4. Охлаждение и затвердевание магматических расплавов

Рис. 4.2. Футлярный кристалл плагио­клаза (вкрапленник в андезите). При од­ном николе, длина кристалла около 1 мм

вращении столика. В преде­лах этого креста кристаллы вытянуты вдоль плоскостей колебаний в николях. Фут­лярные кристаллы плагиок­лаза, во внутренних частях которых сохраняется рас­плав, не только получены в лаборатории, но и встре­чаются в магматических по­родах, затвердевших в усло­виях переохлаждения; особенно характерны они для андезитов (рис. 4.2).

Опыты по кристаллизации кварца, выполненные С.Свенсоном и Ф.Фенном (1986 г.), показали, что этот минерал образует кристал­лы с плоскими гранями при ∆Т< 55 °С. При большем переохлажде­нии появляются скелетные кристаллы с характерными бухтообразны-ми углублениями на гранях (рис. 4.3). Такие кристаллы иногда обладают внешним сходством с резорбированными зернами, которые являются результатом частичного растворения кварца в расплаве.

4.2. Размер кристаллов

Размер кристаллов зависит от соотношения скоростей возник­новения зародышей кристаллических фаз (скорости нуклеации)

а

Рис. 4.3. Скелетные кристаллы кварца с углублениями на гранях. а - объемная форма, по Клокьятти, 1972 г., б, в - плоские сечения. Николи скре­щены, размер кристаллов около 2 мм

427

Часть III. Магматические горные породы (петрология)

и роста отдельных кристаллов. Скорости нуклеации и роста явля­ются функциями температуры переохлаждения, причем та и другая скорости при определенных температурах достигают максимума. Максимум скорости нуклеации достигается при большем переох­лаждении расплава по сравнению с максимумом скорости роста (рис. 4.4). Вследствие этого в условиях малого переохлаждения об­разуются редкие и крупные кристаллы, а при большом переохлаж­дении — множество мелких кристаллов.

В однородном расплаве центры кристаллизации возникают за счет случайных флуктуации структуры жидкости (гомогенная нук-леация). Если же в расплаве существуют те или иные неоднородно­сти (мельчайшие твердые частицы, газовые пузырьки и т.п.), то именно они служат затравкой для растущих кристаллов (гетеро­генная нуклеация). Поэтому форма и размеры кристаллов зависят не только от условий охлаждения, но и от начальной температуры и других факторов, определяющих степень однородности исходной магмы. Движение расплава также оказывает влияние на ход крис­таллизации. Если магматическая жидкость механически переме­шивается, то скорость нуклеации резко возрастает, что отражается на форме и размерах кристаллов.

Скорость роста кристаллов из магмы контролируется двумя главными факторами: 1) скоростью диффузионного массообмена на границе твердой фазы и жидкости, при котором одни компоненты идут на построение кристалла, а другие оттесняются в окружающий

∆Т

Рис. 4.4. Зависимости скорости роста кристаллов (сплошная линия) и ско­рости нуклеации (пунктир) от температуры переохлаждения расплава от­носительно равновесного ликвидуса (∆Т)

В области 1 образуется небольшое количество крупных кристаллов, в области 2- мно­го мелких кристаллов, в области 3 кристаллизация затруднена.

428