Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
Полученных данных сейчас уже достаточно, чтобы установить некоторые общие закономерности:
а) Многие катионы (но не все) диффундируют в базальтовом расплаве с большими скоростями, чем в более кремнеземистом расплаве.
б) Энергии активации диффузии в базальтовом и в более кремнеземистом расплавах ни для одного катиона не отличаются сильно ни в большую, ни в меньшую сторону .
в) Между энергией активации и ионными радиусами (в данном валентном состоянии) проявляется тенденция к пропорциональности. Например, в базальтовом расплаве энергия актива
Рис. 8.4. а—схематическая диаграмма аррениусовской зависимости \% В от обратной температуры (К-1) для диффузии двух веществ — р и ц — в одной и той же матрице. Температура Т*, при которой линии пересекаются, называется критической температурой (см. текст); б — зависимость между 1§Оо и энергией активации <2. Экспериментальные точки, в том числе для веществ р и образуют «компенсационную линию» (см. также рис. 8.6).
8. Кинетический контроль распределения элементов 195
1 блин а 8.1. Данные по микропримесной диффузии катионов в двух :юх магматических расплавов (при атмосферном давлении)
Катион Температура, "С Тип расплава 0, смг-с-1 ?>о, см2-с-1 ( 3, кДж-моль-1
іМа + 1300 Базальт 3,5-10-» 0,96 163
1400 » 6,5-10-»
1300 Андезит 4,3-10-° 0,0093 100
1400 » 6,6-10-«
с* •¦ 1300 Базальт 1,0-10-" 110 272
1400 » 3,5-10-"
1300 Андезит 0,2- Ю-7 4,9 251
1400 » 0,7-10-"
Б г" 1300 Базальт 2,9-Ю-7 3,5 213
1400 » 7,1-Ю-7
1300 Андезит 1,0-Ю-7 0,0045 138
1400 » 2,2- Ю-7
Ва2>- 1300 Базальт 2,0-10-" 0,1 172
1400 » 4,4-10-7
1300 Андезит 0,5-10-7 0,44 209
1400 » 1,2-10-7
•Со2'" 1300 Базальт 3,7- Ю-7 1,5 201
1400 » 8,2-10'-7
1300 Андезит 0,7-10-7 160 280
1400 » 2,2- Ю-7
'8с;,| 1300 Базальт 0,9-Ю-7 0,28 197
1400 » 2.3-10~7
1300 Андезит 1,2-10-« 0,018 184
1400 » 3,4-Ю"8
По данным Лоурн и др. [240].
ции растет с ростом ионного радиуса для ионов типа М+, но уменьшается с ростом радиуса для ряда ионов М3+.
г) Добавление воды в гранитный расплав может увеличить коэффициенты диффузии катионов на много порядков [205].
Были сделаны попытки связать эти наблюдения с характером структуры силикатных расплавов и механизмами диффузии для различных ионов. Признанию существования различных механизмов диффузии способствовало использование «компенсационного графика», который показывает соотношения между энергией активации (2 и частотным фактором й0 для данной матрицы (рис. 8.4,6). Если существует более чем один механизм диффузии, свойства различных ионов будут ложиться на графике на две линии (или большее их число в зависимости от количества механизмов). Каждая линия говорит об определенном законе компенсации. Пример компенсационного графика, показывающего существование более чем одного закона компенсации, приведен на рис. 8.6. В этом примере о^ень вероятно, что диффузия СБ+ имеет механизм, в чем-то отличный от механизма
13*
196 Часть II
диффузии для Ыа+, но природу этих различий еще не удается установить.
Использование данных по диффузии для определения свойств расплавов представляется многообещающим, но находится пока еще на ранней стадии. Применение таких данных к более общим петрографическим проблемам, однако, очень ограниченно
Рис. 8.5. Арреииусовская зависимость для диффузии микропримесей различных катионов в расплаве базальтового состава (сплошные линии) и ан-дезитового состава (штриховые линии) (по данным Лоури и др. [240]).
по тому простому соображению, что турбулентность и конвекция в расплаве, по-видимому, более активно влияют на перемещение элементов в магме, чем диффузия. Только в редких случаях, например для кинетики роста кристаллов, диффузия иногда может играть очень существенную роль.
8.2.4. Диффузия в твердых телах. Экспериментальные данные о диффузии катионов в силикатных стеклах показывают, что энергии активации С} для диффузии ионов не обязательно очень отличаются от энергий активаций в расплавах сходного состава, но величины частотного фактора О0 ниже для стекол, чем для расплавов.
8. Кинетический контроль распределения элементов 197
Современные данные о диффузии катионов в стеклах, по-видимому, имеют ограниченное применение в петрологии, но данные по энергиям активации могут быть более полезны геохимикам. Эти данные говорят, например, о том, что механизмы диффузии для некоторых катионов сходны в стеклах и расплавах одинакового состава. Такие данные дополняют наши представления о структурах силикатных расплавов и стекол.
Данные о диффузии в кристаллических силикатах, по-видимому, имеют достаточно узкое применение в петрологии и используются в основном для определения скоростей метаморфических реакций или процессов восстановления равновесия между минералами в изверженных породах. Скорости диффузии большинства ионов в минералах очень малы, но в масштабах геологического времени они могут сказываться. Некоторые числовые данные о диффузии приведены в табл. 8.2. Они согласуются с соотношением Аррениуса и показывают, что в анизотропных минералах скорость диффузии зависит от направления в кристалле и "то Q и ?>0 меняются в зависимости от размера катиона. Харт [165] показал, что для диффузии в полевых шпатах и оливинах наблюдается компенсационный эффект.
