Магма представляет собой расплавленную породообразующую массу, включающую расплавленные минералы, жидкую фазу, кристаллы и газообразные компоненты. Основными источниками магм являются верхняя мантия и нижняя часть земной коры. В геохимическом плане магмы формируются в результате частичного плавления пород при определённых давлениях и температурах, что приводит к концентрации летучих компонентов и дифференциации химического состава.
Процесс частичного плавления зависит от минералогического состава исходной породы, давления, температуры и содержания воды. Наиболее чувствительными к плавлению являются богатые кремнезёмом фазы, такие как гранаты, кварц и плагиоклазы. Метаморфические и субдукционные условия создают дополнительные пути формирования магм через дегидратацию и разложение гидратированных минералов, что приводит к образованию гидротермальных расплавов.
Геохимическая классификация магм базируется на их составе по основным окислам и редким элементам:
Эволюция магмы сопровождается изменением температуры плавления и вязкости расплава, что влияет на характер извержений и кристаллизацию минералов. Магмы склонны к фракционной кристаллизации, при которой ранние кристаллы удаляются из расплава, изменяя химический состав оставшейся жидкой фазы. В результате формируются более щелочные и кремнезёмные магмы по сравнению с исходным базальтовым расплавом.
Фракционная кристаллизация магм подчиняется законам геохимического распределения элементов между кристаллами и расплавом. Элементы разделяются на:
Кристаллизация начинается с формирования минералов с наивысшей температурой плавления (например, оливина и пироксена в базальтовых магмах), затем следуют амфиболы, плагиоклазы и кварц. Различие в температуре и составе кристаллов ведёт к образованию поровых и слоистых структур в магматических телах.
Дифференциация магм проявляется в формировании магматических серий: базальтовые, андезитовые, риолитовые. Геохимически прослеживаются следующие закономерности:
Ассоциации минералов в магматических породах отражают условия кристаллизации и химический состав исходной магмы. Например, базальтовая ассоциация оливин-пироксен-плагиоклаз указывает на высокотемпературный и низкокремнезёмный состав расплава, тогда как гранитная ассоциация кварц-калиевый полевой шпат-биотит формируется при более низких температурах и высоком содержании кремнезёма.
Вода и другие летучие компоненты играют ключевую роль в понижении температуры плавления и ускорении дифференциации магмы. В субдукционных зонах дегидратация серпентинитов и метаморфических пород создаёт гидратированные расплавы, которые поднимаются в кору, приводя к образованию андезитовых и риолитовых магм. Летучие элементы способствуют формированию вулканических газов, оказывают влияние на вязкость магмы и определяют характер извержений — от щелочных излияний до взрывных вулканических событий.
Магматические очаги образуются на глубине 10–100 км в зависимости от теплового градиента и давления. Расплавы мигрируют вверх через трещины и литосферные разломы, подвергаясь взаимодействию с окружающими породами, что приводит к пневматической и контактовой метасоматозе. Этот процесс изменяет химический состав магмы, насыщает её редкими элементами и способствует формированию минералогических зон различной степени щелочности и кремнезёмности.
Эволюция магм представляет собой сложный геохимический процесс, включающий частичное плавление, фракционную кристаллизацию, дифференциацию и взаимодействие с окружающей средой. Она определяет состав и структуру магматических пород, минералогические ассоциации, концентрацию литофильных и халькофильных элементов, а также формирует условия для образования полезных ископаемых и вулканических формаций. Геохимическая систематика магм позволяет прослеживать происхождение и эволюцию магматических серий, а также моделировать процессы магматической дифференциации на ранних стадиях формирования земной коры и мантии.