Эти диаграммы соединяют многие обычные элементы кальдер пепловых потоков. В тексте обсуждается комплекс возможных альтернативных сценариев, (a) Вулканизм до обрушения. Сгруппированные андезитовые стратовулканы растут над изолированными небольшими малоглубинными плутонами, что означает начало аккумуляции тел кислой магмы батолитового размера, которые в будущем притают извержения пепловых потоков. Подъём, связанный с размещением плутонов приводит к формированию дуговых разломов кольцевых структур: места локализации последующих кальдерных обрушений показаны точечными линиями. Жирные стрелки показывают подъём магмы, (b) Конфигурация кальдеры вскоре после извержений пепловых потоков и сопутствующего обрушения. Центр района скопления ранних стратовулканов погружен в обрушенной части. Внутрикальдерный туф скопилися во время опускания и имеет мощность на порядок больше, чем мощность когенетичного горизонта пепловых туфов впотоке внешнего склона. Начальное обрушение по кольцевым разломам обусловленное резким наклоном кальдернных стенок и аккумуляцией большого количества брекчии обрушения, которая переславивается с туфами пеплового потока в толще кальдерного заполнения. Кальдерное дно опускалось асимметрично и наклонилось влевую сторону диаграммы. Главное магматическое тело подстилает всю площадь кальдеры и расслоилось по составу (или это произошло до извержений), став более мафическим внизу. (с) Резургенсия и посткальдерные отложения. Резургенсия происходила асимметрично с наибольшим подъёмом района наибольшегообрушения. Разломы растяжения грабена сформировались на гребне купола. Частично на резургентный подъём оказывали подвижки по кольцевым разломам в смысле ответной реакции, которая была вызвана кальдерным опусканием. Магматическое тело понималось в вулканогенной постройке и внедрялось в когенетичный спекшийся туф. Первичное дно кальдеры было почти нацело ликвидировано в результате подъёма магматического очага почти до уровня довулканогенной земной поверхности. Кальдерный ров частично заполнился лавовыми куполами и вулканокластическими осадками. Гидротермальная деятельность и рудообразование доминировали на последнем этапе эволюции кальдеры.

Кальдеры и, связанные с ними геотермальные системы

(Вохлетц, Хейкен "Вулканическая и геотермальная энергия")

Великолепным примером вулканно-плутонических ассоциаций (в частности предполагается, что плутонические комплексы подстилали кальдеры) является батолит Перувиан (Cobbing, Pitcher, 1972; Myers, 1975). Он представляет ступенчато расположенные плутоны с куполовидной кровлей, которые внедрились в породы кальдерного заполнения и породы, подстилающие кальдеру. Соответственно, многие различного типа плутоны, внедрявшиеся в течение миллионов лет, превратились в так называемые батолиты. Термические метаморфические эффекты позволяют предролагать, что плутоны батолита Перувиан находились в пределах 3 км от земной поверхности (Meyers, 1975). Кольцевая структура Уйяйиях в Саудовской Аравии представляет собой овальную кольцевую дайку размером 15 х 20 км, мощностью 2км, которая окружает гранитный шток и предполагается, что он подстилает кальдеру (Dodge, 1979). Предполагается, что путон имеет форму перевернутой капли слезы аналогичной форме батолита Перувиан (рис. 4.).

Граниты, которые слагают основание верхней части земной коры континентов и тесно связаны с тектоническими процессами (тектонизм), метаморфизмом и минерализацией (рудообразованием) континентальной коры. Однако, происхождение гранитов было предметом многих споров после XVIII столетия, когда геологическая наука находилась в младенчестве.

Оценки «диспутов о гранитах» и происхождения гранитов можно найти у Gilluly (1948), Pitcher (1993) и Young (2003). И не будем здесь обращать на это внимание, за исключением, того, что после появления тектоники плит в 1960х годах, была дана система взглядов, в которой различные интерпретации генезиса гранитов могут быть переосмыслены и во многих случаях урегулированы, хотя дебаты ещё продолжаются. Обманчивая идея, связанная с фракционированием базальтовой магмы в результате кристаллизационной дифференциации Bowen (1914,1922,1948), призвана объединить порядок кристаллизации минералов с образованием серии изверженных пород от основных к кислым. Только небольшое количество остаточной гранитной жидкости генерируется в результате этого процесса, и эти экспериментальные данные несомненно являются дополнением в системе доказательств множества гранитов (Holmes 1926; Read 1957). В то время как серии минеральных реакций могут быть применены к кристаллизации дифференцируемых магматических составов, как регистрируется их минеральными текстурами, первые образовавшиеся породы не обязательно являются мафическими, а последние не всегда – фельзитовыми, поскольку порода, кристаллизующаяся из расплава, зависит от состава расплава, не от порядка кристаллизации минералов (Kennedy 1933). В связи с этим, уместен комментарий идеи Боуэна Walton (1960): “Не то, чтобы имелась какая-либо неправильность боуэновской химии или его применения её к фракционированию базальтовой магмы; она была, ещё будет оставаться «замковым камнем» петрологии. Но здесь было решающее допущение вплетённое в магматическую теорию, так жёстко, что в единой модели, в которой эволюция большинства изверженных пород зависит от внедрения вверх базальтовой магмы на уровни земной коры, где она остывает, кристаллизуется и фракционирует. Такая же химия может применяться в других моделях».

