РАСТВОРИМОСТЬ ВОДЫ В СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВАХ
ВЯЗКОСТЬ СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВОВ
Современные представления о геологических процессах, происходящих в земной коре и верхней мантии, связанных с магмообразованием, в значительной мере основываются на экспериментальных исследованиях при высоких температурах и давлениях с учетом летучих компонентов (Н2О, СО2, НСl, H2S, H2 и др.).
По геологическим и геохимическим наблюдениям вода является одним из основных летучих компонентов магмы, намного превосходит по количеству другие компоненты и в значительной степени изменяет физические свойства расплавов. Отделение летучих компонентов представляет собой один из важных моментов дифференциации магм, с которым связан вынос летучих компонентов из глубин к поверхности Земли; отделение вместе с паровой фазой рудных элементов, первоначально содержащихся в магме; активные преобразования интрудируемых пород; процесс автометасоматического преобразования самих магматических тел.
Поэтому при изучении магматических процессов на данном уровне знаний могут рассматриваться упрощенные модельные системы, содержащие один летучий компонент - воду. Подобные модели представляют собой определенную абстракцию естественных процессов, которая отчасти неизбежна при современном уровне знаний физико-химических свойств магм. Однако они дают возможность проанализировать основные закономерности, характерные для поведения главнейшего летучего компонента (воды) в магматических процессах, изучить физические свойства магматических расплавов, что имеет чрезвычайно важное значение и позволяют решать вопросы магмообразования и эволюции расплавов, вопросы тепломассообмена при различных гидродинамических условиях на различных уровнях земной коры и при движении расплава к поверхности Земли.
|
|
|
РАСТВОРИМОСТЬ ВОДЫ В МАГМАТИЧЕСКИХ РАСПЛАВАХ
ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ
Первые экспериментальные данные, характеризующие способность магматических жидкостей к растворению воды при высоких давлениях, были получены Горансоном (Goranson, 1931, 1932). Он провел измерения растворимости воды в расплаве гранита Стоун-Маунтин при температуре 900° С и давлениях до 4000 бар и при температурах 600—1200°С и давлении 980 бар, а также определил влияние воды на температуру плавления гранитного вещества. Несколько позднее он же изучил растворимость воды в расплавах альбита и ортоклаза (Goranson, 1936, 1937, 1938). В результате было установлено, что растворимость воды в магматических расплавах с ростом давления ее паров. увеличивается и может достигать величин порядка 10 мас.%. Оказалось также, что вода понижает температуру плавления силикатов в значительной степени — приблизительно на 300° С при давлении около 1000 бар.
|
|
|
Исследования Горансона имели принципиальное значение. В результате прямого определения содержания воды в расплавах магматических пород при различных температурах и давлениях был однозначно решен один из спорных вопросов петрологии - вопрос о способности магм к растворению воды во вполне определенных количествах и при отсутствии полной смесимости воды с силикатными расплавами в широкой области давлений. Работы Горансона, осуществленные в 1931—1938 гг., в течение почти двух десятилетий были той экспериментальной основой, на которой строились многие петрологические представления о роли воды в магматических процессах.
В 1958 г. Бернем и Джанс (Burnham, Jahns, 1958) повторили эксперименты Горансона с расплавами того же гранита. Значение растворимости воды у них получилось меньше. По мнению авторов, эта разница существенна и требует пересмотра некоторых выводов, основанных на данных Горансона.
Несколько позднее, в 1959 г., Н. И. Хитаров с сотрудниками (Хитаров и др., 1959) опубликовал новые экспериментальные данные о растворимости воды в расплаве гранита, а также в расплаве базальта при 1000—3000 атм и 900—1000° С. По ним растворимость воды в расплаве гранита оказалась весьма близкой к результатам Бернхема и Джанса. Кроме того, в этой работе были впервые приведены данные о растворимости воды в базальтовом расплаве. На основе указанных экспериментов был разработан ряд принципиальных физико-химических представлений о магматических процессах, таких, как отделение растворов от магм основного и кислого составов и влияние воды на перераспределение магматического вещества при дифференциации.
|
|
|
В 1962 г. была опубликована работа Бернхема и Джанса (Burnham, Jahns, 1962), в которой содержались данные по растворимости воды в расплавах пегматита и альбита при условиях ликвидуса. Эксперименты проводились при давлении 500— 10 000 бар.
В 1963 и затем в 1970 г. Н. И. Хитаровым, Е. Б. Лебедевым, А. А. Кадиком (Хитаров и др., 1963, 1970) были опубликованы результаты определения растворимости воды в расплаве гранита в широкой области температур и давлений (800—1300° С, 100— 7000 атм), а также данные по растворимости воды в расплаве базальта и расплавах ультраосновного состава (Хитаров, Кадик, Лебедев, 1968; Кадик, Хитаров, Лебедев, 1968). Эти работы вместе с более ранними исследованиями в настоящее время дают наиболее полное представление о влиянии давления и температуры на растворимость воды в расплавах магматических пород гранитного и базальтового составов.
|
|
|
Влияние давления на растворимость воды в расплавах гранита, андезита и базальта при 1100° С и 1000—6600 бар было изучено Гамильтоном (Hamilton, 1963), в расплаве гранита - Г.П.Орловой и И.А.Островским (1968).
Большой интерес для теории магматических процессов представляют работы по изучению растворимости воды в расплавах породообразующих минералов—таких, как альбит (Goranson, 1936; Орлова, 1962; Хитаров, Кадик Лебедев, 1963; Burn-ham, Jahns, 1962; Кадик, Лебедев, 1968), ортоклаз (Goranson, 1938), кварц (Kennedy a. o., 1962; Stewart, 1967), а также в расплавах состава альбит—кремнезем, ортоклаз—кремнезем (Tuttle, Bowen, 1958; Shaw, 1963), анортит—кремнезем (Stewart, 1967). Ниже приведем некоторые данные полученные для кислых расплавов рядом зарубежных и советских исследователей.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 624; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!