Взаимодействие H2O с алюмосиликатными расплавами




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Взаимодействие H2O с алюмосиликатными расплавами

Взаимодействие H2O с алюмосиликатными расплавами

07.09.2017


Магмы промежуточного состава, близкие к своему ликвидусу, представляют собой алюмосиликатные расплавы, состоящие главным образом из тетраэдров (Al, Si) O4, в которых большинство кислородных атомов, обозначаемых в дальнейшем символом О2-, распределяются (образуя связи) между соседними тетраэдрами. В диоритовых расплавах таким образом распределяется почти 90% О2-, и фактически в гранитных расплавах по этой схеме распределяются все кислородные атомы. Такое соединение соседних тетраэдров через кислородные мостики приводит к образованию высокополимеризованной трехмерной сетки, близко отвечающей каркасным структурам полевых шпатов и минералов кремнезема. Высокая степень полимеризации гранитных расплавов объясняет их высокую вязкость — порядка 10в8—10в10 П при 1000 °C и атмосферном давлении. Однако добавление всего лишь 6,4 вес.% H2O снижает вязкость приблизительно до 10в5 П. Такой огромный эффект можно объяснить только взаимодействием H2O с расплавом путем разрушения кислородных мостиков и, таким образом, его деполимеризацией. Кислородные мостики могут быть разрушены при замещении одного мостикового О2- двумя ОН-, согласно следующей реакции гидролиза:
H2O(v) + O2-(m) <—> 2OН-(m),

где (v) и (m) относятся к водному флюиду и расплаву соответственно. Прямые доказательства образования OH- при растворении H2O в силикатном расплаве получены при изучении закаленных стекол методом инфракрасной спектроскопии. Косвенные же доказательства предоставляют термодинамические свойства H2O алюмосиликатных расплавов. Термодинамические зависимости также указывают на то, что реакция растворения в таких расплавах, содержащих трехвалентные катионы в тетраэдрической координации, подобно Al3+ в полевошпатовых расплавах, включает и диссоциацию H2O. Реакция растворения также включает обмен Н+ из H2O с нететраэдрическими координированными катионами (обменные катионы) в расплаве, которые должны присутствовать для того, чтобы сбалансировать заряд тетраэдрических групп, содержащих трехвалентные катионы. Например, в системе NaAlSi3O8—H2O реакция растворения запишется в следующем виде:
H2O(v) + O2(m) + Na+(m) <—> OH-(m) + ONa-(m) + H+(m).

Из этой реакции становится ясным, что H+ (m) ассоциируется с одним из четырех O2-(OН-), координируемых Al3+ в группах AlO3(OH)4-.
Вовлечение других ионов, кроме О2-, в реакцию растворения H2O в алюмосиликатных расплавах устанавливает органичения на массу, составляющую один моль безводного расплава. Если в качестве моля воды выбрать один грамм-формульный вес H2O (18,02 г), то единица силикатного расплава, с которым взаимодействует первый моль H2O, в понятиях обменных катионов будет представлять собой массу, равную одному молю NaAlSi3O8. Таким образом, моль полевошпатового расплава — это один грамм-формульный вес (NaAlSi3O8 262,2 г; KAlSi3O8 278,3 г; CaAl2Si2O8 278,2 г), но дать определение моля более сложного по составу расплава изверженных пород не так просто. Однако он может быть рассчитан по химическим анализам пород и поставлен на эквивалентную NaAlSi3O8 основу путем соблюдения ограничений, наложенных стехиометрией NaAlSi3O8.

Учитывая эти ограничения, Бернэм рассчитал равномоляльные массы базальтов реки Колумбии, андезитов горы Худ и пегматитов Хардинг (Нью-Мексико) с целью сравнения экспериментальных данных Бернэма и Джанса и Гамильтона и др. по определению растворимости H2O (в вес.%). Результат этого сравнения при 1100 °C представлен на рис. 3.1, а, из которого видно, что равномоляльные растворимости H2O в расплавах, широко варьирующих по составу, фактически идентичны равномоляльной растворимости H2O в расплаве NaAlSi3O8 (сплошная линия), несмотря на то что весовые проценты растворимости существенно отличаются (рис. 3.1, б).
Сходные растворимости H2O в расплавах пород, широко варьирующих по составу, при определении моля расплава безводной породы в соответствии с моделью раствора, доказывают верность модели при условии, что модель первоначально строилась на термодинамических соотношениях в простой системе NaAlSi3O8*H2O. Они обеспечивают также доступ ко всей области термодинамических соотношений в кислых магмах, но до обращения к этому вопросу поучительно применить концепции этой модели к растворению других летучих, кроме H2O, особенно в Н2О-содержащих магмах.