Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
I-1-!-1_1_I_1_1.1 I
2,0 2,1 2,2 1Ъ 2.А 2,5 2,6 2,7 2,8 ИнЭекс Я
Рис. 6.5. Зависимость между вязкостью, температурой и составом расплава при давлении 1 атм. Типы расплавов те же, что и на рис. 6.4. Температуры (°С): Л — 1150; В — 1200; С— 1250; ?) — 1300; ?— 1350; ^ — 1400 [345].
рис. 6.6. В присутствии воды снижаются также температуры кристаллизации многих минеральных фаз. В-третьих, вода, отделяющаяся от водосодержащей магмы на заключительных стадиях ее остывания и кристаллизации, может служить транспортной средой для большого числа элементов, которые в сухих условиях могли бы остаться на месте как часть конечных продуктов кристаллизации. В результате подобной миграции элементов образуются многие гидротермальные рудные месторождения. В-четвертых, в присутствии воды могут образоваться водосодержащие минералы.
Однако растворимость воды во многих природных магматических системах ограниченна. В базальтовом расплаве зарегистрировано растворение 3,1 вес.% воды при 1000 бар (100 МПа) и 9,4 вес. % при 6000 бар (600 МПа), а в андези-товом —около 4,5 вес. % при 1000 бар (100 МПа) и 10,1 вес. %
6. Структурный контроль распределения элементов 119
при 5300 бар (530 МПа) )[158]. Вместе с тем необходимо помнить, что, несмотря на небольшие весовые содержания воды, ее мольная доля велика, поскольку молекулярный вес воды намного меньше, чем молекулярные веса главных окислов. Так, например, при содержании в базальтовой магме 4 вес. % воды ее мольная концентрация находится в пределах 10—15%. Такая растворимость вполне достаточна для того, чтобы существенно видоизменить структуру расплава по сравнению с сухими усло-
СаМд5іа06
Мдг5Ю4 Мд5і03 БіО^
Рис. 6.6. Положение границы между полями кристаллизации оливина и пироксена в присутствии воды и без нее при общем давлении 20 кбар (2 ГПа) [216].
виями. Как предполагают многие исследователи, механизм такой перестройки включает реакцию воды с мостиковыми кис-лородами силикатной сетки согласно уравнению
НаО + ^-О-Биз -—2(^31-ОН) (6.3)
и тем самым понижает степень полимеризации расплава. В результате понижается вязкость расплава, если только он уже не был деполимеризованным в сухом состоянии, как, например, расплав оливииового базальта. В этом случае добавляемая вода может не проявлять себя как деполимеризующий агент, и вязкость меняется слабо. Выполненные в последнее время исследования растворимости воды в силикатных расплавах__с_ применением рамановской спектроскопии [276] показали, что при растворении воды в расплавах со значительной долей не-мостиковых кислородов происходит образование комплексов = 51—01-1 иМ(ОН)п.
Вероятно, вода может играть двойственную роль, выступая как кислота в расплавах повышенной основности и как основа
120 Часть II
ние в других расплавах. В ультраосновных расплавах возможна реакция
Н20 4- 2(=Э1— О)" я==> —Б!- О + 20Н", (6.4)
в результате которой увеличивается степень полимеризации расплава. Судя по результатам измерений вязкости, этот эффект невелик.
Растворимость воды в силикатном расплаве независимо от того, относится он к основным или к кислым, растет с увеличением давления и уменьшается с повышением температуры (см. обзор данных в работе [273]).
6.3.4. Роль углекислого газа и других летучих. Растворимость других летучих компонентов, таких, например, как галогены, и их влияние на структуру расплава в достаточной мере не изучены. Исключение составляет, пожалуй, углекислый газ, по растворимости которого за последние годы опубликовано много экспериментальных данных [273, 201]. Растворимость С02 в силикатных расплавах намного меньше, чем воды, но она сильно возрастает с увеличением температуры или давления [271]. Эта низкая растворимость существенна для генерации газовой фазы, отделяющейся в процессе фракционной кристаллизации магмы. Кроме того, она помогает объяснить природу многих богатых С02 флюидных включений, обнаруженных в фенокри-сталлах из некоторых вулканических пород [332].
В прошлом общепринятым было мнение, что углекислота присутствует в расплаве только в виде ионов С032~\ Однако в одной из недавних работ Майсен [273] высказал предположение, что в расплавах, отвечающих по составу жадеиту, альбиту или нефелину, могут присутствовать обособленные молекулы С02. Образование СО?~~~, по-видимому, приводит к увеличению степени полимеризации расплава согласно следующей реакции с участием немостиковых кислородов:
2(=51—О)" + С02 +=± (=81-0-81=) + С03'2~. (6.5)
Но в присутствии воды ион С032- устойчив в расплаве без его дальнейшей полимеризации [273]:
2(=31~-0)~ + Н20 + С02 -<—>¦ 2(5=81--ОН) + С03а". (6.6)
Представленный уравнением (6.5) механизм растворения согласуется с повышенной растворимостью С02 в основных расплавах по сравнению с кислыми, поскольку в первых выше доля немостиковых кислородов.
Концентрация хлора в базальтах равна примерно 0,02%, однако форма нахождения его в расплаве (в виде свободного хлора или хлоридов) неизвестна. Более кислые породы типа агпаитовых стекловатых пород могут содержать несколько де
