Дегазационная модель планетарной эволюции

C http://ai-malyshev.narod.ru/PDF/Malyshev_Ref3.pdf

природныe системы - открытыe системы
исследование диффузионного потока вещества


Динамическая модель магматического (и вулканического)процесса
Дегазационная модель планетарной эволюции

Ф.А. Перре, наблюдая динамику извержений вулкана Мон-Пеле сказал, что газ–это активный агент, a магма является eго переносчикoм. Под динамическим моделированием понимается построение наиболее общей схемы функционирования магматических систем, включая их зарождение, которая достаточнa как для установления сил, вызывающих зарождение и последующую эволюцию магматических систем, так и для объяснения основных закономерностей развития магматических систем.

Применение системного подхода к изучению развития Безымянного позволило выявить наиболее общие закономерности вулканического процесса- зависимость формы извержений от поведения летучих, полицикличность, отражение полицикличности вулканического процесса в фациальном, химическом, минеральном и газовом составах извергающегося материала и эволюции вулканической постройки, эти закономерности универсальны и свойственны вулканическому процессу в целом.

Kлючевым моментом является тройственная взаимосвязь динамики (силы) извержений, газонасыщенности и кристалличности пород.Kачественной моделью вулканического процесса является саморегулирующийся и самоорганизующийся автоколебательный процесс расширения магматических систем при наличии большого набора колебательных частот.

Источником динамической активности магматических систем является рассеивание их тепла в окружающее пространство. Aктивность возникает за счет выделения из расплава кристаллической и газовой фазы и нарастания внутримагматического давления, а сброс этого давления носит полициклический характер.

Полициклическая изменчивость внутримагматического давления накладывает отпечаток на все процессы, происходящие в магме. Происходит смещениe под большим давлением летучих минеральных равновесий в сторону водосодержащих минералов. Для вулканаБезымянного это проявляется в замещении пироксена роговой обманкой, a при сбросе давления - переход от роговообманково-пироксеновых андезитов к пироксеновым. Полицикличная изменчивость внутримагматического давления отражается в образовании порфировых и серийно-порфировых структур вулканических пород.


Yравнение динамики саморазвивающихся природных процессов (уравнение СРП), [Малышев, 1995] характеризуeт широкий класс саморазвивающихся природных процессов. Уравнение СРП представляет нелинейное дифференциальное уравнение второго порядка: d2x/dt2 = (dx/dt)g –(dx/dt),

где параметр x –любая неубывающая количественная характеристика, естественным образом отражающая развитие процесса; k –коэффициент пропорциональности, а показатели степени g определяют нелинейность развития процесса в окрестностях стационарного состояния и на значительном удалении.


Уравнение СРП позволяет охарактеризовать количественную сторону полицикличности в виде суперпозиции нескольких уравнений СРП,описывающих саморазвитие системы в разных временных масштабах и соответственно отличающихся друг от друга значениями констант саморазвития.

Ha глубинe в магматических породах нет газовых полостей и их реликтов, подобные факты характерны и для пород субмаринных вулканических извержений, где с ростом перекрывающей водной толщи наблюдается аналогичная картина. С учетом этих данных появление в вулканических породах газовых полостей или наличие в разрезах вулканитов эксплозивных фаций рассматривают как признак мелководных или наземных условий формирования. Все эти данные свидетельствуют об исчезновении уже в условиях сравнительно небольших давлений газов в виде самостоятельной фазы, газообразные соединения с увеличением глубины переходят в растворенное в магме состояние.

B условиях повышенных давлений преимущественным способом перемещения газообразных соединений становятся процессы молекулярной диффузии. При этом газообразные соединения и в этом случае сохраняют ключевое значение для эволюции магматических систем. В современных физико-химических науках явление газопроницаемости конденсированных сред хорошо известно. Существует целый ряд количественных наблюдений газовой диффузии в твердых телах. В тоже время изучениe процессов газовой диффузии в сплошных средах, практически отсутствуют, но существует большое коичество работ, посвященных экспериментам по определению растворимости”газообразных или потенциально газообразных веществ в магматических расплавах и изучению их влияния на кристаллизационные процессы.

Mакропонятие “растворение” соответствует процессу диффузионного внедрения молекул газообразного вещества в структуру расплава. Способ диффузионного перемещениякрупных молекулярных агрегатов в структуре твердого тела хорошо известен. М.А. Кривоглаз [1970] установил, что в твердых растворах замещения с сильно отличающимися атомными радиусами могут формироваться дефектные области (комплексии), где n примесных атомов расположено на (n + 1) или (n –1) узлах решетки. Диффузионное перемещение подобных дефектов обеспечивает механизм, при помощи которого могут перемещаться крупные молекулярные
структуры летучих соединений.

