 | Эта статья в значительной степени или полностью основана на одном источнике . ( октябрь 2011 г. ) |
Летучие вещества - это группа химических элементов и химических соединений, которые легко испаряются . В отличие от летучих веществ, элементы и соединения, которые не испаряются легко, известны как тугоплавкие вещества.
На планете Земля термин «летучие» часто относится к летучим компонентам магмы . В астрогеологии летучие вещества исследуются в коре или атмосфере планеты или луны. Летучие вещества включают азот , диоксид углерода , аммиак , водород , метан , диоксид серы и другие.
Планетарная наука [ править ]
Ученые-планетологи часто классифицируют летучие вещества с исключительно низкой температурой плавления, такие как водород и гелий , как газы (как в газовом гиганте ), тогда как летучие вещества с температурой плавления выше примерно 100 K (–173 ° C , –280 ° F ) относятся к категории газов. как лед . Термины «газ» и «лед» в этом контексте могут применяться к соединениям, которые могут быть твердыми, жидкостями или газами. Таким образом, Юпитер и Сатурн являются газовыми гигантами, а Уран и Нептун - ледяными гигантами , хотя подавляющее большинство из «газа» и «льда».в их интерьерахгорячая, очень плотная жидкость, которая становится все плотнее по мере приближения к центру планеты.
Магматическая петрология [ править ]
В петрологии извержений этот термин более конкретно относится к летучим компонентам магмы (в основном водяной пар и углекислый газ), которые влияют на внешний вид и взрывоопасность вулканов . Летучие вещества в магме с высокой вязкостью, обычно кислые с более высоким содержанием кремнезема (SiO 2 ), имеют тенденцию вызывать взрывоопасные извержения. Летучие вещества в магме с низкой вязкостью, обычно основные с более низким содержанием кремнезема, имеют тенденцию выделяться и могут дать начало фонтану лавы .
Летучие вещества в магме [ править ]
Некоторые извержения вулканов являются взрывоопасными, потому что смешивание воды и магмы, достигающей поверхности, внезапно высвобождает энергию. Более того, в некоторых случаях извержение вызвано летучими веществами, растворенными в магме. [1] При приближении к поверхности давление уменьшается, и летучие вещества выделяются, создавая пузырьки, которые циркулируют в жидкости . Пузыри соединены вместе, образуя сеть. Это особенно увеличивает фрагментацию на мелкие капли или спрей или коагулировать сгустки в газе . [1]
Как правило, 95-99% магмы составляют жидкие породы. Однако небольшой процент присутствующего газа представляет собой очень большой объем, когда он расширяется при достижении атмосферного давления . Газ - преобладающая часть в системе вулканов, потому что он вызывает взрывные извержения. [1] Магма в мантии и нижней коре содержит много летучих веществ, а вода и углекислый газ - не единственные летучие вещества, выделяемые вулканами . Также они пропускают сероводород и диоксид серы . Диоксид серы обычно можно найти в базальтах и риолитах.горные породы. Вулканы также выделяют большое количество хлороводорода и фтороводорода в виде летучих веществ. [1]
Растворимость летучих [ править ]
Есть три основных фактора, которые влияют на дисперсию летучих веществ в магме: ограничивающее давление , состав магмы, температура магмы. Давление и состав - важнейшие параметры. [1] Чтобы понять, как магма ведет себя, поднимаясь на поверхность, необходимо знать роль растворимости в магме. Для различных комбинаций магмы и летучих веществ использовался эмпирический закон . Например, для воды в магме уравнение n = 0,1078 P, где n - количество растворенного газа в процентах по массе (вес.%), P - давление в мегапаскалях.(МПа), который действует на магму. Значение изменяется, например, для воды в риолите, где n = 0,4111 P, а для углекислого газа 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 недонасыщена водой. Обычно в глубокой коре и мантии недостаточно воды и углекислого газа, поэтому магма часто бывает недосыщенной в этих условиях. Магма насыщаетсякогда он достигает максимального количества воды, которое может быть растворено в нем. Если магма продолжает подниматься на поверхность и растворяется больше воды, она становится перенасыщенной . Если в магме растворяется больше воды, она может быть выброшена в виде пузырьков или водяного пара. 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] При сравнении с растворимостью углекислого газа в магме, 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 магматической камеры. 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 [ править ]
Зарождение пузырьков происходит, когда летучие вещества насыщаются . На самом деле пузырьки состоят из молекул, которые стремятся спонтанно агрегировать в процессе, называемом гомогенным зародышеобразованием . Поверхностное натяжение действует на пузырьки сокращающихся поверхности и силы их обратно в жидкость. [1] Процесс зародышеобразования сильнее, когда пространство для размещения нерегулярно, и летучие молекулы могут ослабить эффект поверхностного натяжения. [1] Зарождение зародышей может происходить благодаря наличию твердых кристаллов., которые хранятся в магматическом очаге. Они являются идеальными потенциальными центрами 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 зародышеобразование начинается позже, когда магма сильно пересыщена, расстояние между пузырьками становится меньше. [1]По сути, если магма быстро поднимается на поверхность, система будет больше не равновесной и перенасыщенной. 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]
См. Также [ править ]
- Лед
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Parfitt EA, Wilson L, (2008): Основы физической вулканологии. Blackwell Publishing, Malden USA
Внешние ссылки [ править ]
- Словарь терминов планетарной астрономии
- Летучие вещества вулканов Коста-Рики.
- Изменчивые открытия исследований в области планетарной науки
