Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019


30.07.2019





Яндекс.Метрика
         » » Вязкость силикатных расплавов и магм

Вязкость силикатных расплавов и магм

09.12.2017

Вязкость магмы имеет огромное значение в процессах ее кристаллизации и дифференциации. Чем больше вязкость магмы, тем соответственно меньше текучесть ее, тем медленное происходит процесс диффузии, играющий крупною роль при кристаллизации магмы: в ней замедляется рост кристаллов, затрудняется передвижение кристаллов и летучих компонентов (если они в ней выделяются), затрудняется передвижение самой магмы.

Большую роль играет вязкость также в процессах интрузии и эффузии магмы.

Присутствие в магме минерализаторов значительно уменьшает ее вязкость. Наоборот, потеря магмами минерализаторов сильно увеличивает вязкость не только кислых, но и средних магм; значительно меньше она влияет на вязкость основных магм.

Значительную вязкость (матую подвижность) магмы можно наблюдать на примере извержения Мон-Пеле (остров Мартиника, 1903 г.): в результате удаления газовой фазы из андезитовой магмы получилась чрезвычайно густая, вязкая масса, образовавшая "иглу". Наоборот, лава Гавайских островов всего в 20 раз более вязка, чем вода. Наблюдалась скорость ее течения до 17,7 км/час.

Кислая магма, отличающаяся чрезвычайно большой вязкостью, медленно перемещающаяся и еще более медленно кристаллизующаяся, в ряде случаев приобретает чрезвычайно большую подвижность (аплитовые и пегматитовые образования в земной коре).

Магма такого рода содержит значительные количества летучих веществ, весьма сильно уменьшающих ее вязкость и повышающих ее подвижность.

Если магма, обогащенная газовой фазой, попадает в условия, при которых газы из данной камеры, из данной пустоты не могут удаляться, то при медленном остывании наступают условия, чрезвычайно благоприятствующие кристаллизации: в такой пустоте получаются крупные кристаллы отдельных минералов. Таковы пегматитовые жилы и так называемые "занорыши“ (выделения, выполняющие крайне неправильной формы камеры, в которых находят кристаллы иногда огромных размеров, например на Волыня и в Восточной Сибири).

Ho если до начала кристаллизации стенки той пустоты, куда проникла магма с минерализаторами, были смяты и разбиты трещинами, газовая фаза легко удаляется из остаточного раствора и вязкость магмы увеличивается, в результате чего кристаллизация будет в значительной степени затруднена.

Влияние газов на вязкость хорошо проявляется на лавах двух типов: "аа" и "пахоехое". Лава "аа" отличается большей подвижностью и более значительным содержанием летучих компонентов, благодаря чему она быстро кристаллизуется; наоборот, лава "пахоехое" мало подвижна, бедна газами и не может кристаллизоваться, а потому при застывании дает стекло.

Согласно Эмерсону (1926 г.), при охлаждении лавы "аа" флюидность (величина, обратно пропорциональная вязкости) остается почти без изменения в течение долгого времен; поэтому она течет, как глетчерный лед, а затем флюидность сразу падает, когда вся масса ее уже закристаллизовалась. Наоборот, при охлаждении лавы типа "пахоехое" флюидность с падением температуры очень быстро уменьшается (рис. 18 и 19).
Большое влияние на вязкость имеет также и температура магмы в каждый данный момент, которая подчиняется следующему правилу: чем больше кислотность магмы и чем больше в ней присутствует летучих, тем ниже температура плавления магмы (падая до 1000—500° и еще ниже); наоборот, чем меньше кислотность магмы, чем более она основная, тем при прочих равных условиях выше ее температура плавления (достигая в базальтовой магме 1200—1300°). Летучие компоненты также в большей или меньшей степени понижают температуру плавления магмы.

Вязкость магмы зависит также и от давления. Чем больше давление, тем больше вязкость магмы при одном и том же составе ее. Магма поэтому на глубине находится в вязком состоянии; при выходе на поверхность, где давление сводится к одной атмосфере, она переходит в менее вязкое и даже жидкое состояние, тем более подвижное, чем больше содержится в ней H2O.

В крупных массах, находящихся в недрах земли, при высоких температурах, с увеличением глубины, степень вязкости магмы будет изменяться в такой последовательности: минимальная вязкость —> разжиженное состояние —> максимальная вязкость.

Опыты, произведенные при давлении 10000 атм, подтверждают, что давление значительно увеличивает вязкость некоторых жадностей. Полевые наблюдения над структурой гранитов показывают, что вязкость гранитных магм, находящихся под большим давлением, к концу кристаллизации очень увеличивается. Этим можно объяснить образование в гранитах трещин, заполняемых аплитами и лампрофирами.

К числу факторов, косвенно влияющих на вязкость магмы, можно отнести также и размеры очага: чем больше размеры очага, тем медленнее протекает процесс остывания магмы, и тем дольше она сохраняет малую вязкость, легкую подвижность и способность к кристаллизации.

Пo мере увеличения количества кристаллов, магма становится все более и более вязкой и тем самым затрудняется ее передвижение. При кристаллизации на 50% она еще может изливаться. При кристаллизации на 80% она становится особенно вязкой. Давление вызывает в ней процессы пьезокристаллизации. Одновременно могут происходить также процессы фильтрпрессования, когда кристаллы приходят в соприкосновение друг с другом и образуют как бы сетку, в пустотах которой сохраняется жидкость (рис. 20). При сдавливании такая сетка из кристаллов играет роль фильтра, через который при давлении (прессовании) выдавливается жидкость (фильтрпрессование).

При определении вязкости силикатных расплавов, играющей крупную роль в петрогенезисе, петрургии и металлургии, применяются различные методы: метод падающего шарика с противовесом, метод вращающегося цилиндра из платины (Воларович) и др.

При пользовании методом вращающегося цилиндра Воларович применял обычную формулу:

n = K * P/Q,

где n — вязкость;

Р— величина падающего противовеса после вычета собcтвенного трения шара;

Q — угловая скорость вращения внутреннего цилиндра;

К — константа, установленная путем градуирования прибора (контрольные исследования для определения этого коэффициента производятся при помощи Na2B4O7 и B2O3 при температуре до 900°).

Опыты проводились Воларовичем е различными породами, в частности с основными — базальтами, диабазами, андезитами, тешенитами. Установлено резкое увеличение вязкости с понижением температуры (рис. 21). При низких температурах основные породы обнаруживают ненормальную вязкость, что связано с началом процесса кристаллизации.
Вязкость обычно измеряется специальными единицами, которые Максвелл назвал пуазами и которые обозначают тангенциальную силу на квадратный сантиметр неподвижной поверхности, отделенной слоем жидкости толщиной 2 см от другой поверхности, движущейся в горизонтальном направлении со скоростью, равной единице.

Согласно Морею (1932 г.), вязкость силиката калия (от K2O * 2SiО2 до K2О * 4SiO2) при температуре 500° равна примерно 10в12—10в15 пуаз; при содержании воды 10—16% вязкость эта уменьшается до 1000 и даже 300 пуаз, что также указывает на значительную роль воды и других веществ в уменьшении вязкости магмы.