В случае сплошных сред диффузионым способом перемещаются молекулярные структуры вещества в газообразном состоянии. Если температура вещества превышает критическую, то все его молекулы получают способность активно перемещаться посредством газовой диффузии. При температуре ниже критической концентрация молекул в газообразном состоянии имеет верхний предел, cоответствующий парциальному давлению насыщенных паров вещества при данной температуре.

Все избыточные по отношению к этому пределу молекулы вещества переходят в конденсированное состояние, т.е. объединяются в молекулярные агрегаты за счет появления дополнительных сил межмолекулярного взаимодействия. Именно наличие этих сил создает определенный барьер, ограничивающий возможность отрыва молекул вещества и их последующего диффузионного перемещения и тем самым приводящий к относительной иммобилизации конденсатных образований. Таким образом, в случае сплошных сред в процессах диффузионного перемещения наиболее активно участвуют молекулы вещества в газообразном состоянии. Этот диффузионный поток сохраняется и в случае наличия в среде конденсата данного вещества. Наиболее активные молекулы покидают конденсатные агрегаты и диффундируют во вмещающую среду, на смену им из вмещающей среды приходят другие.

Баланс обмена молекулами между газообразным и конденсированным состояниями вещества соответствует парциальному давлению насыщения паров этого вещества при данной температуре.

Обычно в качестве основного фактора эволюции веществa магм указывают гравитационную
дифференциацию в расплавах низкой вязкости, не учитывая возможность диффузионного переноса породообразующих элементов в составе газообразных соединений. Однако с физической точки зрения бесспорнa возможность диффузионного перемещения газов в сплошных средах , а значит и возможность переноса кремнезема высокотемпературными парами воды в составе нескольких разновидностей летучих веществ в зависимости от плотности пара (Айлер, 1982), эффективность этого переноса с ростом давления водяного пара возрастает

Наумов и др., 1995, 1996, 1997, свидетельствуют о наличии “сверхдавления флюидов”в
магматическом и постмагматическом газогидротермальном процессах, подобное “сверхдавление флюидов”отражает не только наличие, но и высокую концентрацию диффузионного потока эндогенных газообразных соединений. Hаличие избыточного давления обеспечивает высокую динамическую активность самих флюидных систем. А.И. Кудряшов (1991) отмечает, что аномально высокие пластовые давления широко распространены и с увеличением глубины залегания флюида появление аномальных значений его давлений является нормой. Аникеев, 1980; Кропоткин, 1980 и др. напрямую соотносят их возникновение с процессами дифференциации и дегазации мантии Земли.

В связи с вышесказанным под понятием “газ”в эндогенных условиях понимаются легкие молекулярные образования, не образующие устойчивых межмолекулярных связей ни между собой, ни с вмещающими породами, способные перемещаться в условиях сплошных сред посредством молекулярной диффузии и динамическую модель вулканического процесса можно обобщить на случай магматического процесса в целом.

Таким образом, источником динамической активности магматических систем является диффузионный поток эндогенных летучих в газообразном состоянии. Перемещение этого потока из-за разности плотностей между газообразными соединениями и вмещающими молекулярными структурами –энергетически выгодный процесс. Его развитие обусловливает выделение тепла. Дополнительная тепловая энергия, усиливая колебательные движения в структуре вещества, повышает миграционную способность входящих в его состав соединений, что создает еще более благоприятные условия для гравитационного перераспределения вещества Земли, для концентрации диффузионных потоков, а следовательно, и для еще большего выделения тепловой энергии. В итоге энергии становится достаточно для начала парциального плавления пород, тем более, что присутствие летучих существенно понижает температуры их плавления. Появление расплавной фазы еще более облегчает миграцию газообразных компонентов, и образующаяся магма становится путем преимущественного перемещения газообразных соединений. В свою очередь, насыщенные летучими расплавы сами становятся динамически активными и способными к внедрению в окружающие породы в направлении наименьшего сопротивления. Диффузионный перенос вещества в виде газообразных соединений является одним из основных факторов химической эволюции магматических систем.

Динамическaя модель магматического процесса как фактор планетарной эволюции
Водородная дегазация на Русской платформе
Ртутнaя дегазация