В современных представлениях о геодинамике зон субдукции первостепенная роль в механизме генерации островодужных магм и проявлений островодужного магматизма отводится водному флюиду, выделяющемуся при дегидратации погружающейся литосферной плиты. В работе [5] эти представления разработаны применительно к камчатской зоне субдукции с привлечением гипотезы глубинной гидратации океанской литосферы [2, 3]. При этом показано, что аномальные отклонения в геодинамике и проявлениях современного вулканизма в северном секторе Курило-Камчатской островной дуги (выполаживание и малая протяженность сейсмофокальной зоны, смещение к западу современного вулканического пояса и гравитационных экстремальных зон, гигантские размеры вулканов Северной группы и др.) могут быть связаны с повышенным содержанием связанной воды в северном блоке Тихоокеанской плиты, погружающимся под Камчатский залив, и, соответственно, повышенным содержанием растворенного водного флюида в глубинных магматических очагах под Северной группой вулканов. В этой же работе для объяснения различий в проявлении кальдерообразующих процессов на севере и юге вулканического пояса Камчатки в качестве рабочей гипотезы были изложены представления о гидроконвекционных магматических системах (рис.1). Эта гипотеза и является предметом данного сообщения.

Известно [1], что предельное содержание воды, растворённой в магме при поверхностных условиях, крайне незначительно (доли процента). Однако с ростом глубины и давления картина существенно меняется. На глубинах порядка 30 км и температурах 1100-1200 ⁰С насыщение андезитовых и базальтовых магм достигается уже при содержании воды более 10 массовых %, и с дальнейшим увеличением глубины эта тенденция сохраняется (рис.1б).

Согласно экспериментальным данным, с ростом давления возрастает также растворимость породообразующих минералов в водном флюиде, которая при мантийных параметрах приближается к растворимости легкорастворимых солей в комнатных условиях. При этом ожидается, что на глубинах 100-120 км (давление 30-40 ^.10⁸ Па) будет иметь место постепенный переход между водно-силикатными флюидами и гидратированными силикатными расплавами [4]. Возможно, что зона островодужного магмообразования и есть та область, где исчезает грань между водно-силикатным раствором и магматическим расплавом, и водный флюид, высвобождающийся при дегидратации погружающейся литосферной плиты, способен превращаться в магматический расплав при растворении достаточно большого количества силикатных минералов из погружающейся плиты, астеносферы и мантийных пород нависающей литосферной плиты.

Поднимаясь к подошве литосферы, магматический раствор-расплав накапливается в глубинных “астеносферных” очагах. Дальнейшее продвижение магмы вверх связано с проработкой магматического канала в литосфере. По-видимому, этот процесс обусловлен, в основном, частичным плавлением и растворением вмещающих пород над астеносферным очагом восходящими высокотемпературными потоками магмы. Обогащаясь растворенными силикатами и минеральными включениями, магма становится более плотной, и опускается в нижнюю часть астеносферного очага, уступая место свежим порциям более разуплотненной магмы. Таким образом, уже на стадии проработки магматического канала закладывается конвекционная магматическая система.

При восходящем движении магмы по проработанному каналу снижается ее давление и, соответственно, уменьшается растворимость воды в магме, т.е. начиная с некоторых глубин растворенный водный флюид начинает выделяться в виде свободной фазы. Отделившийся водный флюид благодаря высокой температуре активно взаимодействует с вмещающими горными породами и способствует развитию промежуточных магматических камер, или промежуточных очагов (рис.1а). При частичном обезвоживании плотность магмы увеличивается, и создаются условия для её конвекции, т.е. условия для проявления нисходящих движений частично обезвоженной магмы и замкнутой магматической циркуляции между астеносферными и промежуточными магматическими очагами. Такая гидроконвекционная магматическая система, является, прежде всего, эффективным механизмом интенсивного переноса воды и тепла из астеносферы на “промежуточные” глубины, обуславливая развитие зон регионального метаморфизма и высокотемпературных гидротермальных систем. Благодаря постоянному притоку тепла и свежей магмы, промежуточные очаги таких магматических систем не “замерзают” и способны длительное время поддерживать активность связанных с ними вулканических центров и гидротермальных систем. При этом важно отметить, что для устойчивого функционирования такой магматической системы вовсе не требуется выход магмы на поверхность Земли, она способна существовать независимо от проявлений вулканизма. Поэтому вполне возможно длительное существование “слепых” магматических систем, без проявлений вулканической активности, а также существование активных магматических систем под “потухшими” вулканами. Вулканическая активность над такими системами может впервые проявиться, или возобновиться после длительного перерыва вследствие, например, локальных изменений тектонических условий в земной коре, или других факторов.

