еще и третьего типа магм — ультраосновного состава. Этот важный вывод был сделан на основе различных и независимых материалов в середине 20 — начале 30-х годов Г. Вашингтоном, А. Н. Алешковым и А. Холмсом.

Различные по первоначальным особенностям серии кислых (гранитных), основных (базальтовых) и ультраосновных (перидотитовых) магм дают начало соответствующим типам петрографических формаций. Громадное разнообразие горных пород, неизмеримо большее, чем когда-либо предполагалось, связано при этом со всеми видами физической и химической дифференциации родоначальных магм подкорового и анатектического происхождения, с их сплавлением с горными массами любого характера и, наконец, со смешением исходных расплавов. Существенную роль в этом многообразии играет также преобразование состава уже сформировавшихся пород гидротермальными растворами — метасоматоз.

Явления конвергенции, т. е. схождения признаков, приводят к появлению тождественных или очень сходных пород, происхождение которых, однако, весьма различно. Таким образом, на Урале сейчас различают, например, граниты «гранитного» и «базальтового» происхождения (Д. С. Штейнберг); породы гранитного состава входят и в формации перидотитовой группы. Изверженные породы оказываются, следовательно, гетерогенными, а этот вывод является одним из наиболее крупных достижений геологической мысли.

Ф. Ю. Левинсон-Лессинг (1934) один из первых сформулировал принцип гетерогенности. Этот принцип, естественно, привел его к заключению, что решающий голос в петрогенетической проблеме остается за геологией. Никакой другой вывод не мог бы служить более надежным компасом в том необозримом море сложностей, которое рождает проблема гетерогенности горных пород магматического и метаморфического происхождения.

Проблемы магматизма-метаморфизма (гранитизация). В одном из предыдущих разделов уже говорилось о том серьезном кризисе в развитии магматической петрографии, который был вызван чрезвычайным распространением идей о трансформизме, т. е. о метаморфическом, а не магматическом происхождении значительной части изверженных пород и прежде всего гранитов. Обнаруженные более ста лет назад явления фельдшпатизации и окварцевания осадочных пород на контактах с гранитными массивами можно было объяснить только кристаллизацией кварца и полевого шпата из водного раствора, а не вязкого силикатного расплава (т. е. магмы). Однако если рассеянные у границ массива кристаллы главных минералов гранита могли образоваться в результате циркуляции растворов и метасоматического замещения вещества сланцев или песчаников, то можно ли приписывать магматическое происхождение и самим гранитам?

Возникшее сомнение укрепилось несколькими описанными (главным образом из докембрийских формаций Фенноскандии) примерами, в которых через весь гранитный массив прослеживались ненарушенные структуры вмещающих пород. Так, наблюдаемый за пределами массива изогнутый в складки пласт железистого кристаллического сланца можно было распознать и в самой «интрузии», в которой тот же рисунок складки повторялся полосой гранита, обогащенной железистым биотитом. Такие соотношения можно было бы понять, лишь допустив формирование всего гранитного массива путем медленного замещения залегавшей здесь осадочной толщи, пропитанной растворами, комплексом гранитных минералов; представления о магме и механизме ее внедрения оказывались явно неприменимыми. Об их абсолютной неприемлемости свидетельствовали также редкие находки среди гранитов уцелевшей от замещения морской гальки и даже псевдоморфоз по толстостенным раковинам.

Увлечение новой теоретической концепцией, которая, казалось, разрешала многие трудности магматической петрографии (и особенно проблему пространства для внедряющейся гранитной магмы), подобно лавине, охватило почти весь геологический мир. Торжеством идей «гранитизации» ознаменовались 20-е и особенно 30-е годы. Многие петрологи видели то, во что они уверовали, и проходили мимо фактов, противоречащих гипотезе метасоматоза. Так как особенно яркие примеры метасоматической гранитизации встречаются в условиях глубоких эрозионных срезов на территориях древних поясов складчатости и докембрийских платформ, сторонники трансформизма встречались прежде всего в среде работающих там геологов. Наоборот, петрографы, изучавшие гранитные формации средних и малых глубин, обнажающиеся в поясах мезозойской и альпийской складчатости, признаков гранитизации либо не видели вовсе, либо замечали лишь крайне ограниченное ее развитие. Вместо расплывчатых контуров метасоматических гранитов и их согласных отношений с осадочными породами они наблюдали четкие границы и явно несогласные формы контактов, указывающие на кристаллизацию из вязкого расплава, внедрявшегося в твердую среду.

