Растворимость двуокиси углерода в расплавах основного и кислого составов и условия её отделения от магм в вулканических областях

- 2 -
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ...................................................5
Глава I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО РАСТВОРИМОСТИ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА В СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВАХ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) ........................................II
1.1. Растворимость С02 в расплавах кислого состава......................................... 14
1.2. Растворимость С02 в расплавах основного состава................................... 19
1.3. Растворимость С02 в расплавах повышенной щелочности................................... 22
1.4. Растворимость С02 в расплавах андезитового состава . ......................... 26
1.5. Совместная растворимость Н20 и С02 в силикатных расплавах при высоких температурах и давлениях ...........................26
1.6. Выводы........................................31
Глава 2. АВТОРАДИОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРИМ) С ТИ С02 В ПРОДУКТАХ ЗАКАЛКИ СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВОВ.................................................... 35
2.1. Авторадиографический метод определения содержания углерода в твердых образцах
2.1.1. Характеристика фотоматериала .... 41
2.1.2. Характеристика радионуклидов, применяемых в авторадиографии........................ 42
2.1.3. Фотографическая обработка эмульсии. . 46
2.1.4. Количественный анализ авторадиограмм ........................................... 50
2.1.5. Чувствительность метода авторадиографии .......................................... 51
2.1.6. Разрешающая способность метода ... 52
2.2. Методика определения содержания дву -
окиси углерода в продуктах закалки
расплавов - стеклах......................... 54
2.2.1. Выбор фотоматериала ...................... 54
- з -
Стр.
2.2.3. Определение оптимальных условий проявления тонкослойных фотоматериалов . . 57
2.2.3. Приготовления стандартного образца . . 61
2.2.4. Проверка однородности распределения атомов 14С по образцу...............................62
2.2.5. Калибровка ядерных фотоэмульсий ... 66
2.2.6. Измерение содержания СО2 в стеклах-продуктах закалки магматических расплавов...........................................77
2.2.7. Ошибки при измерении содержания СО2 . . 81
2.3. Преимущества и недостатки авторадиографической методики оцределения растворимости С02 в магматических расплавах . 82
2.4. Выводы......................................83
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ С02 В РАСПЛАВАХ ОСНОВНОГО И КИСЛОГО СОСТАВОВ
3.1. Методика эксперимента ....................... 85
3.1.1. Аппаратура высокого давления ..... 85
3.1.2. Исходный материал.....................86
3.1.3. Методика исследования систем силикат-летучие компоненты . ..................... 89
3.1.4. Способы введения С02 в систему .... 92
3.1.5. Методы определения содержания С02 и Н20 в расплаве и паровой фазе после опытов в системах силикат-С02 и
силикат - СО2 -Н2О .................... . 100
3.1.6. Последовательность операций при проведении экспериментов ......................... 102
3.2. Результаты экспериментов ................... 104
3.2.1. Растворимость С02 в модельных распла-
вах альбита и системы альбит-кремнезем 104
3.2.2, Растворимость СО2 в расплавах магматических пород базальтового, андезитового, дацитового и рислитового составов в области давлений 0,5-5 кбар. . ИЗ
- 19 -
ривался как состав, который является удобной моделью гранитного расплава. Растворимость СО2 и совместная растворимость СО2 и Н2О в расплаве альбита характеризуются данными [21,91, 119] , которые свидетельствуют о том, что растворимость С02 в альбитовом расплаве, во-первых, остается незначительной по сравнению с растворимостью воды, во-вторых, при давлении меньше 10 кбар почти не зависит от температуры, однако при давлении больше 10 кбар содержание СО2 в расплаве увеличивается с ростом температуры (рис, I), в-третьих, возрастает с ростом давления (рис. 2) и является функцией содержания воды в расплаве. Дж.Холловей [91] установил, что содержание С02 в силикатных жидкостях, насыщенных двуокисью углерода, может быть рассчитано для водно-углекислых флюидов разного состава по уравнению :
ХС02 = + °»001 ^ ^ ^ Рс02
где Рн 0 и Рс0 - парциальные давления воды и углекислого 2 2
газа соответственно, кбар; “ мольная доля С02 в расплаве. Это уравнение предсказывает также наличие изобарического максимума на зависимости содержания СО2 в расплаве от доли СО2 (или ^0) в равновесном паре. Наличие этого максимума подтвервдается данными по растворимости СО2 в расплаве альбита при давлении 5 кбар [э£] и 20 кбар [ш] . Максимум становится более четко выраженным цри увеличении общего давления [119] .
1.2. Растворимость С02 в расплавах основного состава
На основании изучения плавления базальтового расплава в присутствии С02 Р.Хилл и А.Беттчер [89^ предположили, что
- 20 -
при давлении больше 15 кбар растворимость С02 в баз альтовых расплавах монет быть значительной.
Первые данные по растворимости С02 в расплаве природного базальта были получены А.А.Кадиком с соавторами [1б] при давлении I и 3 кбар и температуре 1200°С в присутствии воды (табл. 2). Оценки концентрации С02 в безводном расплаве базальта выполнены путем экстраполяции данных по совместной растворимости Н20 и С02 к условиям, когда Рсо = Р0(5Щ • В этой работе было показано, что содержание С02 в базальтовом расплаве близко к содержанию С02 в гранитном расплаве при равных РобЩф и РС02 .
Диопсид ( Са1^3120б ) ыожет йыть рассмотрен в качест-
ве модельного базальтового расплава упрощенного состава. Сравнение экспериментальных данных по растворимости С02 в расплавах кислого и основного составов [119,123 ] показывает, что растворимость С02 в расплаве диопсида значительно выше, чем в расплаве альбита при тех жв условиях. Так, например, растворимость С02 при давлении 20 кбар и температуре 1625°С в расплаве альбита составляет 1,6 мае.# , в расплаве диопсида - 3,3 мае.#, т.е. при постоянном РС0^ и Т растворимость выше в основных расплавах, чем в кислых. Это дает основание предполагать различное поведение С02 в магмах основного и кислого состава. Однако, даже при очень высоких давлениях и температурах растворимость С02 и в основных расплавах остается незначительной по сравнению с растворимостью воды.
Зависимость растворимости С02 в расплаве диопсида от температуры и давления показана на рис. 2 и 3. Как видно, растворимость С02 в диопсидовом расплаве увеличивается с ростом