1.2.2.2. Давление водяного пара и содержание воды в игнимбритообразующих расплавах
Определенную информацию о водосодержании расплава несут ассоциации минералов-вкрапленников в вулканических породах. Абсолютное преобладание среди фемических минералов биотита и амфибола, как это наблюдается в пемзовых туфах пласта I a кальдеры Большой Семячик, указывает на высокое содержание воды в расплаве и значительную степень эволюционированности магматической системы. А.Эварт с соавторами (56) на основании термодинамических расчетов установили, что в пирокластических отложениях вулканической зоны Таупо (Новая Зеландия), содержащих биотит и роговую обманку, концентрация воды в расплаве может достигать 5-8%, а в пироксенсодержащих - 4,5%.
Прямые определения воды в расплавных включениях в минералах с помощью ионного микроанализатора, осуществляемые в последние годы, во многом подтвердили эти расчеты. Так, в высококремнистой тефре Обсидианового купола вблизи кальдеры Лонг-Вэлли (США) содержание воды определялось в различных минералах (57). В полевых шпатах расплав во включениях содержал 4,1% Н2О, в пироксенах - 3,4%. Наиболее высокие значения получены для вкрапленников амфибола - 4,8% Н2О. Анализы стекла основной массы по сравнению с фенокристаллами дали наиболее низкие (0,4 - 1,5%) значения концентрации воды, что объясняется, по-видимому, явлениями дегазации расплава в процессе извержения.
В нашем случае при отсутствии прямых определений содержания воды в игнимбритообразующих расплавах, качественные оценки этого показателя можно осуществить на основании сопоставления температур и Рн2о кристаллизации плагиоклаза и пироксена, рассчитанных по геотермометрам (58, 59, 60). Для игнимбритов кальдеры Большой Семячик совместная кристаллизация этих минералов происходила при температурах 900 - 930оС в риолитах I а и ~ 1000оС в андезитодацитах I б и давлении воды, соответственно, 2,0 и 1,5 кбар (результаты экстраполяции). Но уже в риодацитах второго этапа (II а, б, в) температура возрастает (950-970оС), Рн2о снижается и находится в пределах 0,5-1,0 кбар. Дацитовый расплав в магматической камере перед началом третьего этапа был еще более сухим. При температуре совместной кристаллизации плагиоклаза и пироксена 950-1000оС в игнимбритах III а, б давление воды составляло 0,5 кбар. Таким образом, для кальдеры Большой Семячик отмечается снижение Рн2о в игнимбритообразующем расплаве по разрезу и во времени, что согласуется с одновременным снижением активности кислорода и может указывать на снижение обводненности расплава в процессе формирования кальдеры. Подтверждением этому может служить увеличение степени железистости пироксенов в игнимбритах риодацитового (II а, б, в) и дацитового (III а, б) составов. Осушению расплава, наряду с явлениями декомпрессии в результате каждого предшествовавшего этапа игнимбритообразования, могут способствовать также периодические инъекции базальтов в основание магматической камеры.
Для игнимбритов кальдер Стены-Соболиного совместная кристаллизация плагиоклаза и пироксена происходила в интервале 930-950оС и 970-1000оС, соответственно, для риодацитов и андезитодацитов и Рн2о 1 кбар. В случае игнимбритов Узон-Гейзерной депрессии совместная кристаллизация этих минералов происходила в интервалах 900-940оС (риодацит), 960-970оС (дацит) и 1000-1010оС (андезит). Давление водяного пара составило 0,5-1,0 кбар.
Используя имеющиеся в литературе прямые определения концентрации воды в кислых расплавах и учитывая полученные нами величины Рн2о и активности кислорода, можно сделать ориентировочные оценки концентрации воды в кислых магмах рассматриваемых кальдер. Для высокоэволюциони-рованного риолитового расплава плинианской фазы кальдеры Большой Семячик, в которой темноцветные минералы представлены преимущественно биотитом и роговой обманкой, содержание воды может быть ~ 5-6 %, что, согласно (61), является концентрацией насыщения в кислых магмах. В игнимбритах I a и I б, учитывая повышенную активность кислорода, но пироксенсодержащую ассоциацию фемических минералов, содержание воды в расплаве может быть принято, соответственно, 4 и 3%. Для пирокластических отложений второго и третьего этапов отмечается резкое снижение активности кислорода в расплаве и Рн2о. Согласно (61) значениям Рн2о 0,25-0,75 кбар в гранитоидной магме при температуре 800-900оС и Робщ 1-2 кбар отвечает содержание воды 1-3%.
В предэруптивных камерах кальдер Стены-Соболиного и Узон-Гейзерной активность кислорода в магмах андезитового и дацитового составов относительно высокая - на порядок выше буфера NNO и соответствует таковой для игнимбритов I a и I б (кальдера Большой Семячик). Это позволяет принять концентрацию воды в расплаве соответственно 3 и 4%. Об относительно повышенной обводненности расплава свидетельствует низкая железистость пироксенов (при ранней кристаллизации титаномагнетита) в игнимбритах указанных кальдер. Для Узон-Гейзерной депрессии это прежде всего относится к игнимбритам, связанным с кальдерой Узон. Можно отметить также повышенное содержание железо-титанистых окислов в этих игнимбритах относительно пирокластики, связанной с восточной частью депрессии. Повышенная железистость пироксенов и незначительное количество вкрапленников рудных минералов в них указывают на “сухость” расплава под этой частью кальдеры. Это может быть связано с более высоким положением здесь кровли очага (62).