ГлавнаяЧем больше концентрация раствора или вообще частиц данного вещества в данном объеме, тем больше сила притяжения между ними, благодаря уменьшению взаимных расстояний.
Кристаллизации способствует также понижение температуры, так как оно, замедляя скорость движения частиц, облегчает притяжение между ними и самопроизвольное образование зародышей кристаллов.
После возникновения простейшего первичного ядра кристаллизации (центра кристаллизации), состоящего, как минимум, из восьми частиц, начинается рост кристалла путем присоединения к первому кристаллическому центру новых частиц. Так идет образование кристаллов, отличающихся от амфорного вещества определенным закономерным расположением частиц.
Скорость дальнейшего роста кристаллов обусловливается иными причинами, чем начальные моменты образования центров кристаллизации или зародышей кристаллов; основную роль начинает играть диффузия.
Во время остывания расплавленной массы, в частности силикатной, кристаллизация может задерживаться вследствие переохлаждения (пересыщения). Если в такой переохлажденный расплав бросить кристалл вещества, пересыщающего данный раствор, или вещества, изоморфного с ним, то присутствие такого кристалла вызывает кристаллизацию.
Такая спонтанная или искусственно вызванная запоздавшая кристаллизация может повести и к изменению порядка кристаллизации минералов в данном расплаве.
Большим затруднением при проведении опытов такого рода является то, что магма слишком вязка и не легко поддается кристаллизации. Большое значение поэтому приобретают, как показали опыты с расплавами, также такие вещества, как вольфрам и молибден, которые понижают вязкость и тем самым в той или иной степени уменьшают пересыщение раствора.
Расплав из 3 частей геденбергита и 1 части анортита без применения затравок дает при остывании снова анортит и геденбергит; оба образуются снова, так как для их образования не нужна газовая фаза. Если к тому же расплаву прибавить после переохлаждения осколок анортита, получается агрегат иного минералогического состава, именно выделяются анортит, магнетит л стекло; геденбергнт не образуется.
Опыты такого рода имеют большое петрогенетическое значение, так как они указывают на то, что при кристаллизации из сухого расплава ряд минералов не получается, а присутствие затравки может изменить характер выделения минералов и вызвать появление совершенно новых минералов, устойчивых в условиях высоких температур и низких давлений.
Газовые примеси, облегчающие кристаллизацию определенных минералов, играют особенно крупную роль при кристаллизации таких вязких силикатных масс, какими являются кислые магмы. Магма основная, с большим содержанием MgO и FeO и малым — кремнекислоты, щелочей и глинозема, не нуждается в такого рода минерализаторах.
Скорость роста кристаллов. При изучении процессов кристаллизации большое значение имеет скорость роста кристаллов в магме. Скорость роста в начале кристаллизации незначительна, затем увеличивается и позже снова уменьшается. Наибольшая скорость роста наблюдается у авгита.
Принимая скорость роста авгита за 100, Дельтер дает следующую сравнительную характеристику роста кристаллов отдельных минералов: скорость роста лабрадора 35, т. е, в 3 раза меньше, оливина (мало FеO) от 15 до 50, оливина (много FeO) от 50 до 100.
По мере понижения температуры и при условии малой вязкости, способствующей диффузии, число центров кристаллизации возрастает. В конце концов, вся жидкая масса превращается в твердый агрегат.
Число центров кристаллизации зависит от ряда причин: присутствие в расплаве или растворе частиц, которые могут способствовать зарождению кристаллов, степень концентрации раствора, возможность образования центров роста, степень вязкости расплава и скорость охлаждения.
В том случае, когда температура расплава близка к температуре застывания, получаются крупные кристаллы, при более низких температурах — мелкие.
По мере понижения температуры увеличивается вязкость, притом не одинаково для расплавов различного состава. Так, например, гранитные расплавы, богатые щелочами и кремнекислотой, дают вязкую жидкость задолго до полного затвердевания и, соответствующего охлаждения; наоборот, базальтовые магмы, богатые магнием и железом, бедные кремнекислотой, отличаются очень малой вязкостью даже при температурах, близких к температуре застывания.
При особенно быстром застывании расплава пли при значительной вязкости его совершенно исключается возможность образования кристаллических центров. Происходит почти полное прекращение их роста на начальных стадиях его. В конечном результате поручается аморфная масса, которая лишь в твердом состоянии и в общем без изменения температуры может постепенно перекристаллизоваться.