Родилась контроверза, которая лучше всего иллюстрируется коротким диалогом между И. Зедерхольмом и А. Геймом на Всемирном геологическом конгрессе 1927 г. в Мадриде.

«Приезжайте ко мне в Скандинавию,— сказал один из крупнейших специалистов по геологии докембрия Балтики И. Зедерхольм,— и вы увидите, что гранитизация есть!»

«Приезжайте ко мне в Альпы,— ответил на это швейцарец Гейм,— и вы увидите, что гранитизации нет!»

Этот обмен репликами между знаменитыми учеными, пересказанный Ф. Ю. Левинсоном-Лессингом, вдвойне интересен. Он свидетельствует о диалектической сущности проблемы, благодаря которой оба споривших были правы, и он же указывает на относительную ценность выводов из личного опыта — бесспорных в одних условиях и ошибочных в других.

Понадобилось около 40 лет горячих споров, прежде чем проблема происхождения гранитов и, следовательно, связи между магматическими и метаморфическими явлениями была разрешена. Сейчас твердо доказана гетерогенность гранитов, которые своим происхождением могут быть обязаны кристаллизационной дифференциации основных магм («ювенильные» граниты), переплавлению (анатексису) древних гранитов и гранито-гнейсов в глубинных зонах земной коры («палингенные» граниты), избирательному выплавлению низкотемпературной гранитной эвтектики из всевозможных пород негранитного состава и, наконец, гидротермально-метасоматической гранитизации пород любого генезиса и типа.

Большую положительную роль в решении этой проблемы сыграла советская петрография, в которой идеи трансформизма никогда не переоценивались, а отношения между магматическим и метаморфическим аспектами гранитообразования определялись с гораздо большей трезвостью, чем на западе. Начало преодолению «трансформистского уклона» в петрографии, бесспорно, положили работы Ф. Ю. Левинсона-Лессинга (1937, 1939) и его учеников — Д. С. Белянкина, Б. М. Куплетского, Г. Д. Афанасьева и др. В основе доказательств в те годы лежали полевые наблюдения, никак не укладывавшиеся в рамки концепции трансформизма. Они указывали на кристаллизацию гранитов из магмы и нередко на активное механическое воздействие внедрявшейся вязкой магмы на вмещающие породы.

Изучение гранитных массивов, формировавшихся на разных глубинах, показало, кроме того, все возрастающую с глубиной агрессивность метасоматических преобразований в прилегающем к контактам ореоле. Зоны приконтактового метаморфизма, расширяясь с глубиной, постепенно захватывали все большие площади и превращались в области регионального метаморфизма и связанной с ним гранитизации. В основе последней все-таки лежала, следовательно, все та же гранитная магма.

Дилемма — расплав или раствор — исчезла; она заменилась, в свете новых знаний, двуединством — расплав-раствор или магматизм-метаморфизм. Гранитизация оказалась производной гранита. Теоретическая разработка этой проблемы принадлежит Д. С. Коржинскому.

Последнее десятилетие геологическое решение проблемы гранитообразования было прочно подкреплено и новыми экспериментами, которые подтвердили возможность как полного расплавления сланцев и песчаников с образованием гранитоподобных пород, так и избирательного выплавления из них главных составляющих гранита при относительно низких температурах (порядка 600—700°). Этим окончательно было установлено, что важным фактором гранитообразования является вода и другие летучие, например фтор, которые способствуют значительному снижению температуры появления гранитного расплава. Это было подтверждено в 1957 г. Н. И. Хитаровым, с одной стороны, О. Таттлом и Р. Уайли — с другой. Большое значение имело также экспериментальное изучение альбит-кварц-ортоклазовой эвтектики, результаты которого в том же году опубликованы О. Таттлом и Н. Боуэном. Эти петрографы пришли к заключению о совпадении результатов эксперимента с возможными термодинамическими условиями образования гранитной магмы. Последняя работа, один из авторов которой (Н. Боуэн) известен как творец теории происхождения гранитов в результате кристаллизационной дифференциации базальтовой магмы и как резкий противник признания роли эвтектических расплавов в природе, по существу кладет конец дискуссии. Как правильно заметил в 1964 г. В. П. Петров, проблема гранита и гранитизации перестала быть дискуссионной.

