Гранит: Геологическая классификация, свойства и механизмы формирования плутонических пород

Крупнозернистая магматическая плутоническая порода, характеризующаяся видимыми кристаллами кварца, калиевого полевого шпата и плагиоклазового полевого шпата, а также темными минералами, такими как биотит или амфибол, широко известна как гранит. Однако Международный союз геологических наук (IUGS) дает более точное определение, классифицируя гранит как плутоническую горную породу, содержащую 10–50% кварца, где соотношение щелочного полевого шпата к общему количеству полевого шпата находится в пределах 65–90%. Граниты и родственные им типы горных пород являются богатыми компонентами континентальной коры. Они могут возникать в результате частичного плавления ранее существовавших горных пород или, в меньшей степени, в результате дифференциации базальтовой магмы путем фракционной кристаллизации.

Многочисленные граниты тесно связаны с магматическими дугами сходящихся краев или андского типа. В этих условиях образуются обширные плутонические образования, такие как крупные плутоны и батолиты, примером которых являются батолит Сьерра-Невады, батолит берегового хребта и многие другие, найденные вдоль Американских Кордильер. Помимо их связи с конвергентными краями, граниты также являются основным компонентом архейских кратонов и гранитно-зеленокаменных террейнов, что подчеркивает их значение на протяжении всей геологической истории.

Холмы Маунт-Уитни и Алабама за пределами Лоун-Пайн, Калифорния. Эти горы образуют часть гранитного батолита Сьерра-Невады.

Благодаря своей прочности, долговечности и низкой пористости многие гранитные породы высоко ценятся в качестве строительных камней. Они обладают широким спектром цветов и текстур, что делает их пригодными для различных архитектурных применений. В природных ландшафтах гранит часто образует округлые холмы с крупными круглыми или продолговатыми валунами, разбросанными по склону. Эти характерные формы рельефа являются результатом выветривания вдоль трех обычно перпендикулярных стыков. Вода проникает в эти стыки, вызывая химическое и физическое выветривание, которое постепенно формирует скалу.

Пересечение трех перпендикулярных стыков образует трехмерные кубы. Крупные блоки, образованные этими стыками, изнашиваются, и их углы скругляются быстрее, чем у плоских поверхностей, из-за большей площади поверхности, подверженной атмосферным воздействиям. Гранит также часто образует отслаивающиеся купола — процесс, при котором большие концентрические пласты породы отслаиваются и скатываются вниз по склонам гор. Этот процесс может привести к образованию инсельбергов — изолированных холмов с крутыми склонами, которые остаются на более выветренной равнине. В конечном счете, многие гранитные ландшафты превращаются в плоские или слегка холмистые равнины, покрытые эрозионным детритом, включая булыжники, валуны и гранитный гравий.

Плутон — это общий термин, обозначающий большое охлажденное магматическое интрузивное тело, которое затвердевает в земной коре. Некоторые плутоны достигают огромных размеров, что требует специальных классификаций: батолиты определяются как плутоны с площадью поверхности более 100 км² (60 квадратных миль). Магмы, образующиеся в результате плавления горных пород в мантии или земной коре, проникают в земную кору в различных формах, каждая из которых классифицируется как определенный тип магматической интрузии. Классификация плутона основана на его геометрии, размере и отношении к более старым, ранее существовавшим породам, известным как вмещающие породы (country rock).

Согласные плутоны (конкордантные) — это плутоны с границами, которые проходят параллельно слоистости в окружающей горной породе. Напротив, границы несогласных плутонов (дискордантных) пересекают эту ранее существовавшую слоистость. Дайки — это пластинчатые, несогласованные интрузии, которые пересекают слои горных пород, в то время как силлы — это пластинчатые, согласованные интрузии, проникающие между слоями. Вулканические горловины (или пробки) представляют собой каналы, затвердевшие в жерле вулкана и соединяющие его с нижележащей магматической камерой. Ярким примером вулканической горловины является Башня Дьявола в Вайоминге.

Характеристики и взаимосвязи между батолитами, плутонами и окружающими их вмещающими породами в значительной степени определяются глубиной, на которой они внедрились и кристаллизовались. Эпизональные плутоны залегают на небольших глубинах и, как правило, имеют сквозные связи с окружающими породами и тектоническими слоями. Они часто окружены метаморфическим ореолом — зоной, где тепло и флюиды, образующиеся в результате интрузии, изменили коренную породу, сформировав новые метаморфические минералы. Твердые контактно-метаморфические породы, обнаруженные в этих ореолах, известны как роговики.

Мезозональные плутоны залегают на средних глубинах, в то время как катазональные плутоны и батолиты залегают на наибольших глубинах. Катазональные интрузии, как правило, имеют контакты, параллельные слоистости окружающих вмещающих пород. Из-за высоких температур окружающей среды на этих глубинных уровнях земной коры температурный градиент между интрузией и вмещающими породами менее выражен. Следовательно, катазональные плутоны часто имеют слоистую структуру, особенно вблизи их краев и контактов. Батолиты, образующиеся в результате глубинных процессов плавления земной коры или мантии, формируют значительные части континентальной коры, часто связаны с залежами металлических минералов и служат важными источниками строительного камня.

Механизмы залегания плутонов. Объем магмы, образовавшей некоторые плутоны и батолиты, огромен, и геологи уже давно спорят о том, как такие крупные тела создают пространство в ранее существовавшей континентальной коре. Было предложено несколько механизмов, объясняющих, как эти магмы поднимаются и освобождают себе место. Одним из механизмов является ассимиляция, при которой поднимающаяся магма плавится и поглощает окружающие горные породы, изменяя свой собственный состав и охлаждаясь в процессе.

Высокое давление также может вытеснять магму в земную кору. Одним из вариантов такого мощного перемещения является диапиризм, когда вес более плотных окружающих пород заставляет менее плотное, плавучее магматическое тело подниматься в виде единой массы, протискиваясь вверх через трещины. Другим процессом является стопинг (выемка грунта) — механизм, при котором термическое воздействие приводит к тому, что большие блоки кровли магматического очага разрушаются и погружаются в нижележащую магму, подобно тому, как стеклянный потолок разбивается и падает в пространство под ним. Однако многие плутоны, по-видимому, были установлены путем использования ранее существовавших слабых мест в земной коре, таких как разломы. В некоторых случаях плутоны располагаются в активных зонах разломов, вторгаясь в пространства, образованные зазорами, которые открываются между смещенными сегментами движущейся системы разломов.

Рекомендуемая литература: Харгрейвз Р. Б. Физика магматических процессов. Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета, 1980.
Питчер У. С. “Тип гранита и тектоническая среда”. В книге "Процессы горообразования" под редакцией К. Хсу. Нью-Йорк: Academic Press, 1982, стр. 19-40.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам естественнонаучных направлений (геологии, географии, геофизики, астрофизики и космологии), начинающим специалистам в области структурной геологии, тектоники, космологии и астрофизики, а также всем, кто интересуется фундаментальными загадками устройства Вселенной и процессами формирования Земли.