Зависимость между числом центров кристаллизации, скоростью роста кристаллов и кристаллизационной способностью была установлена Таманном (рис. 22).
В условиях нормальной вязкости жидкости число центров роста и скорость кристаллизации увеличиваются, но только до известного предела, после чего идут на убыль.Это все имеет большое значение при разрешении ряда вопросов петрогенеза, а также и связанных с технической практикой, например кристаллизации стекла, каменного литья и пp.
Согласно Киттлю, характерно то, что ортосиликаты (оливины) в общем способны образовать большее число индивидуумов при малых размерах кристаллов, в то время как метасиликаты (пироксены), наоборот, способны образовать меньшее число кристаллизационных центров, но зато дают лучше образованные кристаллические индивидуумы.
Щелочные силикаты обычно обладают меньшей способностью к кристаллизации, чем щелочноземельные или железистые, за исключением литиевых силикатов.
Присутствие глинозема до известной степени понижает способность силикатов к кристаллизации.
В ряде случаев, в зависимости от степени вязкости, магма переохлаждается без проявления признаков кристаллизации. В этих случаях кристаллизация начинается в переохлажденном состоянии при температурах, более низких, чем температуры плавления тех компонентов, которые присутствуют в магме. Магмы различного состава и при разных физико-химических условиях обладают различной способностью к переохлаждению и к кристаллизации.
Кристаллизации способствуют два обстоятельства: скорость перехода магмы в кристаллическое состояние и скорость роста кристаллов; оба фактора помогают друг другу в одном и том же направлении.
В природных условиях основные магмы в общем более крупнозернисты, чем кислые. Так, например, габбровые породы более крупнозернисты, чем гранитные.
В некоторых случаях кристаллизация магмы вовсе не происходит, например при большом содержании в ней щелочей и кремнекислота получается лишь стекловатая масса. Ортоклазовая порода, состоящая почти исключительно из ортоклаза, без достаточной газовой фазы, застывает в виде стекла, в отличие от оливина и авгита, прекрасно кристаллизующихся и без наличия газов.
Это различие находится в непосредственной зависимости от различной вязкости расплава.
Стекловидное состояние. Сходство между стеклами и жидкостями заключается в том, что в обоих случаях частицы располагаются в хаотическом беспорядке. Однако различие, и притом очень резкое, заключается в том, что в настоящей жидкости все частицы находятся в подвижном состоянии, а в стекле все они закреплены в одном и том же положении и почти лишены способности передвигаться.
Для переохлаждения силикатных расплавов очень характерны формы, в которых образуются те пли другие кристаллы тех или иных веществ и минералов.
Широко распространено появление при переохлаждении микролитов, характеризующихся скелетными очертаниями. Таковы, например, скелетные кристаллики олигоклаз-альбита Ab3 An1, описанные Иддингсом. В переохлажденных кварцево-порфировых магмах наблюдаются скелетные кристаллики кварца, внешние очертания которых очень сходны с нормальными кристаллами кварца, но которые состоят только из тонкой пустотелой скелетной решетки с небольшим количеством кварца (пустоты выполнены стеклом).
Сферолиты. Особенно часто при переохлаждении в технической практике наблюдается образование сферолитов. Они же широко развиты в переохлажденных магматических породах (липаритах, кварцевых порфирах и др.). Сферолиты состоят из тонких удлиненных игольчатых образований, расходящихся по всем возможным направлениям из одного центра; острия этих игольчатых образований располагаются на поверхности шара. Число и величина сферолитов могут быть крайне разнообразны в зависимости от состава расплава и от условий, при которых он застывает.
Образование сферолитов объясняется тем, что на поздних стадиях переохлаждения в жидкости могут появляться разрозненные центры, которые могут давать начало чрезвычайно быстрой кристаллизации. При такой скорости кристаллы растут по одному направлению с некоторыми, в общем незначительными отклонениями.
Роль давления. При особенно больших давлениях кристаллизация магмы может совсем не начаться. Когда магма, перемещаясь по направлению кверху, достигает земной поверхности, давление в ней уменьшается. Одновременно растворимость минералов увеличивается настолько, что происходит растворение ранее выделившихся минералов (резорбция), либо полностью, либо частично.
Так как одновременно оказывают влияние низкая температура и быстрое охлаждение, увеличивается вязкость магмы. Получаются мелко- и тонкокристаллические структуры, а также структуры стекловатые, когда кристаллизация вовсе не происходит.