Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
* Изучение проводимости расплавов щелочных силикатов [394] обнаружило различия ионами — переносчиками тока: более мелкие ионы (Ы+ и Иа+) движутся быстрее, чем крупный ион калия.
8*
116
Часть II
бит-}-кремнезем) алюминий находится преимущественно в изолированных тетраэдрах (А104)5-, а в других (смесь состава а нор тит+кремнезем) образуются более высокополимеризоваи-ные блоки. В системах с повышенным содержанием ионов кислорода алюминий способен входить в позиции с шестерной координацией, однако и в водосодержащих, и в сухих системах при невысоких давлениях алюминий в большинстве типов магм преимущественно находится в тетраэдрической координации. При увеличении давления в расплавах базальтового и андези-тового составов проявляется тенденция к переходу А13+- из четверной в шестерную координацию. Этот переход сопровождается уменьшением вязкости жидкости[410, 219] из-за уменьшения степени полимеризации расплава. Уменьшение вязкости невелико (например, в два раза для андезитов при увеличении давления от 105 Па до 2-Ю9 Па при 1350 °С), особенно по сравнению с более значительным ее изменением при повышении температуры (см. ниже). Тем не менее этого изменения вполне достаточно, чтобы в условиях верхней мантии оказать заметное воздействие на скорости оседания кристаллов и процессы обособления и подъема расплавов из области зарождения.
6.3.2. Сеткообразователи и сеткомодификаторы. Атомы алюминия и кремния благодаря их склонности к образованию сеточных структур в силикатных расплавах получили название сеткообразователей. Такой малый элемент, как фосфор, также „ часто выступает в качестве сеткообразователя. Более крупные катионы, такие, как Са2+, М?2+, Ре2+, Ш+ и К+, являющиеся главными компонентами в большинстве магм, названы сеткомо-дификаторами, потому что они обычно нарушают и модифицируют, перестраивают каркас. Как и в рассмотренном выше примере с алюминием, разделение всех элементов на сеткообразу-ющие и сеткомодифицирующие не является однозначным [275, 452].
В качестве эмпирической, но тем не менее полезной меры степени полимеризации предложено [220, 221] отношение (И) общего числа атомов кислорода к сумме сеткообразующих атомов в магме:
Я=5И-|_А1 + р • <6Л)
Величина # близка к 2 для расплавов гранитного состава и равна примерно 3 для ультраосновных расплавов. В высокопо-лимеризованном расплаве чистого кремнезема (ЭЮа) ^ = 2, тогда как в деполимеризованном расплаве чистого форстерита (М^БЮ^ # = 4.
Измерения вязкости природных магм показали, что ее зависимость от температуры обычно можно описать отношением ти
6. Структурный контроль распределения элементов 117
па уравнения Аррениуса:
(6.2)
где А — константа, а Е — энергия активации вязкого течения (кДж-мол-1). Было показано ,[345], что для магм различного состава имеет место монотонная зависимость энергии активации вязкого течения при температуре ликвидуса от значения индекса Д (рис. 6.4). Как и предсказывалось, расплавы с высоким значением ^ имеют более низкую вязкость. Оказалось возможным [345] построить графики зависимости вязкости от Т и
(рис 6.5), по которым, зная температуру и состав любого расплава, можно предсказать его вязкость. Доказательства в пользу существования сеткообразова-телей и сеткомодификаторов получены также при моделировании вязкости магм. Был предложен [33] удачный метод расчета вязкости безводного силикатного расплава (при 1 атм), исходя из его химического состава. В этой модели окислы элементов были разделены на два типа:
цепеобразователи: БЮ2,
КАЮ2, ЫаАЮ2, Са1/8А102 и
М?1/2АЮ2;
цепемодификаторы: СаО, К2О,
N320, М§0, РеО, ТЮ2, А1203. Сравнение на этой основе рассчитанных и измеренных вязко-
стей показало их хорошую сходимость. Кроме того, новые исследования несмесимости жидкостей в силикатных системах указывают на структуроопределяющую роль некоторых элементов, особенно сеткообразователей ([452; см. также обзорную работу [181]).
6.3.3. Влияние добавок воды. Имеются четыре причины, по которым геохимику важно знать, является ли магма водосо-держащей или безводной. Во-первых, добавление воды к безводным силикатным магмам, исключая ультраосновные, снижает их вязкость, причем обычно довольно сильно. Например, вязкость андезито-базальтового расплава при добавлении к не
Рис. 6.4. Зависимость от индекса состава 7? (см. формулу (6.1)) энергии активации вязкого течения расплавов пород при ликви-дусных температурах (~1200°С) и давлении 1 атм. а —пантелле-рит; б — андезито-базальт; в — толеит океанических островов; г — оливиновый базальт; д — оли-виновый меланефелинит [345].
118 Часть II
му 4 вес. % воды (7=1150 °С, Рнао=Ю0 МПа) уменьшается в 4 раза, от 1000 до 250 пуаз I[345]. Снижение вязкости приводит к увеличению скорости ряда петрогенетических процессов, таких, как рост минералов и осаждение кристаллов. Тем самым оно влияет на тонкие особенности конечных продуктов кристаллизации. Во-вторых, при заданной температуре только, за счет изменения содержания воды в магме поля стабильности минералов в равновесии с расплавом могут увеличиваться или уменьшаться [217, 218]. Пример этого явления приведен на
