Более вероятно, что название громовое яйцо связано со словом громовая птица (thunderbird), существующем в английском языке и относящемся к мифологической птице некоторых сказаний североамериканских индейцев — огромной птице, порождавшей гром, молнию и дождь [268]. В этом случае литофизы — это яйца громовой птицы.
Первое научное объяснение образования пустот в литофизах принадлежит, очевидно, Ф. Рихтгофену [238], связывавшему их появление с расширением газа, разрывающего вязкую лаву. Близкие взгляды высказывал и Дж. Иддингс [193].
В дальнейшем исследователи высказывали самые различные мнения о происхождении литофиз, в том числе и взаимоисключающие друг друга. Не касаясь всех них, приведем лишь некоторые либо наиболее живучие, либо «новейшие» из представлений.
Так, И. Сцабо [258] считал, что литофизы — это первая стадия химического и механического изменения сферолитов, теряющих сначала блеск, а затем цемент. При этом он считал, что нерастворимые частицы удалялись механическим путем, а кремнезем концентрировался в образовавшихся кавернах в виде халцедона (агата).
Среди американских исследователей, преимущественно геммологов, широко распространены представления о том, что литофизы возникли в результате сокращения объема глинистого материала (грязи), заполнявшего первичные пустоты в риолитах. В дальнейшем кремнесодержащие растворы силицифицировали этот материал, отлагали агат в образовавшихся пустотах [267].
Некоторые исследователи склонны трактовать литофизы как вулканические бомбы, представляющие собой вырвавшиеся из вулканических жерл сгустки кислой магмы, получившие круглую форму и флюидальную текстуру в результате вращения в воздухе, а полость — в результате сжатия при охлаждении, упавшие в потоки кислой лавы. Эти представления высказываются в сравнительно недавних работах [227] и проникают даже на страницы некоторых современных учебников по петрографии [86].
Особенно большое число работ посвящено объяснению образования сферолоидов, в том числе и литофиз, в риолитах в результате кристаллизации двух несмешивающихся силикатных расплавов с образованием эмульсионной вкрапленности одного силикатного стекла в матрице другого * [84, 118, 147, 259].
Литофизы, заполненные халцедоном (агатом), иногда объясняются как продукты захвата риолитовой магмой обломков вмещающих кремнисто-сланцевых пород, перерабатывающихся в яшму и даже расплавлявшихся в капли SiO
(много летучих), образующих эмульсию в породе в результате несмесимости и ставших ядрами литофиз [152] — гибридная гипотеза среди гипотез захвата ксенолитов и ликвации.
Существуют также представления о субаквальном генезисе сферолоидов, очевидно возникшие по аналогии с образованием шаровых (подушечных) базальтов. Наиболее четко эту точку зрения выразили И. М. Воловикова и О. П. Елисеева [20], которые, рассматривая условия формирования шаровых лав состава кварцевого порфира, образующих прослои в 1,5—2 м в кислых эффузивах верхнего карбона в Кураминском хребте, писали: «Верхнекарбоновые прослои шаровых лав образовались, скорее всего, в водных бассейнах. Об этом свидетельствуют четко слоистые горизонты туффитов и туфопесчаников, которые подстилают прослои шаровых лав.
Поток кислой лавы, насыщенной ксенолитами, попадая в водную среду, распадается на «шары», которые далее, перекатываясь движением потока воды, отлагаются на дне бассейна в более спокойных участках, где затвердевают окончательно.
«Шары», отложившиеся раньше, деформируются и сплющиваются от столкновения с последующими «шарами». ...Последующими выбросами пирокластического материала состава кварцевого порфира (в дальнейшем уплотненного и раскристаллизованного с образованием сферолитовой структуры) шары были сцементированы» [20, с. 262—263].
Не углубляясь далее в этот перечень, отметим прежде всего наиболее важные геолого-петрографические особенности литофиз и условий их залегания, которые необходимо учитывать при решении вопроса их генезиса.