Проблемы петрографических провинций и магматических формаций. Уже к концу XIX в. полевая петрография накопила много

Дмитрий Степанович Белянкин

фактов, показывающих, что изверженные горные породы связаны в природе в естественные сообщества, которые наделены некоторыми общими свойствами — характерным минералогическим составом и химизмом. Эти свойства объединяли разные породы одной области и отличали одинаковые породы разных областей. Президент Лондонского геологического общества Дж. Джадд назвал области со сходными магматическими сообществами петрографическими провинциями, а позднее Дж. Вашингтон предложил именовать их «комагматическими областями». Лежавший в основе этих понятий географический принцип был, однако, явно недостаточен; в каждой из «провинций» вскоре же было обнаружено множество исключений из первоначально сформулированных закономерностей. Для согласования теории с действительностью требовалось все большее расширение географических рамок, которое привело в конце концов к разделению всей планеты на четыре универсальные петрографические провинции — Тихоокеанскую, Атлантическую, Средиземноморскую и Бореальную. Четкость понятия «провинция» вследствие расширения его содержания была, естественно, утрачена. Идея о петрографических провинциях почти немедленно вызвала решительные возражения Ф. Ю. Левинсона-Лессинга в России, А. Лакруа во Франции, Г. Грегори в Англии и т. д.

Следующий шаг в развитии учения о петрографических сообществах был сделан в России в 1888 г. Ф. Ю. Левинсоном-Лессингом, который на основе изучения основных изверженных пород Карелии выдвинул более отвечающую фактам идею о петрографических формациях. Эта плодотворная идея отличалась конкретностью и принимала во внимание уже не только территориальную общность и состав сообществ горных пород, но также их возрастные соотношения и условия образования. Иначе говоря, географический принцип был подчинен геологическому, что уже существенно меняло подход к проблемам родства и происхождения горных пород.

Однако и в этом определении, углубленная формулировка которого была повторена Ф. Ю. Левинсоном-Лессингом в 1934 г., еще нет одного из важнейших элементов понятия о петрографических формациях — связи того или иного магматического сообщества со стадиями эволюции геологического процесса.

Дальнейший прогресс учения о магматических формациях также в значительной мере обязан работам советских ученых. Первые возможности нового подхода были связаны с разработкой Ю. А. Билибиным (1955) теории тектоно-магматических циклов, сообразно с которой каждый из этапов цикла характеризуется появлением определенных сообществ изверженных горных пород. В том же году с меньшей детальностью эти проблемы были рассмотрены англичанином Тиррелем.

Выявление закономерности в соотношениях между структурно-тектонической эволюцией геосинклинальных областей и возникших на их месте поясов складчатости, с одной стороны, и магматических проявлений, с другой, позволили исследователям приступить к целеустремленному изучению материалов по характеристике магматических формаций разного генетического положения и состава, а также к их систематике. Широкое обобщение накопившихся сведений произведено в капитальной монографии (Кузнецов, 1964), которая является первой в мире попыткой разработать систематику магматических формаций.

Работы советских петрографов — Ф. Ю. Левинсона-Лессинга, Ю. А. Билибина, Ю. А. Кузнецова, Г. Д. Афанасьева, Е. К. Устиева и других — способствовали систематизации типов магматических формаций интрузивного и эффузивного происхождения, определению их места в истории развития тектоно-магматических циклов и их зависимости от типа сопряженных тектонических структур. На основе этих работ в Советском Союзе начинает постепенно выявляться новое методологическое направление магматической геологии — формационный петрографический анализ, уже оказывающее серьезное влияние как на теоретические основы петрологии, так и на практические аспекты геологического картирования и поисков руд.

В Советском Союзе также была поставлена и с наибольшей подробностью изучена проблема отношений между вулканическими и плутоническими формами магматизма. Разработанная Е. К. Устиевым в 1963 г., расширенная и детализированная в многочисленных работах других геологов, эта важная сторона учения о магматических формациях приобрела кардинальное значение для понимания связей между тектоникой и магматизмом на разных этапах эволюции структур земной коры. В частности, взамен старого принципа Розенбуша — обязательной и универсальной связи между эффузивными и интрузивными явлениями — и распространенного сейчас за рубежом принципа столь же повсеместной их независимости советские петрографы показали, что эти отношения имеют более сложный характер. Совершенно автономные в одних условиях развития и тесно связанные в других, вулканические и плутонические явления с особенной наглядностью иллюстрируют диалектику природы. Появляющиеся главным образом на поздних стадиях развития поясов складчатости, а также в связи с явлениями тектонической активизации древних орогенных и платформенных структур, взаимосвязанные «вулкано-плутонические» формации — одна из важных сторон тектоно-магматической эволюции Земли.

