4. Охлаждение и затвердевание магматических расплавов

расплав и 2) скоростью диффузии компонентов в самом расплаве, обеспечивающей привнос и вынос компонентов, которые прини­мают участие в процессе кристаллизации. Поскольку скорость теп­лообмена в магмах значительно превышает скорость диффузионно­го массопереноса, то отвод скрытой теплоты кристаллизации обычно не является фактором, лимитирующим скорость роста кри­сталлов.

Скорость диффузии компонентов в жидкости обратно пропор­циональна ее вязкости. Поэтому кристаллизация наиболее вязких кислых магм затруднена, и они часто затвердевают в виде аморфных стекол. В противоположность этому маловязкие расплавы основно­го и ультраосновного состава кристаллизуются достаточно легко, и продукты затвердевания таких расплавов нередко состоят только из кристаллических фаз и не содержат стекла даже при относитель­но глубоком переохлаждении. Присутствие растворенной в магме воды понижает вязкость и увеличивает диффузионную подвиж­ность компонентов. В соответствии с этим степень кристаллично­сти кислых пород, возникших при затвердевании водосодержащих магм, оказывается выше, чем сходных по составу пород, образован­ных при затвердевании «сухих» расплавов.

Согласно экспериментальным данным С.Свенсона (1977 г.), максимальная скорость роста кристаллов кварца, плагиоклаза, ка-линатриевого полевого шпата из гранитного расплава, содержаще­го несколько процентов воды, может достигать 0.01-1.0 мм/сут. При температурах, близких к солидусу гранита, скорость кристал­лизации калинатриевого полевого шпата превышает скорость кри­сталлизации кварца и плагиоклаза в 10-100 раз.

Скорость роста кристаллов плагиоклаза из базальтового распла­ва, заполнившего в 1963 и 1965 гг. лавовые озера Алае и Макаопу-хи на Гавайских островах (глубина озер равна 15 и 83 м соответствен­но), была равна 1.5*10^-4—1.0*10^-3 мм/сут (данные Дж.Киркпатрика,

1977 г.).

Оценки скоростей роста кристаллов при затвердевании магм, полученные на основании анализа распределения минеральных зерен разных размеров в изверженных горных породах (К.Кешмен, Б.Марш, 1988 г.), составляют 10^-3-10^-6 мм/сут. При таких скоро­стях для образования кристалла размером 1 мм необходимо не бо­лее 3-3000 лет. Таким образом, в геологическом масштабе време­ни кристаллизация магм происходит очень быстро.

429

Часть 111. Магматические горные породы (петрология);

4.3. Последовательность кристаллизации

Последовательность выделения минералов из магматического расплава с одной стороны, определяется физико-химическими рав­новесиями «кристалл-жидкость», ас другой, кинетическими фак­торами — относительной скоростью роста кристаллов, возможно­стью свободного массообмена между твердыми фазами и расплавом, устойчивостью метастабильных фаз и т.п. В целом, определение последовательности кристаллизации магм является сложной зада­чей не только при изучении шлифов под микроскопом, когда текс­турно-структурные признаки в большинстве случаев недостаточны для однозначных заключений, но и при теоретическом анализе проблемы. Важную начальную информацию можно получить из экспериментальных и расчетных данных о фазовых соотношениях в модельных физико-химических системах, некоторые из которых рассмотрены ниже.

4.3.1. Модельные физико-химические системы — определения понятий

Кристаллизация магм и обратный процесс плавления кристал­лических агрегатов в первом приближении имитируются фазовыми равновесиями в модельных двойных, тройных и четверных систе­мах, состоящих из двух, трех или четырех химических компонентов соответственно. При заданных условиях эти системы представлены определенным набором фаз. Фаза — это часть системы, которая может быть отделена от других ее частей механическим способом. В каждой системе могут выделяться одна газовая фаза (все газы смешиваются друг с другом в любых пропорциях, и такую смесь не­возможно разделить на составляющие механическим путем), одна или две несмешивающиеся (очень редко больше) жидкие фазы, и несколько твердых фаз, т.е. кристаллов разного состава, облада­ющих разными физическими свойствами и поэтому легко механи­чески отделимых друг от друга. Количество компонентов системы — это минимальное число химических соединений, необходимых

достаточных для описания состава всех фаз. Равновесным является такое состояние системы, которое при за-

анных значениях интенсивных параметров самопроизвольно не меняет фазового состава. С термодинамической точки зрения, это состояние отвечает минимуму свободной энергии системы. Ин-

430