Летучие вещества - Volatiles

Для использования в других целях см. Неустойчивый (значения).

Летучие вещества группа химические элементы и химические соединения это может быть легко испарился. В отличие от летучих веществ, элементы и соединения, которые не легко испаряются, известны как огнеупорный вещества.

На планете Земля термин «летучие вещества» часто относится к летучим компонентам магма. В астрогеология летучие вещества исследуются в корка или же атмосфера планеты или луны. Летучие вещества включают азот, углекислый газ, аммиак, водород, метан, диоксид серы и другие.

Планетарная наука

Ученые-планетологи часто классифицируют летучие вещества с исключительно низкой температурой плавления, такие как водород и гелий, в качестве газы (как в газовый гигант ), тогда как летучие вещества с точки плавления выше примерно 100K (–173 ° C, –280 ° F ) называются льды. Термины «газ» и «лед» в этом контексте могут относиться к соединениям, которые могут быть твердыми, жидкостями или газами. Таким образом, Юпитер и Сатурн газовые гиганты, и Уран и Нептун находятся ледяные гиганты, хотя подавляющее большинство «газа» и «льда» в их внутренностях - это горячая, очень плотная жидкость которая становится плотнее по мере приближения к центру планеты.

Магматическая петрология

В магматическая петрология термин более конкретно относится к летучим компонентам магма (по большей части водяной пар и углекислый газ), которые влияют на внешний вид и взрывоопасность вулканы. Летучие вещества в магме с высокой вязкостью, как правило, фельзический с более высоким содержанием кремнезема (SiO2) содержимого, как правило, вызывают взрывные извержения. Летучие вещества в магме с низкой вязкостью, как правило, мафический с более низким содержанием кремнезема, имеют тенденцию к выделению и могут вызвать лавовый фонтан.

Летучие вещества в магме

Немного извержения вулканов находятся взрывной потому что смешение между воды и магма достигая поверхности, внезапно высвобождает энергию. Более того, в некоторых случаях извержение вызвано летучими веществами, растворенными в магме.[1]Приближаясь к поверхности, давление уменьшается, а летучие вещества развиваются, создавая пузыри которые циркулируют в жидкость. Пузырьки соединены вместе, образуя сеть. Это особенно увеличивает фрагментацию на небольшие капли или же спрей или коагулируют сгустки в газ.[1]

Обычно 95-99% магмы составляют жидкие породы. Однако небольшой процент газ настоящее, представляет собой очень большой объем когда он расширяется по достижении атмосферное давление. Газ - преобладающая часть в системе вулканов, потому что он вызывает взрывные извержения.[1] Магма в мантия и нижняя корочка содержат много летучих веществ, воду и углекислый газ не единственные летучие вещества, которые вулканы релиз. Также они протекают сероводород и диоксид серы. Диоксид серы обычно можно найти в базальтовый и риолит горные породы. Вулканы также выделяют большое количество хлористый водород и фтороводород как летучие вещества.[1]

Растворимость летучих веществ

На дисперсию летучих веществ в магме влияют три основных фактора: давление, состав магмы, температура магмы. Давление и состав - наиболее важные параметры.[1]Чтобы понять, как ведет себя магма, поднимаясь на поверхность, роль растворимость внутри магмы должно быть известно. Эмпирический закон был использован для различных комбинаций магмы и летучих веществ. Например, для воды в магме уравнение равно n = 0,1078 P, где п - количество растворенного газа в процентах по массе (мас.%), п давление в мегапаскаль (МПа), который действует на магму. Значение изменяется, например, для воды в риолите, где n = 0,4111 P, а для двуокиси углерода n = 0,0023 P. Эти простые уравнения работают, если в магме есть только один летучий. Однако на самом деле ситуация не так проста, потому что в магме часто бывает несколько летучих веществ. Это сложное химическое взаимодействие между различными летучими веществами.[1]

Проще говоря, растворимость воды в риолите и базальте является функцией давления и глубины под поверхностью в отсутствие других летучих веществ. И базальт, и риолит теряют воду с понижением давления по мере подъема магмы на поверхность. Растворимость воды в риолите выше, чем в базальтовой магме. Знание растворимости позволяет определить максимальное количество воды, которое может быть растворено в зависимости от давления.[1] Если магма содержит меньше воды, чем максимально возможное количество, она ненасыщенный в воде. Обычно в глубокой коре и мантии недостаточно воды и углекислого газа, поэтому магма часто ненасыщенный в этих условиях. Магма становится насыщенный когда он достигает максимального количества воды, которое может быть растворено в нем. Если магма продолжает подниматься на поверхность и растворяется больше воды, она становится перенасыщенный. Если в магме растворяется больше воды, ее можно выбросить в виде пузыри или пара воды. Это происходит из-за того, что в процессе уменьшается давление и увеличивается скорость, и в процессе также необходимо балансировать между уменьшением растворимости и давлением.[1] Если сравнивать с растворимостью углекислого газа в магме, то она значительно меньше, чем вода, и имеет тенденцию растворяться на большей глубине. В этом случае вода и углекислый газ считаются независимыми.[1] На поведение магматической системы влияет глубина выброса углекислого газа и воды. Низкая растворимость углекислого газа означает, что он начинает выделять пузырьки еще до того, как достигнет магматического очага. К этому моменту магма уже пересыщена. Магма, обогащенная пузырьками углекислого газа, поднимается на крышу камеры, и углекислый газ имеет тенденцию просачиваться через трещины в вышележащую кальдеру.[1] В основном, во время извержения магма теряет больше углекислого газа, чем вода, которая в очаге уже перенасыщена. В целом вода является основной летучей во время извержения.[1]

Зарождение пузырьков

Пузырь зарождение происходит, когда летучий становится насыщенный. На самом деле пузыри состоят из молекул, которые стремятся спонтанно агрегировать в процессе, называемом гомогенное зародышеобразование. В поверхностное натяжение действует на пузырьки, уменьшая поверхность и заставляя их вернуться в жидкость.[1] Процесс зародышеобразования усиливается, когда подходящее пространство нерегулярно, и летучие молекулы могут ослабить эффект поверхностного натяжения.[1] Зарождение может происходить благодаря наличию твердого кристаллы, которые хранятся в магматическом очаге. Они являются идеальными местами потенциального зарождения пузырьков. Если в магме нет зародышеобразования, пузырьки могут появиться очень поздно, и магма станет значительно перенасыщенной. Баланс между давлением пересыщения и радиусами пузырька выражается этим уравнением: ∆P = 2σ / r, где ∆P равно 100 МПа, а σ - поверхностное натяжение.[1] Если зарождение начинается позже, когда магма сильно пересыщена, расстояние между пузырьками становится меньше.[1] По сути, если магма быстро поднимается на поверхность, система будет больше не в равновесии и пересыщена. Когда магма поднимается, возникает конкуренция между добавлением новых молекул к существующим и созданием новых. Расстояние между молекулами характеризует эффективность агрегирования летучих веществ на новом или существующем сайте. Кристаллы внутри магмы могут определять, как пузырьки растут и зарождаются.[1]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п Parfitt E A, Wilson L, (2008): Основы физической вулканологии. Blackwell Publishing, Malden USA

внешняя ссылка