11.2.4. Оценка доли мостикового кислорода в магматических

расплавах и определение физических свойств расплавов

и стекол по петрохимическим данным

Строение магматических расплавов и их физические свойства в значительной мере зависят от характера связей между анионом кислорода и катионами. Различают катионы-сеткообразователи (Si⁴⁺, B³⁺, Р⁵⁺), которые связаны с кислородом наиболее прочны­ми ковалентными связями, и катионы-модификаторы (Fe²⁺, Mg²⁺, Са²⁺, Na⁺, K⁺), которые связаны с кислородом менее прочными ионными связями. Амфотерные катионы (Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Ti⁴⁺) могут быть как сеткообразователями, так и модификаторами. Ани­оны кислорода, которые связаны только с кремнием или другими сеткообразователями, получили название мостиковых (=Si-O-Si=). Анионы кислорода, которые частично или полностью связаны с ка­тионами-модификаторами (Me), называются немостиковыми (=Si-0-Me-; -Ме-О-Ме-).

318

11. Петрохимия магматических пород

Мостиковый кислород принимает участие в строении кремне-кислородных тетраэдров. При малом содержании катионов-моди­фикаторов в расплаве тетраэдры соединяются друг с другом, обра­зуя полимеризованные структуры, что определяет высокую вязкость магм и низкую диффузионную подвижность компонентов в распла­вах. Увеличение содержания катионов-модификаторов приводит к возрастанию доли более слабых немостиковых связей, деполиме­ризации расплава, разрыхлению его структуры, и как следствие, к уменьшению вязкости магмы и большей диффузионной подвиж­ности компонентов.

Количественной мерой, определяющей пропорции немости-кового (О^-) и мостикового (О⁰) кислорода, служит отношение К = = О^-/О°, которое можно записать в следующем виде:

К= О-/О°=2(О-2Н)/100Н,

где О — общее атомное количество кислорода в расплаве, H— сум­ма атомных количеств элементов-сеткообразователей (Si⁴⁺, Al³⁺, Fe³⁺, P⁵⁺), находящихся в четверной координации по кислороду и входящих в анионную часть структуры расплава. Параметр К³ ва­рьирует от 0 для полностью полимеризованных сухих кварц-поле­вошпатовых расплавов до 400 для предельно деполимеризованных расплавов, близких по составу к дуниту.

Если допустить, что состав расплавов при затвердевании не ме­няется, то параметр А'можно вычислить по результатам химическо­го анализа магматических горных пород. Параметр K используется как количественная характеристика структуры магматических рас­плавов, определяющая степень полимеризации кремне- и алюмо-кремнекислородных тетраэдров. Зная К, можно оценить физичес­кие свойства расплава, в частности, рассчитать его вязкость при разных температурах.

По данным Э.С.Персикова (1984 г.), выделяются три области значений K: 0-17,17-100 и 100-400, в каждой из которых структу­ра силикатных расплавов обладает характерными, присущими толь­ко этой области свойствами. Коэффициент вязкости расплавов (η) определяется уравнениями:

для К= 0-17: lgη₁ = (70 - 1.25K) • 10³/4.576T- 3.5;

для К= 17-100: lgη₂ = (51-0.154K)10³/4.576T-3.5;

для К= 100-400: lgη₃ = (40 - 0.04К) • 10³/4.576T- 3.5, где Т— температура, °К.

³ В литературе на английском языке параметр K обозначают NBO/T (NBO — non-bridge oxygen, T— сумма атомных количеств элементов-сеткообразователей).

319