1. Литофизы приурочены к кислым вулканитам риолит-дацитового состава, причем литофизы, заполненные халцедоном (агатом), связаны в основном с измененными, в том числе палеотипными породами — фельзитами, фельзофирами и т. п. **.
* Несостоятельность этих представлений рассмотрел Н. Я. Волянюк [21].
** На территории СССР такие породы наиболее широко распространены в районах Южного и Юго-Восточного Казахстана (Айнабулак, Малай Сары, Архарлы, Айтын-Эмель, Гюртас, Семей-Тау) и Северо-Востока СССР (бассейн р. Колымы, Чукотский полуостров), а также в Забайкалье (Мухор-Тала, Тарбальджей), Закавказье (Сарицох, Кечалдаг и др.), Приморье (Сергеевка) [20, 21, 46—49, 84].
.
2.
Литофизы, как и сферолоиды, обычно располагаются вдоль линий флюидальности породы, на что обращали внимание после Дж. Иддингса [193] многие исследователи, описывающие условия залегания литофиз и.
сферолоидов.
3.
Текстура литофиз тесно связана с текстурой вмещающих их пород — в породах с флюидальной текстурой и литоидной (фельзитовой) внешней оболочкой литофиз флюидальность, как правило, продолжается в литофизах, иногда без изменения направления, а иногда немного изгибаясь вокруг внутренней полости.
4.
Литофизы типичны для некоторых природных толщ вулканического стекла, в том числе образующих прослои в игнимбритах, но отсутствуют в продуктах девитрификации технического стекла, в том числе в сферолитах, среди которых нет сферолитов с полостями (Б. Варшал, устное сообщение).
5.
Состав сферолоидов (в том числе литофиз) близок к суммарному составу вмещающих пород, хотя и отличается иногда некоторыми деталями (увеличение содержания SiO
, отношения Na
0/K
0 и уменьшение содержания Н
0 + ), аналогичными различиям между техническим стеклом и его сферолитовыми девитрификатами [13].
Все это заставляет признать образование литофиз и сферолоидов вообще как продуктов своеобразной кристаллизации непосредственно во вмещающей их породе. В этой связи особого внимания заслуживают работы Ф. Райта [275], В. Брайана [157; 158; 159], Дж. X. Фета и Дж. В. Антони [175], К. С. Росс и Р. Л. Смита [94], В. В. Наседкина [78], Н. Я. Волянюка [21], В. П. Ковалева [53], В. П. Ковалева и Ю. В. Тикунова [54], тщательно изучивших строение сферолоидов и литофиз и связь их с вмещающими породами в Исландии; шт. Квинсленде (Австралия), шт. Орегоне (США), Закавказье, Забайкалье, Тувинской АССР, многих других районах.
Резюмируя свои наблюдения по этому вопросу, Ф. Райт [275] пишет, что газ, выделяющийся магмой при ее кристаллизации, был активным фактором в развитии литофиз в обсидианах Храфнтиннухриггур. Он вызывает рекристаллизацию и вносит основной вклад в увеличение размера каверн (пузырей) по мере развития процесса кристаллизации. Ф. Райт также считает, что в обсидианах Храфнтиннухриггур, вероятно, как и в большинстве других обсидианов, давление газа повышается при его выделении из магмы за счет кристаллизации, а также при уменьшении гидростатического давления в результате усадки центральных частей магмы при ее охлаждении, что является важнейшим фактором развития литофиз.
Образование литофиз, по Ф. Райту, происходило в высоковязком расплаве, поскольку при внедрении черного обсидиана в литофизы, наблюдавшегося в нескольких случаях, обсидиан из-за высокой вязкости приобретал в полости форму языка, сохраняя в поперечном сечении форму полости, через которую он внедряется, и. продольные бороздки, возникающие как отпечатки неровностей ее поверхности.