Таким образом, с полным основанием можно сказать, что одна из наиболее прогрессивных ветвей современной петрологии (магматической геологии)— учение о магматических формациях,— зародившись в России, достигла особенных успехов в Советском Союзе. Как будет показано ниже, именно эта ветвь в петрологии имеет наибольшие перспективы в будущем науки.

Проблемы петрохимии и геохимии. Не меньшее значение имели работы русских и советских петрографов в развитии химического направления петрографии, сформировавшегося в 40-х годах в самостоятельную науку — петрохимию (А. Н. Заварицкий). Начало этому направлению было положено еще в 1898 г. тремя одновременно опубликованными статьями о химическом составе изверженных пород и об основных принципах их разделения. Первые две статьи принадлежали Ф. Ю. Левинсону-Лессингу, третья — Г. Розенбушу. Их появление было связано с поисками выхода из тупика формальных микроскопических описаний, именно с этих работ и начинаются новые — химический и физико-химический — этапы в развитии петрологии. Уже в упомянутых статьях Ф. Ю. Левинсон-Лессинг не ограничился примерами разделения изверженных пород по химическому составу на некоторые группы; он попытался наметить основы для характеристики естественного ряда горных пород. В этой идее были заложены начатки будущей химической классификации, разработанной им на рубеже двух столетий. Химическая классификация представляла в его знаменитой монографии стройную систему, в которой громадное количество анализов химического состава магматических горных пород увязано с вопросами их генезиса, магматической дифференциации и рациональной номенклатуры.

В классификацию Левинсон-Лессинг впервые ввел очень важный для петрографии принцип разделения изверженных пород по химическому составу на насыщенные, пересыщенные и недонасыщенные кремнекислотой, что отвечало ранее практиковавшемуся их делению на средние, основные и кислые, но было связано с принципиально иным подходом. Изверженные породы относились к той или иной части ряда не по абсолютному содержанию в них кремнекислоты, с произвольными границами между соседними группами, а по характеру соотношений между главными компонентами и особенно между кремнекислотой и основаниями.

Принцип химического насыщения вместе с предложением Г. Розен-буша о пересчете химических анализов на эквивалентные отношения послужил фундаментом и для всех последующих «систем» математической обработки химических анализов. Химико-аналитические работы быстро завоевали важное место в петрографии и внесли в нее число и меру вместо длительно господствовавших качественных оценок. С этих пор петрографы впервые получили возможность судить об особенностях химизма горных пород, в значительной мере образованных сложными силикатами переменного состава (полевыми шпатами, слюдами, амфиболами, пироксенами и т. д.) либо нераскристаллизованным вулканическим стеклом. Это способствовало успеху химической петрографии и всех связанных с этим направлением методик истолкования химических анализов.

Для более наглядного представления о соотношениях между многими (первоначально до 12—13) компонентами анализа вскоре были введены различные способы их пересчета на «коэффициенты», «магматические формулы», «параметры», «числовые характеристики», сводившие некоторые типичные свойства горных пород (например, «кислотность», «щелочность» и т. д.) к одной цифре или отношению. Очень большое значение для следующего этапа в развитии химического направления петрографии имела разработанная в 1944 г. А. Н. Заварицким методика пересчета химических анализов на ряд таких «коэффициентов» и взаимосвязанных «числовых характеристик» и созданная на этой основе систематика химических составов горных пород. Дополненная графическим методом изображения многокомпонентных составов в развернутом на плоскости прямоугольном тетраэдре «система» А. Н. Заварицкого получила широкое распространение в Советском Союзе и в ряде зарубежных стран. Начиная с этого времени химическая ветвь петрографии приобретает самостоятельное значение и превращается в петрохимию, роль которой в эволюции петрологии непрерывно увеличивается.

Накопившийся и все возрастающий петрохимический материал показывает, что тонкие особенности химического состава нередко характеризуют определенные типы формаций горных пород и целые петрографические провинции. Колебания в соотношениях между «главными», «второстепенными» и «малыми» элементами недостаточно велики, чтобы отразиться на минералогическом составе породы, но легко улавливаются обычным химическим или спектральным анализом и служат ценным критерием корреляции.