Глубина возникновения промежуточных очагов соответствует глубине начала отделения свободной водно-флюидной фазы, т.е. определяется РТ-условиями насыщения магмы растворённой водой и связана прямой зависимостью с содержанием воды в магме (рис.1б). Так, при 10% -ном содержании воды и температуре 1100^оС андезито-базальтовые магмы выделяют свободный водный флюид, начиная с глубин около 25 км, а при содержании 3% - с глубин менее 5 км. Отсюда следует вывод, что глубина промежуточных очагов в островных дугах зависит от степени насыщенности “первичной” магмы водным флюидом, т.е. в конечном счете, определяется степенью гидратации погружающейся под островную дугу океанской литосферной плиты.

Процесс выделения водного флюида в свободную фазу сопровождается увеличением суммарного объема флюида и магмы по сравнению с исходным расплавом, т.е. требует затрат энергии. Такого рода процессы проявляются дискретно. Они начинаются лишь после некоторого превышения “критических” параметров, т.е. в условиях пересыщенного раствора, и развиваются лавинообразно, приводя практически к мгновенному выделению в свободную фазу излишков растворенного флюида во всей массе пересыщенного раствора. Быстрое, лавинообразное выделение водного флюида в свободную фазу и соответствующее дискретное увеличение объёма является, вероятно, основной причиной вулканических землетрясений 1 и 2 типов под действующими вулканами. В связи с этим можно полагать, что зона промежуточного очага, где происходит отделение основных объемов водно-флюидной фазы, является сейсмически активной. По-видимому, именно такова природа глубокой (около 30 км ниже уровня моря) сейсмоактивной зоны под Ключевской группой вулканов.

Сейсмическая активность в зоне промежуточного очага (энергетический класс и частота сейсмических событий) определяется интенсивностью выноса растворенного флюида восходящим потоком магмы, т.е. является показателем интенсивности циркуляции магмы в гидроконвекционной магматической системе.

Движение магмы из промежуточного очага к поверхности в процессе извержения или при его подготовке, также сопровождается отделением водно-флюидной фазы из насыщенного водным флюидом расплава, при этом могут возникать сейсмические события “водно-флюидной” природы по всей высоте магматической колонны от промежуточного очага до поверхности Земли.

Литература

1. Барабанов В.Ф. Геохимия. Л.: Недра, ЛО, 1985. 423 с.
2. Каракин А.В., Лобковский Л.И., Николаевский В.Н. Образование серпентинитового слоя океанической коры и некоторые геолого-геофизические явления // Докл. АН СССР. 1982. Т. 265. №3. С. 572-576.
3. Лобковский Л.И., Николаевский В.Н., Каракин А.В. Геолого-геофизические следствия серпентинизации океанической литосферы // Бюлл. МОИП, отдел геологич. 1986. Т.61. Вып.4. С.3-12.
4. Рябчиков И.Д. Флюидный массоперенос и мантийное магмообразование // Вулканология и сейсмология. 1982. №5. С. 3-9.
5. Селиверстов Н.И. Глубинная гидратация океанской литосферы и геодинамика северного участка Курило-Комчатской островной дуги. //Вулканология и сейсмология. 2001. №1. С. 24-38.