Рассматривая условия образования сферолоидов, В. Брайан пишет: «Сферолоиды не являются результатом выветривания и замещения истинных сферолитов, поскольку в подавляющем большинстве они совершенно свежие и не обнаруживают следов радиальной структуры. Тот факт, что те же плоскости течения являются общими для сферолоидов и примыкающей вмещающей породы, которые могут быть прослежены непрерывно как в сферолоидах, так и во вмещающей породе, указывает на то, что сферолоиды не могут быть заполнением пустот, ксенолитами внешнего происхождения (такими, как бомбы ближайших кратеров), автолитами, затвердевшими на более ранней стадии и захваченными потоками лавы. Сферолоиды не являются шариками ликвированного стекла в основной массе другого стекла. Они не представляют собой включений окружающего девитрифицированного стекла, поскольку имеется доказательство вязкости лавы, внедрившейся через трещины в полый сферолоид, свидетельствующее в пользу того, что сферолоид был твердым до того как вмещающая лава превратилась в стекло.
Остается только одна альтернативная возможность, что сферолоиды образовались как кристаллические агрегаты в том самом месте, где они находятся до того момента, когда произошла витрификация (застекловывание) вмещающей лавы» [159, с. 62].
Однако вывод В. Брайана относительно стекла недостаточно очевиден, поскольку «внедрение языков лавы» в литофизы, которые рассматриваются им как основа для подобного заключения, могут происходить и тогда, когда лава уже застекловалась, но еще была достаточно подвижной (например, при температуре несколько ниже температуры полного плавления) или прогрелась при термометаморфизме до соответствующей температуры.
К. Росс и Р. Смит [94] отмечают, что в том случае, когда в пепловых потоках в процессе сваривания сохранилось небольшое количество летучих, которые могут создать давление пара, происходит образование пустот с появлением типичных минералов литофиз. В некоторых районах настоящие литофизы развиваются в весьма значительных количествах, причем содержание их может быть настолько большим, что происходит полное или почти полное уничтожение признаков сваренных туфов, которые могут наблюдаться в полевых условиях.
Появление сферолитов и литофиз в игнимбритах К. Росс и Р. Смит связывают с процессами девитрификации — одной из наиболее характерных, по их мнению, особенностей туфов пеплового потока, отличающегося не только высоким содержанием Si0
, но и большим количеством летучих, подчеркивая, что они наиболее полно разрушают первичную туфовую текстуру породы. Отмечая, что литофизы в сваренных туфах менее обычны, чем в соответствующих экструзивных породах, К. Росс и Р. Смит подчеркивают, что весьма обильные литофизовые пустоты особенно заметны в одном из обширных месторождений сваренного туфа на юго-востоке Айдахо. Они считают, что эти пустоты образуются при выделении летучих в процессе раскристаллизации; предполагается, что это особый пепловый туф, который сохранял необычно высокое количество летучих, растворенных в стекле. К подобным же образованиям они относят и громовые яйца из Орегона.
Для понимания процессов формирования сферолоидов, в том числе не имеющих сферолитовой структуры, а представленных фельзитовой массой, большой интерес представляют работы В. П. Ковалева и.
Ю. В. Тикунова [54]. Эти авторы опираются на достаточно тщательные полевые и петрографические исследования и на определение содержания U и Th в исследованных образованиях. Критикуя представления о ликвационном или метасоматическом генезисе сферолоидов, они особо подчеркивали, что гипотеза ликвации «вступает в противоречие с целым рядом фактов: таких, как высокая вязкость кислых и ультракислых расплавов, близость химизма шаровых тел и расплавленной массы, наличие нескольких генераций сферических образований, отсутствие одновременно сосуществующих пар стеклофаз в кайнотипных вулканитах, отсутствие эмульгировавших лав на действующих вулканах, появление сферолитов в эксплозивных породах». Они же отмечают, что «высокая вязкость стекла ниже линии ликвидуса не позволит фазе, занимающей меньший объем, образовать достаточно крупные шаровые выделения» [54, с. 112 — 113]. Кроме того, ликвационной гипотезе противоречит образование сферолоидов в риолитовых игнимбритах.
