Часть III. Магматические горные породы (петрология)

мометров. Последними служат минералы и их ассоциации, состав которых является функцией температуры.

Плотность жидких магм равна 2.2-3.0 г/см³, что примерно на 10% меньше плотности твердых магматических пород такого же химического состава и того твердого корового или мантийного ве­щества, из которого выплавляются магмы. Разница плотностей обусловлена расширением вещества при плавлении.

Плотность минералов, которые выделяются из расплава при кристаллизации, может быть больше или меньше плотности жидкой фазы. В зависимости от соотношения плотностей кристаллы могут погружаться на дно или всплывать к кровле магматической камеры.

Сжимаемость магм под действием внешних сил мала, но все же больше, чем для кристаллических пород, поэтому положительный объемный эффект плавления уменьшается с ростом давления. Вы­сказано предположение, что на глубине 250—500 км плотность жид­кой магмы становится равной плотности оливина и пироксена — главных минералов, слагающих мантию Земли. В отношении оли­вина эта гипотеза подтверждена прямыми опытами К.Эджи и Д.Уо-кера (1993 г.), которые установили, что при давлении около 8 ГПа (глубина -250 км) плотность оливина становится равной плотнос­ти коматиитового расплава. Однако при этом давлении устойчив бо­лее плотный гранат, так что магматическая жидкость, вероятно, в целом все же легче твердого материала мантии Земли. Вместе с тем возможность флотации оливина на больших глубинах может иметь важное петрологическое значение.

Плотность магм зависит от их состава и увеличивается от кислых расплавов к основным и ультраосновным-ультрамафическим (табл. 3.1). Плотность кислых магм меньше, чем средняя плотность

Таблица 3.1. Плотность и вязкость магматических расплавов

Состав расплава	Плотность, г/см3	Вязкость, Па • с
		Т> 1400 °С	Т< 900 °С
Риолит Риолит + 5% Н20 Андезит Базальт Пикрит Карбонатит	2.2-2.3 2.4-2.6 2.6-2.8 2.8-3.0 2.6-2.7	104-105 101-102 102-103 100-102 10-1—100	108-1012 104-105 103—102

414

3. Физические свойства, зарождение и подъем магматических расплавов

вещества континентальной земной коры (-2.7 г/см³), а ультрамафические магмы имеют более высокую плотность по сравнению с материалом земной коры. Плотность магм обычно определяют расчетным путем, суммируя парциаль­ные мольные объемы отдельных ком­понентов.

Вязкость — свойство, которое ха- Рис. 3.1. Распределение растеризует подвижность жидкости при скоростей в ламинарном

наличии градиента давления. Это свой- п^{отоке вязкой жидкости}

Пояснения см. в тексте

ство обусловлено трением между стру-

ями жидкости, которые перемещаются

с разной скоростью. Если в ламинарном¹ потоке жидкости возника­ют градиенты скорости dV/dX под действием касательных напряже­ний dF/dS, вызванных внутренним трением (рис. 3.1), то во многих случаях сохраняется линейная зависимость, известная как уравне­ние Ньютона;

dF/dS = -η(dV/dX),

где η — коэффициент вязкости. Чем больше η, тем менее подвиж­на жидкая среда. Вязкость (η) измеряют в Па • с или пуазах (г/см • с = = дин • с/см²); Па • с = 10 пуаз.

Магматические расплавы, не содержащие большого количест­ва кристаллов или газовых пузырьков, обладают свойствами нью­тоновской жидкости². Вязкость силикатных магм меняется от 10^-1-0° до 10⁸-10¹² Па•с в зависимости от температуры и состава (см. табл. 3.1). Для сравнения заметим, что вязкость воды при комнат­ной температуре равна 10^-4 Па • с, а эффективная³ вязкость твердо­го вещества земной коры и верхней мантии — 10¹⁸—10²³ Па • с. За­висимость вязкости (η ) от температуры (Т) описывается уравнением: 1nη = 1nη ₀+ E/RT,

1 Ламинарным называется поток, в котором струи жидкости перемещаются па­ раллельно друг другу. Если направления и скорости отдельных струй меняются в про­ странстве и времени, то такой поток называют турбулентным.

² При наличии большого количества кристаллов магма превращается в суспен­ зию, которая имеет предел текучести (жидкость Бингема). До тех пор, пока касатель­ ные напряжения не превысят этого предела, магматическая суспензия остается не­ подвижной.

з Перемещение (деформацию) твердого вещества можно описать уравнениями, которые используются для характеристики течения вязкой жидкости. Значения ко­эффициентов вязкости, которые входят в эти уравнения, называют эффективными.

415