ВЯЗКОСТЬ МАГМАТИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ
Вязкость — важная физико-химическая константа, которая необходима для описания физико-химических процессов, кроме того, она широко используется для расчетов в технике. Вязкость является свойством вещества, которое при сравнительно небольших изменениях температуры изменяется на несколько порядков. Большой диапазон изменения вязкости всегда привлекал исследователей, стремившихся использовать ее для получения сведений о структуре вещества. Но оказалось, что вязкость трудно описать с теоретических позиций. Существует большое число различного типа теоретических и полуколичественных уравнений, характеризующих процесс вязкого течения с различными приближениями. Тем более это оказалось не простой задачей для описания вязкости водно-силикатных расплавов, в которых, кроме действия температуры и давления на структуру силиката, добавилось деполимеризующее действие летучего компонента — воды. Деполимеризующее действие оказывают также окислы некоторых металлов. (фиг. 59)
 |
Вязкость, характеризующая внутреннее трение, возникает при перемещении одного слоя жидкости относительно другого. Количественно вязкость определяется силой, приходящейся на единицу поверхности, действующей в направлении движения и в плоскости ее слоя и необходимой для поддержания постоянного градиента скорости между двумя параллельными плоскостями, расстояние между которыми равно 1. Вязкость выражается уравнением
|
|
|
где h — коэффициент внутреннего трения, или коэффициент динамической вязкости, в дальнейшем будем называть его просто вязкость (в пуазах); F — сила; S — поверхность; (dV/dx) — градиент скорости в направлении, перпендикулярном к поверхности движения; t — сила, приходящаяся на единицу поверхности, действующая параллельно плоскостям, или напряжение сдвига (в дин/см2). Коэффициент кинематической вязкости, выражается как n=h/r см2/с. Жидкости различного состава в зависимости от температуры изменяют свою вязкость в широких пределах. Изменение вязкости жидкой воды и водяного пара при изменении температуры укладывается примерно в два с половиной порядка. Вязкость гранитного расплава
(рис. 57) в интервале температур от 650 до 1200оС и давлений воды от 0 до 6 кбар изменяется на 6 порядков.
Бокрис, Маккензи и Китчинер (1955) измерили вязкость жидких силикатных систем Li2O + SiO2, Na2O + SiO2, K2O +SiO2, MgO +SiO2, SrO +SiO2, BaO + SiO2 до 1800° С и вязкость чистого кремнезема до 2050° С. Было показано, что с уменьшением содержания кремнезема вязкость расплава уменьшается. Фундаментальные изменения в силикатной сетке наблюдаются при добавлении около 10 мол.% окислов щелочных металлов и около 20 мол.% окислов щелочноземельных металлов. Механизм действия окислов металлов при этих концентрациях сводится к разрушению кремнекислотной сетки. На основе этих данных была разработана теория дискретных анионов (MacKenzie, 1957). Согласно данным авторов, в интервале составов от 10 (20) до 50% МеxО анионы представляют постепенно уменьшающиеся комочки с общей формулой (SinO2n+3)6-. Одновременно с уменьшением вязкости происходит снижение и энергии активации вязкого течения. Способность алюминия к изоморфному замещению кремния была отмечена при экспериментальном изучении алюмосиликатных расплавов. На этом основании кремний и алюминий, как и некоторые другие (Р5+, Fе3+), рассматривались как сеткообразующие катионы. Детальное изучение вязкости алюмосиликатных расплавов указало на более сложное поведение алюминия. В двойных алюмосиликатных расплавах добавление глинозема к кремнезему приводит к снижению вязкости. В этом случае алюминий не изоморфен с кремнием и находится в шестерной координации. При добавлении его к расплаву кремнезема, очевидно, происходят разрывы в кремнекислотной сетке.
|
|
|
В тройных расплавах Na2O — А12О3 — SiO2 и СаО— А12О3— SiO2 алюминий ведет себя двойственно. При фиксированном содержании кремнезема добавление катионов приводит к снижению вязкости. Добавление глинозема приводит к увеличению вязкости до определенного предела, равного эквимолярному количеству А12О3 и Na2O или СаО. При таком содержании окислов в расплаве наблюдается максимум вязкости, после которого происходит снижение ее. Такой ход кривых вязкости, по-видимому, связан со сменой координации у алюминия. Эти данные послужили основой, на которой Боттинга и Вейл (1970) постулировали существование групп MАlO2 и MAl2O4 в расплавах при построении модели расчета вязкости сложных систем при нормальном давлении.
|
|
|
Вязкость расплава магматических пород изменяется в очень широких пределах в соответствии с большим разнообразием пород и различием их химического состава. В значительной степени вязкость магматических пород определяется вязкостью породообразующих минералов, составляющих породу. К сожалению, измерения вязкости расплавов минералов малочисленны. Однако имеющиеся данные показывают их определяющую роль. Вязкость альбита оказалась близкой к вязкости гранита и обсидиана, вязкость диопсида близка к вязкости основных nopoд.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 688; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!