Вслед за методикой петрохимических пересчетов А. Н. Заварицкого появились многочисленные попытки внести некоторые усовершенствования как в самые пересчеты, так и в способы их графического изображения (Е. А. Кузнецов, Д. С. Штейнберг, Ю. В. Комаров в СССР, Р. Г. Иванов в Болгарии и т. д.). Однако подобно всем попыткам введения универсальности в систематику природных явлений, все эти разновидности методик интерпретации столкнулись с гораздо более сложным комплексам условий, охватить которые благодаря своей одноплановости они были уже не в состоянии. В результате очень широкое применение этой стороны петрохимии во многих случаях приводило к формализму и свелось к определению изверженных горных пород и их места в систематике, что в конце концов стало тормозить развитие петрологии.

Совершенно очевидно, что выявленная в последние десятилетия петрографическая гетерогенность, благодаря которой аналогичные по составу породы могут иметь существенно различное происхождение, требовала нового и более дифференцированного подхода к горным породам и их формациям. На первый план выдвинулись проблемы их происхождения и те методы петрохимии, с помощью которых можно было бы их разрешать.

В последние годы главной задачей петрохимии является уже не столько определение наименований горных пород и их положения в систематике по химическому составу, сколько изучение соотношений между породами различного происхождения и их связи с типами геологических структур. Петрохимия наших дней все меньше ценит «универсальные» системы пересчетов и обнаруживает явное стремление опираться на первичные цифры химического анализа. Начало этой тенденции положил один из крупнейших советских петрографов — Д. С. Белянкин, настойчиво призывавший в 1944 г. к отказу от «петрохимического упрощенчества». В дополнение к прямому сравнительному и статистическому изучению результатов химических анализов многие петрографы предпочитают сейчас пользоваться различными для разных случаев отношениями между компонентами (К2О + Na2O : SiO2, FeO + Fe2O3 : MgO, A12O3: K2O + Na2O, Na2O + K2O : CaO, MgO : FeO + + Fe2O3, Na2O + K2O : CaO и т. д.), что с большей точностью и гибкостью, чем коэффициенты любой универсальной системы пересчетов, выявляет особенности химизма изучаемых формаций.

В Советском Союзе зародилось и геохимическое направление в изучении горных пород. Если в истоках геохимии как новой ветви наук о Земле стоит имя В. И. Вернадского, то практическое начало геохимическим принципам в петрографии положили исследования А. П. Виноградова и его учеников, освещенные в статье «Геохимия». Это область, в которой исследователи только нащупывают пути возможного применения геохимии. Однако уже сейчас получены важные результаты о распространенности многих редких и рассеянных элементов в горных породах, что позволяет наметить условия сходства и различия между ними. К столь же интересным выводам приводит и изучение изотопного состава различных элементов (например, S32/S34, О1618, С1312 и т.д.). На этой основе А. П. Виноградовым в 1958 г. было, например, доказано явное возрастание роли изотопа кислорода О18 по сравнению с изотопом О16 в направлении от хондритовых метеоритов через основные породы к гранитам. Если вспомнить, что кислород организмов особенно обогащен изотопом кислорода О18, то напрашивается мысль о какой-то связи между составом верхней (гранитной) оболочки Земли и биосферой, например, в форме ассимиляции осадочных пород биогенного происхождения некоторыми гранитами в процессе образования последних. Так идея, высказанная, правда, в несколько ином плане Вернадским, как будто начинает находить себе и экспериментальное геохимическое подтверждение.

К этой же области геохимических исследований в петрографии последних десятилетий относятся и те приложения изотопного анализа, на которых сейчас основаны определения абсолютного возраста горных пород. И в этой области возглавляемые Г. Д. Афанасьевым работы советских петрографов занимают сейчас одно из ведущих мест в мире.

Дальнейшие пути развития советской петрографии. Беглый обзор проблем, поставленных и разрешенных советской магматической петрографией за 50 лет, разумеется, не полон и не лишен субъективности. В частности, автор не смог за отсутствием места осветить огромные достижения советской региональной петрографии, нового направления — структурной петрологии, в том числе разработку структурной классификации плутонов (А. А. Полканов, Н. А. Елисеев и др.). Очень много было сделано в отношении специального изучения типов пород: основных и ультраосновных, щелочных, карбонатитов, серпентинитов, в последние годы — якутских кимберлитов и т. д. В связи с этими исследованиями в Советском Союзе были открыты многочисленные месторождения руд металлов, важных для промышленности.

