Ма́гма (от греч. μάγμα – густая мазь), огненно-жидкая масса преимущественно силикатного состава, возникающая в глубинных условиях в результате плавления вещества земной коры или верхней мантии Земли и образующая при остывании и кристаллизации магматические горные породы. Представляет собой смесь магматического расплава, кристаллов и/или их сростков и газовой фазы. B вулканических областях магма, достигая земной поверхности, теряет растворённые летучие компоненты и превращается в лаву. Магматические массы, кристаллизующиеся на глубине, образуют различные по форме и размерам интрузивные тела – от мелких даек (выполненных магмой трещин) до огромных массивов (площади горизонтальных сечений достигают многих тысяч км²). Среди излившихся на поверхность эффузивных горных пород резко преобладают базальты, среди застывших на глубине интрузивных горных пород – граниты.

Разделение магм по составу

Магмы по химическому составу делятся на силикатные (наиболее распространены), карбонатные (более редкие, в них содержание природных карбонатов свыше 50 % по массе; в зависимости от минералогического состава различают: кальцитовые, сидеритовые с бастнезитом и содовые, состоящие преимущественно из карбоната натрия), ещё реже встречающиеся фосфатные (с преобладанием в составе соединений фосфора), сульфидные (сильно обогащённые сульфидами серы) и т. д.

Силикатные магмы состоят из соединений Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, O, Ti, P и других элементов. При высоких давлениях в них может быть растворено значительное количество летучих компонентов (вода, углекислый газ, фтор, хлор, соединения серы, углеводороды и др.). Силикатные магмы аналогично магматическим горным породам подразделяются по содержанию SiO₂ (% по массе): на ультраосновные (< 45), основные (45–52), средние (52–65), кислые (> 65); по суммарному содержанию щелочных оксидов (Na₂O и K₂O) – на магмы нормального ряда, субщелочные и щелочные. Среди этих групп преобладают магмы нормального ряда основного (базальтовые) и кислого (риолитовые или гранитные) состава.

Температура и вязкость магм

Температуры большинства магм в земной коре находятся в пределах 600–1300 °C. Самые низкие температуры зафиксированы для натрокарбонатитовых магм (≈ 450 °C), самые высокие – для коматиитовых и меймечитовых магм (1600–1650 °C). Вязкость магматических расплавов варьирует от 1 до 10⁸ Па·с. Наименьшей вязкостью обладают высокотемпературные магмы ультраосновного (перидотитовые) и основного (базальтовые) составов, наибольшей – кислые магмы (риолитовые). Mагмы базальтового состава изливаются в виде лавовых потоков, скорость перемещения которых достигает иногда 30 км/ч. Вязкая магма кислого состава (особенно после потери летучих компонентов) образует в жерлах вулканов экструзивные купола, реже – потоки; для неё характерны также взрывные извержения c образованием мощных толщ игнимбритов.

Образование магм

Различные по составу магмы образуются за счёт плавления горных пород мантии и земной коры в результате трёх основных механизмов: привноса тепла, уменьшения давления или привноса летучих компонентов (главным образом воды). Состав магм зависит от состава субстрата и условий плавления. Мантийные магмы имеют преимущественно ультраосновной и основной состав, коровые – кислый, все остальные представлены магматическими образованиями промежуточного среднего состава. Причиной нагрева пород мантии или коры может быть поступление тепла из более глубоких слоёв Земли, накопление радиогенного тепла и др. Генерация магм за счёт прогрева верхней мантии мантийными плюмами из нижней мантии характерна для магматизма в горячих точках. Плавление за счёт уменьшения давления может происходить в зонах раздвижения литосферных плит (рифтовых зонах – под срединно-океаническими хребтами, с которыми связан интенсивный базальтовый вулканизм). Присутствие летучих компонентов, например водяного пара, существенно снижает температуру плавления горных пород. Образование магм за счёт привноса летучих компонентов в мантию характерно для зон столкновения (коллизии) и зон погружения (субдукции) одной плиты под другую – в областях островных дуг и активных континентальных окраин. В этих зонах при прогреве опускающейся плиты осуществляется прогрессивный метаморфизм её пород, богатых водой (спилитов, серпентинитов и др.), и происходит выделение огромного количества летучих компонентов, которые поступают в вышележащую мантию и вызывают её частичное плавление.

