Фазовые равновесия как основа
геологической термобарометрии
Еще в начале века выдающимися учеными Н.Л.Боуэном,
Гольдшмидтом, В.И.Вернадским,
А.Е.Ферсманом, П.Эскола, Д.С.Коржинским и многими другими, чьи
имена составляют золотой фонд мировой науки было
доказано, что в кристаллических горных породах
минералы находятся в химическом равновесии.
Однако еще в прошлом веке многие петрологи
понимали, что такие породы образовались в
результате химических реакций между исходными,
часто химически неравновесными субстанциями
(обломочными минералами, органическими осадками,
застывшими лавами) при повышении температуры и
давления. И в силу необратимости природных
процессов эти, вновь возникшие минеральные
ассоциации сохраняются до настоящего времени.
Их курса школьной химии известно, что константы
химических реакций зависят от Т и Р, а при
определенных значениях этих параметров
достигается равновесие. При этом
соблюдается принцип минимума энергии,
а скорость обратимости химической реакции
бесконечно мала. В случае горных пород,
химические реакции - это реакции между
минералами. Количество минералов ф в
породе данного состава определяется правилом фаз Гиббса:
ф = к + 2 - n,
где к - число химических
компонентов в данной системе (горной породе), 2
- температура и давление, n
- число степеней свободы. При ф
= к число степеней свободы равно 2. В
таком случае говорят, что данное равновесие
дивариантно, т.е. Т и Р могут изменяться
независимо [4, 5].
Подавляющая масса кристаллических пород
сложена минералами Из множества минеральных
равновесий в горных породах можно подобрать
такие, которые практически не зависят от
давления. Если определить зависимость константы
такого равновесия от температуры, то тем самым
будет создан минералогический
термометр ("геотермометр"). В той же горной
породе могут присутствовать иные комбинации
равновесных минералов, составляющие так
называемые дивариантные или смещенные
равновесия. Они зависят не только от
температуры, но и от давления. В результате
получим две равновесные химические реакции,
которые согласно закону Гесса,
представляют собой два алгебраических уравнения
первой степени. Выразив их константы через
энергетические величины, получим два линейных
термодинамических уравнения, совместное решение
которых позволяет рассчитать оба неизвестных
параметра, - температуру и давление.
Следующая страница| Назад
|