Критикуя метасоматическую гипотезу генезиса сферолоидов, В. П. Ковалев и Ю. В. Тикунов [54] отмечают, что с этих позиций трудно объяснить резкую границу между веществом шаров и вмещающей массы, а главное — трудно вообразить такую циркуляцию раствора, которая обеспечивала бы сферическую форму выделений. Выполненное ими определение содержания U и Th в вулканогенных породах, включающих сферолоидные риолиты, и U в сферолоидах, цементирующей их массе, породе в целом и в других образованиях приводит авторов к выводу, что «сферолитсодержащие породы не накапливали добавочных количеств урана, подобно измененным вулканогенным породам, и не теряли его. Равное трем Th-U отношение и абсолютные содержания U и Th в них близки к таковым в других сходных по составу вулканитах быскарской серии, и потому эти образования никоим образом нельзя параллелизовать с гидротермально-эффузивными породами». И далее, отмеченные различия в содержании урана в шарах и цементе свидетельствуют о связи наблюдаемого перераспределения элементов с процессом образования шаровых обособлений, а соответствие суммарных содержаний урана и тория в сферолитовых породах содержаниям тех же элементов в обыкновенных породах района доказывает, что этот процесс изохимичен и, по-видимому, не только в отношении одного урана» [54, с. 114-115].
Из фактических наблюдений, которые существенны при решении вопроса об условиях образования сферолоидов, В. П. Ковалев и Ю. П. Тикунов особо выделяют: 1) наложение сферолоидов на первичную флюидальность породы, 2) обычность реликтов перлитовой отдельности в массе, вмещающей сферолоиды, 3) ограниченное распространение сферолоидов, тяготеющих к маломощным интрузиям, жерлам вулканов, экструзивным куполам.
Отсюда авторы делают вывод, что сферолоиды развиваются в гидратированных стеклах или стекловатых породах при их вторичном разогреве [54].
Упрощенно преобразование гидратированного стекла при прогреве они описывают реакцией: гидратированное стекло —> «сухое стекло» + + Н
О. Эта реакция тормозится в замкнутом объеме и должна приводить к возникновению выделений сухого стекла в гидратированном, причем сухое стекло, образующее в данной системе самостоятельную фазу, будет принимать каплевидную (шарообразную) форму, что и вызывает появление фазовых границ раздела между двумя стеклами.
Поскольку реакция образования сухого стекла экзотермична, то его свободная энергия будет выше, чем у гидратированного. Это, в свою очередь, будет способствовать его раскристаллизации в сферолит, что и наблюдается во многих (но далеко не во всех!) сферолоидах. Образование паровой (газовой) фазы при этом процессе приводит к появлению полостей в сферолоидах и к разрывным явлениям в них, т. е. к образованию из сферолоида литофизы.
Таким образом, подводя итоги сказанному, следует заключить, что сферолоиды и литофизы возникают как своеобразные продукты кристаллизации при девитрификации риолитов, имеющих в это время состояние очень вязкой жидкости (стекла ниже температуры плавления). К этому выводу приходят как исследователи, посвятившие изучению сферолоидных риолитов многие годы [21, 53, 54, 94, 111, 142, 173], так и авторы, исследовавшие геолого-петрографические особенности кислых вулканитов [78] и занимавшиеся сопоставлением этих явлений с явлениями девитрификации технического стекла [13].
В качестве благоприятного фактора развития девитрификации с образованием сферолоидов и литофиз необходимо выделить длительное прогревание риолитовых отложений с сохранением в их толще летучих компонентов. Это может достигаться различными путями. Наиболее очевидно: 1) перекрытие обводненного вулканического стекла (перлита, пехштейна), залегающего в нижней части разреза игнимбритов, мощными толщами горячих отложений того же или последующего игнимбритового потока; 2) перекрытие обводненных риолитовых пород мощными толщами вулканитов базальт-андезитового состава, как например, в Бинна-Бурра; 3) термометаморфизм гидратированных риолитовых пород под влиянием более поздних интрузивных тел в условиях литостатической нагрузки [53, 54, 111].
При этом особо надо отметить частую выдержанность среднего размера литофиз в некоторых породах (фото 105, 106), которую проще всего объяснить величиной литостатического давления, определяющей возможности расширения (разрастания) газового пузыря в центре литофиз до его взрыва.