<<
>>

Энергетические основы магматизма


Литосфера, как известно из данных по распространению сейсмических волн, находится в твердом состоянии, которое характеризуется постепенным падением жесткости и хрупкости и увеличением пластичности с глубиной.
Относительно резкие изменения физико-механических свойств пород литосферы наблюдаются на границе литосферы и астеносферы на глубинах 60-100 км под океанами и 60—150 км - под материками. Эти изменения фиксируются понижением скорости прохождения сейсмических волн, которое Е.А. Любимов (1968) объясняет изменением теплопроводности горных пород, а М.Ботт - фазовыми превращениями вещества. Большинство же исследователей (Берг, 1973, Андерсон, 1975; Грин и Рингвуд, 1968; Ку- широ, 1968 и др.), основываясь на экспериментальных данных и теоретических расчетах, падение скорости сейсмических волн в астеносфере объясняют наличием в ней небольшой доли расплавленного вещества. Эта часть, однако, не превышает 1 % от массы астеносферы, так что и астеносфера не теряет свойства твердости, характерного для литосферы. Все это говорит о том, что при тепловом потоке, равном примерно 10'6 кал/см2, невозможно образование значительных по объему расплавов.
Как известно, энтальпия[25] плавления минералов, слагающих породы литосферы при нормальном давлении, лежит в пределах 52-200 кал/г (табл. 22).
При повышении давления энтальпия растет. Так, энтальпия плавления смеси, имитирующая состав эклогита, при переходе от нормального давления к 30 кбар увеличивается на 35,1 кал/г, а гранатового перидотита при 40 кбар увеличивается на 44,9 кал/г. Таким образом, величина (dT/dP) плавления для силикатных систем лежит в пределах 5-12 град/кбар и определяется из уравнения Клапейрона- Клаузиуса: (бТ/бРпл.) = AVm/ASm, где AV и AS - изменение объема и энтропии при переходе кристалла в жидкое состояние. Во всех случаях величина отражает вычисленный исходный наклон кривой плавления при атмосферном давлении. АТ/АР - измеренная средняя скорость изменения температуры плавления с изменением давления до 20 кбар. Значение АТш/АР обычно меньше чем начальный наклон кривой плавления по мере увеличения давления. По экспериментальным данным, величина (dT / dPtoi.) для магматических пород лежит в пределах 10-14 град/кбар, изменяясь от одной породы к другой. Приближенные кривые плавления силикатных систем показаны на рис.36. Следовательно, рост давления с глубиной от поверхности до границы с ядром Земли все время несколько опережает рост температуры так, что фактическая температура оказывается всегда ниже температуры плавления веществ.
В связи с этим для расплава вещества литосферы и мантии, находящегося в условиях, близких к состоянию расплава, необходимо или повысить температуру среды или снизить давление, и тогда понизится температура плавления вещества. Кро-
Таблица 22
Энтальпия плавления силикатов при t = 25°С и давлении 1 атм.

Соединения и их смеси, в вес. %

АН пл. Ккал/моль

Молекулярный вес

АН пл. кал/г

Mg2Si04 ~ форстерит •

29,30

140,70

208,2

Fc2Si04 - фаялит

22,03

203,78

108,1

MgSiOs - клиноэвстанит

14,70

100,38

146,4

CaMgSi2Oe - диопсид

18,50

216,52

85,4

NaAlSi308~ альбит

13,56

261,15

51,7

NagAlS^Og ~ пирон

33,29

403,08

82,4

CaAl2Si209- анортит

18,70

278,14

67,2

Диопсид (58%) - анортит (42%)

20,91

268,82

77,8

ме того, температура плавления вещества может понизиться при добавлении воды, которая поступает с флюидами из мантии или низов литосферы.
Источниками тепла, обеспечивающими плавление вещества, могут быть: 1) тепло, образующееся при распаде радиоактивных изотопов, которые, однако, определенную роль могут играть только в верхних зонах литосферы, где сосредоточено основное количество радиоактивных элементов.
В нижней части литосферы (там, где расположено большинство магматических очагов, по данным X. Йодера (1979), выделяется (1- 0,2)10'14 кал/см*сек. При таком количестве поступающего тепла за счет радиоактивного распада даже незначительное количество магмы (около 5%) потребует 109 лет, в то время как продолжительность лавовых излияний составляет 107 - 108 лет. Главным поставщиком энергии в вулканические очаги, по-видимому, являются флюидные и магматические потоки, возникающие при гравитационной дифференциации вещества мантии, а также тепло, запасенное при образовании Земли. Больше тепла передается к поверхности Земли путем теплопроводности. На отдельных участках, где температура достигает 800-1500°, тепло передается лучеиспусканием, а также конвекцией, которая, несомненно, имеет место в мантии. Этот суммативный поток непрерывен (континуален) и сам по себе не способен поднять температуру литосферы и мантии до температуры слагающего их вещества. Необходимы аккумуляторы энергии, которые бы задерживались и накапливали эту

Рис. 36. Приближенные кривые плавления (по Дж. Ферхугену и др., 1974)
АВ - насыщенные водой наиболее легконлавные смеси альбита, калишпата и кварца;
DE - смесь альбита, калишпата и воды (недонасыщенные водой) при давлении более 1 кбар;
ФС ~ безводный «гранит»;
TG - безводный «базальт»
HKL - мусковит или химически эквивалентные продукты его дегидратации.


энергию. Такими аккумуляторами могут быть либо различного типа барьеры, которые замедляют вертикальное движение вещества и энергии, либо зоны земной коры, которые концентрируют эти потоки. Зоны концентрации потоков вещества и энергии отличаются повышенной проницаемостью земной коры. Очагами концентрации энергии могут также быть границы, связанные со скачкообразными изменениями состава или состояния вещества, границы, разделяющие отдельные блоки литосферы и представленные глубинными разломами, а также в районах проникновения в литосферу магм с повышенной температурой. В этих районах создаются условия для проявления зонной плавки и проплавления литосферы до встречи с глубинными разломами.
<< | >>
Источник: Гришанков Г. Е.. Литосфера: структура, функционирование, эволюция.. 2008 {original}

Еще по теме Энергетические основы магматизма:

  1.              Энергетические линии
  2. Энергетический обмен
  3. Классификация единицы 1.Энергетические ресурсы
  4. 5.10. Энергетические ресурсы. Реальна пи угрозаэнергетического голода?
  5. 5.5. Энергетические и минеральные ресурсы
  6. 16.3. Решение энергетической проблемы
  7. § 90. РЕШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЫ
  8. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
  9. Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма
  10. Глава 13 Энергетическое обеспечение биологическогокруговорота
  11. Глава 20 Энергетические проблемы при взаимодействии человеческого общества с окружающей средой
  12. КОНТАКТЫ ВОЛЖСКОЙ ГИАЯ С ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ МИРОМ
  13. Х1У.7. Энергетические и другие виды ресурсов