Краткий обзор позволяет все же подойти к некоторым обобщениям, касающимся путей дальнейшего развития петрологии. Одним из основных достижений последнего полустолетия в развитии мировой и особенно советской петрологии является установление гетерогенности подавляющего большинства магматических горных пород. Гранитоиды, габброиды и даже гипербазиты, не говоря уже о породах среднего и щелочного состава, могут быть связаны как с магматическими процессами в их чистом виде, так и со многими формами метаморфизма и ультраметаморфизма, с влиянием ассимиляции и гибридизма, с наложением гидротермальных процессов и т. п. Конвергенция признаков, связанная с существующими в условиях земной коры ограниченными пределами термодинамических и физико-химических условий породообразования, приводит к почти полному тождеству пород одного и того же семейства, но разного происхождения. Так, гранит ювенильный, если рассматривать его в отрыве от геологического окружения, ничем существенно не отличается от гранита палингенного или метасоматического. Однако это «тождество», по-видимому, охватывает только легко улавливаемые глазом и приборами признаки структуры, а также признаки минералогического и химического состава; но оно не распространяется на гораздо более тонкие особенности, определяемые строением кристаллической решетки главных породообразующих минералов, набором сопутствующих второстепенных и акцессорных минералов, химическими элементами и окислами, находящимися в состоянии рас сеяния, колебаниями изотопного состава и т. п.

В наши дни петрология уже начинает овладевать все усложняющимися методами, которые позволяют раскрывать некоторые из этих особенностей и, таким образом, находить критерий для установления все более тонких различий между породами. Но до разработки и овладения всеми необходимыми методами, тем более до их широкого применения, еще далеко. Это одна из первоочередных задач петрологии. Только практическое ее решение подведет петрологию к выяснению многих издавна мучивших ее вопросов, прежде всего причин рудоносности одних и безрудности других интрузивных массивов «тождественного» состава. Таким образом, петрология, углубив наши знания условий петрогенезиса в различных геологических обстановках, все больше и больше будет способствовать поиску руд и региональным металлогеническим прогнозам.

Из проблемы гетерогенности вытекает и другой круг вопросов, в котором, как говорилось, советские петрографы достигли наибольших успехов и располагают, следовательно, максимальными возможностями. Речь идет о быстром развитии всех сторон учения о магматических формациях. Выше было сказано, что мы подошли к основам генетической классификации магматических формаций, связанных с различными этапами геотектонического цикла. Однако эти успехи можно считать только началом большого пути, конечная цель которого лишь просвечивает сквозь дымку расстояния. Впереди еще предстоит громадная работа по уточнению и углублению первоначальных понятий и, главное, по детализации петрографических, петрохимических, геохимических и металлогенических характеристик и критериев.

Еще большая работа будет связана с переосмысливанием и уточнением на этой основе методов геологического картирования и самих карт. Только геологические карты нового типа, в которых будут обозначены и разделены магматические и метаморфические формации различного типа, возраста и происхождения, станут отражать реальную геологическую обстановку в каждом участке земной коры. Только такая карта сможет ответить на многие «почему», прежде всего на коренной вопрос о закономерностях распределения полезных ископаемых.

Совершенно ясно, что и в этом случае развитие петрологии потребует теоретической разработки новых методик и их практического применения в поле и лаборатории. Следует подчеркнуть, что ни одну из этих задач нельзя решить возможностями одной петрологии. Давно определившееся чрезвычайное расширение границ науки о камне, перерастающей сейчас в науку о веществе Земли, связано с глубоким проникновением петрографов в сферу мышления и методов геофизики, геохимии, физической химии, геомеханики, геотектоники и даже астрономии. В применяемых петрологией различных формах статистической обработки полевых и лабораторных наблюдений все возрастающую роль будет играть математический анализ, в частности, с помощью электронных счетных машин. Наряду с этим очевидно, что весь цикл геологических наук — в узком смысле этого слова — полностью сохранит значение в предстоящем развитии петрологии; несмотря на возрастающий физический уклон, она никогда не перестанет быть наукой геологической.