Споры о гранитах, которые бушевали между «гранитизёрами» такими как H.H. Read и «магматистами» такими, как N.L. Bowen в конце 1940-х (Gilluly 1948), по существу, закончились и большинство исследователей Земли, пришли к соглашению, что граниты имеют магматическое происхождение. В ответе на вопрос, как образуются граниты? или на слова Боуэна «Откуда граниты?» подавляющее мнение большинства учёных-геологов состояло в том, что гранит образовался в результате частичного плавления пород земной коры различного состава. Эта концепция, по существу, сводит воедино ранние конкурирующие объяснения генезиса гранитов: магматический (граниты являются изверженными породами, образованные при кристаллизации магмы) и метаморфического (граниты являются результатом сухого или влажного процесса гранитизации, который трансформировал сиалические осадочные породы в граниты), поэтому граниты являются результатом ультрамтаморфизма переходящего в плавление (анатексис) пород земной коры. Это объяснение имеет важное значение для объяснения происхождения и химической дифференциации земной коры в связи с источником и эволюцией термальных режимов, состава протолитов, сколько гранитов может образоваться в течение какого времени и при каких температурах, количество и источник необходимой воды, тектонических процессов и структуры тектоники плит – в полном смысле глобальной ассоциации (cмотри Приложение).

Эрлих Э.Н. в ЗАКЛЮЧЕНИИ интернет-издания сборника "Вулканизм, гидротермальное рудообразование" приводит свою оригинальную точку зрения на присхождение кислых магм. "

Связь кислого и базальт-андезитового вулканизма

Прежде всего, следует отметить ныне несомненную связь кислых магматических пород с породами базальт-андезитовой серии. Связь эта проявляется, как на стадии кальдерообразующих извержений игнимбритовых масс, так и в процессе выжимания посткальдерных экструзивных куполов. В равной степени она выражается, как в единстве геохимических характеристик пород базальт-андезитовой серии и комплекса, так и в закономерной связи кальдерообразующих извержений кислой пирокластики с заключительными стадиями эволюции базальт-андезитовых комплексов. При этом кальдерные комплексы носят отчетливо наложенный характер по отношению к базальт-андезитовым центрам раннего этапа вулканического цикла. Они лишь в виде редких случаях могут располагаться на вершинах базальт-андезитовых вулканов. В общем случае они секут группы разнородных построек. Непосредственная генетическая связь кислых магм (включая игнимбриты) с базальт-андезитовыми магмами может осуществляться, как в результате процессов дифференциации последних происходящей на самых разных уровнях, так и в ходе прямой выплавки из мантии. Последнее допускается для центров кислого вулканизма Камчатки (Erlichand Gorshkov, eds,1979) и Японии.

Учет вероятного сквозьмагматического характера гидротермальных растворов делает весьма вероятным происхождение контрастных дацит-базальтовых серий не в процессе фракционной дифференциации, а за счет разгрузки кремнекислоты гидротерм непосредственно в первично-базальтовый расплав. Величина разгрузки SiO₂ из трансмагматических растворов может быть очень значительна. Об этом свидетельствует величина отложений гейзеритов вокруг гейзеров в Долине Гейзеров (рис. 2).

Предполагается, что из 40 мало глубинных плутонов, которые слагают комплекс гранитных кольцевых даек Плато Жос в северной Нигерии, большинство подстилали кальдеры (Jacobson et al ., 1958). Рисунок 5 показывает сравнение между этим комплексом и комплексом плутонов Валлес/Толедо в Нью Мексико и комплексом Лейк Сити в Колорадо. Разные периоды до- и после обрушения внедрение интрузий и вулканизма, которые являются характерными чертами скоплений кальдер, создали плутонические комплексы Нигерии. Полигональная форма многих из этих плутонов, и связанных дайковых систем контролировалась разломами и системами трещин, которые существовали до плутонов, внедрявшихся и образованных перед кальдерообразующими извержениями. В ассоциации с этими Плутонами находятся стекловатые, брекчированные риолитовые дайки и однородные риолитовые породы, которые интерпретируются, как отложения кальдерного заполнения.

