Поведение элемента в процессе магматической кристаллизации зависит от его концентрации в магме, структуры кристаллов, в которые он может войти, и его собственных кристаллохимических свойств. Концентрация урана и тория в магматических расплавах, за исключением некоторых гранитных, достаточно низкая (10-4 %), что не позволяет им образовывать собственные минералы. Следовательно, в процессе магматической кристаллизации уран и торий должны входить в той или иной степени в минералы других химических элементов. В восстановительных условиях магматических камер уран находится в степени окисления 4+ и является химическим аналогом Th4+. Высокий заряд U4+ и Тh4+ и сравнительно большой ионный радиус не соответствуют ни одному из петрогенных элементов и не позволяют им изоморфно входить в решетки породообразующих минералов. Медленный процесс кристаллизации приводит к дистилляции ранних минеральных фаз от примесей и оттеснению урана и тория в остаточный расплав.
54
Рис. 3.6. Распределение U в четвертичных вулканических породах. Микрофотографии шлифов (
a -
d) и соответствующих им
f-радиографии на лавсановых детекторах (I - IV) (черные штрихи соответствуют местам локализации атомов урана):
а - зерна плагиоклаза (Рl) и пироксена (Рх) в трахите Байкальской рифтовой зоны (коэффициенты распределения U между минералом и основной массой:
(
D = 0,005,
D = 0,006);
b - зерно плагиоклаза в трахите Байкальской рифтовой зоны (
D = 0,005);
с - зерна плагиоклаза и пироксена в базальте Ключевского вулкана (извержение 1946 г.), Камчатка (
D = 0,057,
D = 0,057);
d - зерна плагиоклаза и пироксена в субщелочном базальте Большого трещинного Толбачинского извержения 1976 г., Камчатка (
D = 0,007,
D = 0,004)
55
В свежих вулканических породах, где происходит быстрая закалка расплава, можно наблюдать, что практически все радиоактивные элементы сосредоточены в стекле (рис. 3.6). В интрузивном процессе происходит интенсивная дифференциация как урана, так и тория. Остаточные части расплава здесь способны обогащаться радиоактивными элементами в сотни и тысячи раз. В природных расплавах с кларковой концентрацией U и Th основная их часть захватывается акцессорными минералами. В полнокристаллических интрузивных породах с ними обычно связано не менее 50% урана и еще большая часть тория.
Многие данные свидетельствуют о том, что на позднемагматической стадии становления интрузий уран приобретает способность покинуть магматическую камеру. В этот период возрастает парциальное давление кислорода, что способствует окислению урана и увеличению его подвижности. Вследствие выноса урана будет возрастать отношение Th/U. Однако если для конкретного расплава характерна повышенная концентрация близких к U (IV) по кристаллохимическим свойствам элементов (редкоземельные элементы, Th, Zr), достаточная для образования их собственных минералов, то уран прочно связывается в них в виде изоморфной примеси. Лишь в том случае, когда концентрация указанных элементов невелика, основная часть урана будет находиться в рассеянном состоянии и сравнительно легко извлекаться выделяющимися флюидами (Герасимовский, см.: Основные черты геохимии урана, 1963).
Надо помнить, что главным источником урана, извлекаемого постмагматическими флюидами, являются породы верхнекорового, а не мантийного происхождения. Даже самые щелочные или кислые дифференциаты мантийных пород содержат недостаточно высокие концентрации урана. В то же время в проявлениях коревого магматизма щелочноземельного и щелочного профилей ощутимые количества урана отделяются лишь при достаточно продолжительной кристаллизации магмы в условиях замкнутого пространства. При этом необходимым условием является высокий окислительный потенциал среды, который также достигается лишь в коровых расплавах.
56