Магматические очаги

Место генерации магмы называют первичным магматическим очагом. Магма из магматического очага стремится подняться к поверхности вследствие своей подвижности и меньшей (по сравнению с вмещающими породами) плотности. При подъёме она может накапливаться на различной глубине, формируя промежуточные магматические очаги. Глубина первичных магматических очагов срединно-океанических хребтов океанов, континентальных рифтов и других зон растяжения литосферы достаточно постоянна и составляет 50–60 км. В зонах сжатия, прежде всего в надсубдукционных вулканических поясах, глубина магматических очагов широко варьирует от 60 км и более до 20 км и менее. Обычно глубина промежуточных очагов уменьшается от более ранних этапов магматизма к более поздним. В магматических очагах магмы возникают при частичном плавлении ранее существовавших горных пород, при котором легкоплавкие жидкие фракции отделяются от нерасплавившегося твёрдого остатка (т. н. рестита). Степени плавления могут варьировать от нескольких процентов до 40–50 % от объёма первоначальной породы, наиболее высокие значения зафиксированы для пород мантии при образовании коматиитов преимущественно в архейскую эру (4,5–2,5 млрд лет назад).

Кристаллизация магмы

При подъёме к поверхности или в магматическом очаге магма, постепенно остывая, начинает кристаллизоваться. Сначала кристаллизуются минералы с наиболее высокой температурой кристаллизации, затем, постепенно, – с более низкой температурой кристаллизации. Немецкий петрограф К. Г. Розенбуш (на основе наблюдений природных процессов) и американский петролог Н. Л. Боуэн (в результате экспериментов) предложили общую последовательность кристаллизации, известную как ряд Боуэна: вначале кристаллизуются магнезиально-железистые безводные силикаты (оливин, ортопироксен, клинопироксен) и плагиоклазы основного состава, далее следуют роговая обманка и плагиоклазы среднего состава, а в конце процесса образуются биотит, щелочные полевые шпаты и кварц. Такая последовательность характерна для пород нормального ряда, кристаллизующихся при небольших давлениях и умеренных содержаниях летучих компонентов. В субщелочных и щелочных породах и при больших давлениях порядок кристаллизации может существенно отличаться.

Эволюция состава магмы

Попадая в иные условия, чем те, в которых магма генерировалась, она может эволюционировать, меняя свой состав. Это приводит к образованию разных по минеральному составу горных пород. Изменение состава магмы происходит путём её дифференциации на различных этапах кристаллизации, а также в результате взаимодействия с вмещающими породами и при смешении с магмой более поздних генераций. Дифференциация магмы может происходить до её кристаллизации (докристаллизационная дифференциация) или в процессе кристаллизации (кристаллизационная дифференциация), в промежуточном магматическом очаге (глубинная дифференциация) или на месте её застывания (внутрикамерная дифференциация). Установление в расплавах гравитационного равновесия может привести к дифференциации их вещества по высоте. Общая тенденция такой дифференциации – обогащение SiO₂, Al₂O₃, CaO и щелочными оксидами верхних частей поднимающейся магматической колонны и накопление MgO и FeO в нижних её частях (гравитационная дифференциация). Экспериментально и теоретически дифференциация обоснована Н. Л. Боуэном для базальтовой магмы. B процессе дифференциации под влиянием различных факторов (например, гравитационное осаждение или всплывание выделившихся из расплава кристаллов, перемещение их конвекционными потоками) происходит и пространственное обособление возникающих минеральных фаз (фракционирование). Дифференциация магмы осуществляется также в результате ликвации (разделения её на несмешивающиеся жидкости) и других факторов.

Изменение состава магмы за счёт взаимодействия с вмещающими породами происходит при движении её по тонким трещинам и каналам, где она насыщается минералами вмещающих пород. Кроме этого, магма может разрушать стенки магматических очагов и каналов, захватывая ксенолиты вмещающих пород, которые растворяются в ней полностью или частично (ассимиляция, контаминация).

Порции магмы могут отличаться по составу как от магмы в приповерхностном очаге, так и друг от друга. При многократном поступлении в магматические очаги новых порций магмы происходит их смешение, что приводит к ещё большему разнообразию состава магматических пород. В долгоживущих вулканических центрах приповерхностные магматические очаги периодически подпитываются порциями магмы, которые обеспечивают активность вулкана в течение многих тысяч лет. При этом формируется магматическая питающая система, состоящая из области магмогенерации, области миграции магмы и приповерхностных магматических очагов. Области магмогенерации существуют за счёт факторов (например, высокого теплового потока и/или потока летучих компонентов), создающих условия для постоянного или периодического плавления горных пород.

Состав плавившихся пород, условия образования и внедрения магмы в земную кору, кристаллизации и фракционирования определяют набор полезных компонентов, которые концентрируются при этих процессах и формируют эндогенные месторождения полезных ископаемых.