Систематический характер отклонений от нормального хода кристаллизации в однотипных для разных центров и районах петрохимических особенностях этого комплекса (Эрлих, 1973), показывает, что главными факторами являются не процессы ассимиляции, а, по-видимому, аккумуляция кристаллической фазы, газовый перенос и фильтр-прессинг. Подтверждает это и близкое содержание редких и радиоактивных элементов в докальдерном базальт-андезитовом комплексе Карымского вулкана, его посткальдерных дацитовых лавах и ксенолитах гранитоидов (Леонова, Удальцова, Иванов, 1960). По-видимому, степень ассимиляции является функцией времени существования очага в коре, а для средне-верхнечетвертичных кальдер время это очень мало. Геофизические данные свидетельствуют, что кровля питающих интрузий под кальдерами зачастую находится на глубине 15 км, т.е. в пределах базальтового слоя. Это говорит о невозможности формирования данных комплексов за счет расплавления гранитного слоя коры.

Экспериментальные данные Линдсли (Lindsley,1966), Бойда и др. (Boyd et al.,1964) позволили Матсумото (Matsumoto,1965) построить модель образования кислых магм за счет парциального плавления кварц-эклогитовых комплексов средней мантии при подъеме расплава. Она близка к картине, наблюдаемой при высоких давлениях в системе Mg₂SО₄ - SiO₂; при этом отмечается возможность устойчивого существования при определенных P-T условиях фаз стишовит+расплав, коэсит+расплав и энстатит-коэсит. Такой механизм представляется принципиально возможным, но его геологическое приложение встречает две основных трудности.

1.Подразумевается полная самостоятельность выплавки кислых магм и не учитываются реально наблюдаемые данные образования кислых вулканических пород в теснейшей связи с базальтами, в частности при извержениях базальтовых вулканов.

2.Предлагаемый Т. Матсумото конвекционный механизм подъема предполагает ширину зон, охваченных кислым вулканизмом около 1500 км, что на два порядка больше реально наблюдаемой.

В то же время на реальность отдельных элементов этого процесса указывают включения кварца в базальтах. Следы увеличения их объема могут свидетельствовать о фазовых переходах высокобарных модификаций SiO₂.

Основным механизмом образования кислых магм, по-видимому, является процесс отделения богатых SiO₂ расплавов и растворов от базальтов. Физико-химическая сторона этого процесса пока не может быть рассмотрена в деталях. Однако на реальность его развития указывают эксперименты О. Таттла и его коллег (Tuttle et al., 1967). Ими исследовалось поведение образца базальта под давлением 10 кбар в присутствии воды под действием температурного градиента без плавления. Через неделю в относительно более холодном конце капсулы скопилось до 25% гранитного вещества (при фракционном отделении кислых расплавов от базальтовой магмы количество их не превышает 5% исходного объема). Наиболее подвижными при этом компонентами в этом процессе в присутствии воды естественно являются щелочи и кремнезем. Фракции, обогащенные SiO₂, могут отделяться в виде расплава и флюида. О постоянной связи флюидных выделений с кислым вулканизмом свидетельствует ряд данных.

Рис. 5. Эти сложные блок-диаграммы схематически показывают разные уровни под кальдерным комплексом и иллюстрируют магматическую систему в верхних 6км земной коры. Эти примеры представляют три различных региона, где породы обнажены или вскрыты скважинами. (а) Геологическая карта и разрезы северо-северо-восточной четверти кальдер Валлес и Толедо гор Джемес с Нью Мексико. Геология основана на данных и карта Smith et al . (1970), Dondanville (1971;1978), Slodowski (1977) и Hartz (1976). (Aдаптировано из Heiken and Goff, 1983.) (b)Кальдера Лейк Сити в Колорадо аналогична кальдерам Валлес Толедо по размерам и составу и её внутреннее строение хорошо вскрыто эрозией. Верхняя част диаграммы представлена уровнем. Который первоначально находился ~2км ниже земной поверхности во время извержения 22.5 млн. лет назад. Туфы и слоистая брекчия кальдерного заполнения прорваны кислым Плутоном. (Aдаптировано из Lipman, 1976.)(c) Эта диаграмма основана на картах интрузивного комплекса Ша-Калери в северной Нигерии Jacobson et al . (1958).

Накапливаются данные, основанные на геологических исследованиях и термальных моделях, которые в большинстве – или даже во всех – больших кислых плутонов подстилаются, окружены базальтовыми интрузиями или смешаны с ними. Без притока тепла, обусловленного более горячими мафическими магмами, большие, кислые магматические тела не могут подниматься в виде коровых диапиров (Lachenbruch et al ., 1976; Eichelberger, Gooley, 1977; Hildreth, 1981).

Исторические аспекты проблемы происхождения кислых магм