Магматическая дегазация

Рис. 1. (a) Доля Хi, m летучих компонентов i , остающихся в магматическом расплаве в виде функции отношения газы/расплав Rv. (b) Отношение газ/расплав магм с начальным содержанием СО2 1000 и 10 000 мг/кг и весовыми отношениями H2O/CO2 1 и 5, в виде функции давления (в килобарах) или глубины (в км). Вертикальные линии со стрелками позволяют оценивать долю газа i выделившегося из восходящей магмы на глубинах 6 и 1км.

Углекислый газ является наиболее летучим компонентом из главных соединений газовой магматической фазы и, следовательно, по всей видимости, преобладает в процессах выделения летучих компонентов. Его константы закона Генри независимы от температуры и типа магмы. Для базальтовых расплавов Pawley et al. (1992) определили значения константы Генри 0.49 мг/кг-бар, в то время как Blank et al. (1993) дают его для гранитных расплавов 0.63 мг/кг-бар; они согласуются со средним значением Qi примерно 250. На рисунке 15.6 линии описывают Pt в виде функции Rv для начальных содержаний CO2 1000 и 10,000 мг/кг и для весовых отношений H2O/CO2 1 и 5. Влияние присутствия водяного пара оценивалось путём использования значения QH2O при 1200°C, 2.0 на основании данных доложенных McMillan и Holloway (1987) и Holtz et al. (1995). Линии на рисунке 15.6 рассчитывались с игнорированием вторичных факторов, таких как степень перенасыщения, требуемая для начала и активизации роста пузырька (Bottinga and Javoy, 1990).

Согласно рисунка 1 расплав с начальной концентрацией СО2 1000 мг/кг может начать пузыриться при давлении 2 килобара или на глубине около 6км. Присутствие воды может оказывать лишь незначительное влияние на общее давление. При реальном геологическом содержании СО2 10 000 мг/кг или 1 вес. % выделение пузырьков должно начаться при 20килобарах. Примерная глубина почти 60км приближает зоны отделения СО2 генерации дуговых магм и поддерживает допущение, что отделение газовой фазы происходит в восходящих андезитовых магмах на всем протяжении от места их зарождения до земной поверхности (Giggenbach, 1996).

С уменьшением глубины объёмное отношение газ/расплав возрастает и вместе с этим доли выделяемых летучих компонентов. Благородные газы Xe, Kr, и Ar выделяются из расплава с Ne и He растворяются до более 90%, когда отношения газ/расплав Rv становится равным 0.1.

Для расплава с начальной концентрацией CO2 1 вес.% и отношением H2O/CO2 единица, эта стадия достигается на глубине около 4 км. В то время, как большая часть СО2 теряется в паровой фазе, то, около 80% воды остаётся в расплаве. Растворимости CI и S сильно зависят от давления и состава расплава (Shinohara et al., 1989). Кривая для HC1 представляет его растворимость при атмосферном давлении; обычно для общего CI приводятся две кривые при 1 и 2 килобарах. Таким образом, что высокая растворимость соединений, содержащих CI и S, обусловливает их отделение, в основном, только при значениях Rv > 1, соответствующих глубинам менее 1км.

В дополнении к степени дегазации доля первичных магматических летучих компонентов, фактически, переходящих в сопряженную гидротермальную систему, является также функцией типа магматической дегазации (Giggenbach, 1992c). Различаются два таких вида дегазации. Первый вид дегазации соответствует выделению летучих компонентов из свободно кипящего лавового озера, или, в случае вулканов, находящихся в сольфатарном состоянии, с больших глубин вулканической структуры из магматического тела, имеющего связь с дневной поверхностью, через канал с высокой проницаемостью. Состав фазы летучих компонентов, выделившихся и, вероятно, поглощенных в водах вблизи поверхностного формирования, описывается уравнением (15.1). Второй тип дегазации проявляется в виде переноса летучих компонентов и ещё находящихся растворенными в воде, от затвердевшего магматического тела во вторгающиеся подземные воды, вдоль фронта хрупкого дробления, как представлял Burnham (1979). Физические процесс, обусловливающие взаимодействие в пределах зоны перехода магма-гидротермы детально обсуждалась Lister (1974), Hardee (1982), and Carrigan (1986).

Giggenbach, W.F.1997, The origin and evolution of fluids in magmatic-hydrothermal systems.