Физический аспект петрологии наших дней вызвал к жизни новую науку — петрофизику, которая успешно разрабатывает свои методы исследования физических свойств горных пород и соответствующую аппаратуру. Нетрудно предсказать большую роль, которую должна сыграть петрофизика в развитии представлений о связи всех данных современной геофизики с физическими свойствами конкретных горных пород, находящихся в конкретных термодинамических условиях. Уже сейчас многие достижения петрофизики, дополняющие в этой области материалы экспериментальной петрографии, поколебали традиционные взгляды на состав и строение глубинных оболочек Земли. Этот критический пересмотр классических схем показал не только условность, но и малую вероятность соответствия «гранитного» слоя планеты гранитам, «базальтового» — базальтам, «эклогитового» — эклогитам и т. д. Требуются новые трудоемкие исследования, чтобы сопоставить многие параметры геофизики (скорость упругих волн, потенциалы силы тяжести, модули деформации и пр.) с физическими свойствами горных пород определенного состава, структуры, возраста и происхождения.

Успехи техники и только что начатая на этой основе реализация планов сверхглубокого бурения (в США и в СССР) являются прямой проверкой возникающих гипотез о составе и строении земной коры и верхней части мантии, о которых геология до сих пор судит лишь по косвенным данным. По существу к той же цели шла в последние годы и будет еще долго стремиться экспериментальная петрография. Главная ее задача в наши дни — изучение условий минералообразования и породообразования при высоких и сверхвысоких давлениях и температурах — уже привела к результатам большой важности. Открытие «тяжелых» модификаций кварца — коэсита (уд. вес 3,5) и стишовита (уд. вес 4,2—4,5), перекристаллизация при высоких давлениях и температурах полевых шпатов и слюд в минералы более высокого удельного веса свидетельствуют о том, что концентрическое строение верхней части Земли может быть обусловлено как сменой состава, так и изменением агрегатного состояния кристаллического вещества. Уточнение соответствующих параметров и увязка результатов экспериментов с данными полевой геологии и петрографии — задача на многие годы. Разумеется, это лишь одна из сторон предстоящего развития экспериментальной петрографии, так как не меньшую теоретическую и практическую важность представляет экспериментальное моделирование минералообразования в условиях относительно невысоких давлений и температур.

Тесно связана с проблемами петрофизики и экспериментальной петрографии та часть лабораторных исследований, целью которой является изучение тонких особенностей физической структуры породообразующих минералов. Дальнейшее совершенствование, углубление и повсеместное распространение всех видов физического исследования минералов и горных пород, начиная от поляризационной, инфракрасной и рентгеновской микроскопии и кончая методами ядерного и магнитного резонанса,— вот круг будущих задач нашей лабораторной петрологии. В их число входит, разумеется, и уточнение все еще несовершенных и применительно ко многим природным объектам недостаточно изученных методов изотопного геохронологического анализа. В этой области возможно не только совершенствование уже применяемых методик, но и разработка новых способов определения абсолютного возраста минералов и горных пород. В частности, помимо уже известных методов, основанных на изотопном анализе, вполне вероятна разработка принципиально новых способов и путей, ведущих к той же цели. Уже сейчас намечаются некоторые возможности, основанные на зависимости между строением кристаллической решетки и явлениями структурного упорядочения, с одной стороны, и возрастом минерала, с другой. Е. А. Кузнецовым в 1963 г. опубликована работа, в которой изложен метод определения абсолютного возраста некоторых из породообразующих минералов на основе известного в петрографии эффекта Дина. Этот метод, теория которого еще не разработана, критически встречен рядом петрографов, хотя вполне возможна принципиальная зависимость оптических свойств минералов от их структуры и ее изменений, косвенно связанных со временем существования минерала.

Итак, развиваясь в собственных пределах, но особенно на границах с другими областями естествознания, петрография-петрология призвана стать одним из главных инструментов познания состава, истории и строения всех геосфер. Только на такой стадии эволюции науки о веществе Земли мы подойдем к решению проблемы причин гетерогенности земной коры и подстилающей ее верхней мантии, где зарождаются важнейшие магмо-металлогенические явления и где, возможно, скрыты источники всех тектонических процессов.

Лишь овладев этими знаниями, мы поймем причины неравномерности распределения металлических и неметаллических полезных ископаемых и разработаем истинные критерии их поисков во всех доступных нам частях коры. С этого времени все еще применяемый геологами средневековый принцип — «ищи руду около руды» — будет, наконец, окончательно отброшен и полезные ископаемые будут искать там, где их искать нужно.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.